Электрическое поле. Что такое электрическое поле?

Напряженность электрического поля \( \vec \) — это векторная физическая величина, которая соответствует отношению между силой \( F \), действующей на точечный заряд, и величиной заряда \( q \):

Напряженность электрического поля

Если провести ручкой по пластиковой перемычке, кусочки бумаги будут притягиваться даже без прямого контакта. Это электрическое поле, которое позволяет заряженным телам взаимодействовать на определенном расстоянии. Эта статья о том, что такое напряженность электрического поля и как она трактуется в современной физике.

15 сентября 2021 года

— Обновление 28 октября 2022 года

Что такое электрическое поле

Долгое время ученые не могли точно объяснить, как заряженные тела взаимодействуют друг с другом, не соприкасаясь. Майкл Фарадей был первым, кто обнаружил, что существует нечто среднее между ними. Его выводы были подтверждены Джеймсом Максвеллом, который обнаружил, что для воздействия одного такого объекта на другой требуется время, что означает, что они взаимодействуют через «посредника».

В современной физике электрическое поле — это тип материи, которая возникает вокруг заряженных тел и заставляет их взаимодействовать. Если речь идет о неподвижных объектах, поле называется электростатическим.

Тела с одноименными зарядами отталкиваются друг от друга, а тела с разноименными зарядами притягиваются друг к другу.

Бесплатный урок для современных мам и пап от Екатерины Мурашовой. Зарегистрируйтесь, чтобы стать участником розыгрыша приза на 8 уроков

Определение напряженности электрического поля

Для изучения электрического поля используются точечные заряды. Давайте узнаем, что это такое.

Точечный заряд — это наэлектризованный объект, размерами которого можно пренебречь, поскольку они очень малы по сравнению с расстоянием до других заряженных тел.

Теперь поговорим непосредственно о напряженности, которая является одним из важнейших свойств электрического поля. Это векторная физическая величина. В отличие от скаляра, он имеет не только значение, но и направление.

Чтобы исследовать напряженность электрического поля, мы можем взять поле заряженного тела q₁и поместить другой точечный заряд q₂(при условии, что они оба положительные). На стороне q₁q₂будет подвергаться действию силы. Для расчета, конечно, необходимо учитывать как величину этой силы, так и ее направление.

Напряженность электрического поля — это мера зависимости между силой, действующей на заряд в электрическом поле, и величиной заряда.

Напряженность поля — это сила, характерная для поля. Оно говорит нам о том, насколько сильным является поле в конкретной точке, воздействуя не только на другой заряд, но и на живые и неживые заряженные объекты.

Иногда можно услышать выражение «напряженность электрического поля», но неправильно говорить «интенсивность».

Классификация

Однородное поле

Направление линий напряжения между двумя под

Чтобы создать электрическое поле, необходимо создать электрический заряд. Потрите немного диэлектрика шерстью или чем-то подобным, например, пластиковым карандашом с чистыми волосами. Это создает заряд на ручке и электрическое поле вокруг нее. Заряженное перо притягивает к себе маленькие кусочки бумаги. Если потереть крупный предмет, например резинку, о волосы, то в темноте можно увидеть маленькие искры, возникающие при электрических разрядах.

Наблюдение электрического поля в быту

Электрическое поле часто возникает возле экрана телевизора (относится к ламповым телевизорам), когда приемник включается или выключается. Это поле можно ощутить по воздействию на волосы на руках или лице.

Из экспериментов по электростатике известно, что избыточные заряды, введенные в проводник извне, перемещаются к поверхности проводника и остаются там. Само движение избыточных зарядов к поверхности проводника указывает на наличие электрического поля внутри проводника во время движения к поверхности проводника.

Электрическое поле внутри проводников с избыточными зарядами

Если тело не имеет собственных электронов, оно получает положительный заряд с характером «дыры». В этом случае дырки ведут себя аналогично электронам и также распределяются по поверхности тела.

Электрическое поле внутри проводников с недостатком собственных электронов

Информация должна быть проверяемой, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Этот значок был создан 15 мая 2011 года.

См. также

• Другие поля в физике
• Напряжённость электрического поля
• Однородное электрическое поле
• Электростатическое поле
• Магнитное поле

• Орир, Джей — Популярная физика: пер. с англ..: Мир, 1966. — 446 с.
• Учебник «Элементарный учебник физики» под ред. Ландсберга Г. С., Часть 2 (Электричество и магнетизм.)
• Трофимова Т. И. Курс физики: Учеб. пособие для вузов.—2-е изд., перераб. и доп.— М.: Высш. шк., 1990.—478 с.: ил. ISBN 5-06-001540-8

Фонд Викимедиа. 2010 .

Электрический заряд — это скалярная физическая величина, которая описывает способность тела участвовать в электромагнитных взаимодействиях.

Полезное

Смотреть что такое «Электрическое поле» в других словарях:

• ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ — (электростатическое поле), область вокруг электрического заряда, в которой на каждую заряженную частицу действует некоторая сила. Объект с противоположным зарядом испытывает силу притяжения. Объект, имеющий такой же заряд, как и окружающее его… … Научно-технический энциклопедический словарь
• ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ — частная форма проявления (наряду с магн. полем) электромагнитного поля, определяющая действие на электрич. заряд (со стороны поля) силы, не зависящей от скорости движения заряда. Представление об Э. п. было введено М. Фарадеем в 30 х гг. 19 в.… … Физическая энциклопедия
• ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ — ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ, одна из форм электромагнитного поля. Создается электрическими зарядами или переменным магнитным полем. Характеризуется напряженностью электрического поля (или электрической индукцией). Напряженность электрического поля у… … Современная энциклопедия
• ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ — (14, а) … Большая политехническая энциклопедия
• ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ — частная форма проявления электромагнитного поля; создается электрическими зарядами или переменным магнитным полем и характеризуется напряженностью электрического поля … Большой Энциклопедический словарь
• Электрическое поле — одна из двух сторон электромагнитного поля, характеризующаяся воздействием на электрически заряженную частицу с силой, пропорциональной заряду этой частицы и не зависящей от ее скорости. Источник: ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ … Официальная терминология
• электрическое поле — Одна из двух сторон электромагнитного поля, характеризующаяся воздействием на электрически заряженную частицу с силой, пропорциональной заряду этой частицы и не зависящей от ее скорости. ГОСТ Р 52002 2003 EN electric field constituent of an… … Справочник технического переводчика
• электрическое поле — 06.01.07 электрическое поле electric field: Составляющая электромагнитного поля, которая характеризуется векторами напряженности электрического поля Е и электрической индукции D. Примечание Во французском языке термин «champ electrique»… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
• Электрическое поле — Демонстрация поля электростатического заряда. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ, одна из форм электромагнитного поля. Создается электрическими зарядами или переменным магнитным полем. Характеризуется напряженностью электрического поля (или электрической… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
• электрическое поле — частная форма проявления электромагнитного поля; создаётся электрическими зарядами или переменным магнитным полем и характеризуется напряжённостью электрического поля. * * * ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ, частная форма проявления… … Энциклопедический словарь

Взаимодействие зарядов. Два вида зарядов

Название — \( q\), единица СИ — кулон (Cl).

Существует два типа электрического заряда: положительный и отрицательный. Электрон имеет наименьший отрицательный заряд (-1,6-1 0-19 кл), а протон — наименьший положительный заряд (1,6-1 0-19 кл). Минимальный заряд, который можно придать телу, соответствует заряду электрона (элементарному заряду). Если тело имеет избыток электронов, оно заряжено отрицательно; если недостаток электронов, оно заряжено положительно.

Величина заряда тела составляет

где \( N \) — число избыточных или дефицитных электронов; \( e \) — элементарный заряд, который соответствует 1,6-1 0-19 К.

Важно. Частица может не иметь заряда, но без частицы нет заряда.

Электрические заряды взаимодействуют:

Прибор для обнаружения электрического заряда называется электроскопом. Основным компонентом устройства является металлический стержень с прикрепленными к нему двумя металлическими фольгами, которые помещены в стеклянный контейнер. Когда заряженное тело соприкасается со стержнем электроскопа, заряды распределяются между листами. Поскольку заряды пластин имеют одинаковый знак, они отталкиваются друг от друга.

Для измерения зарядов можно также использовать электрометр. Его основные компоненты — металлический стержень и стрела, которая может вращаться вокруг горизонтальной оси. Стержень со стрелкой закреплен в пластиковом корпусе и находится в металлическом футляре, который закрыт стеклянной крышкой. Когда заряженное тело вступает в контакт со стержнем, стержень и стрелка получают электрические заряды с одинаковым знаком. Стрелка поворачивается на определенный угол.

Система называется закрытой (электрически изолированной), если в ней нет обмена зарядами с окружающей средой.

Закон сохранения электрического заряда

В любой замкнутой (электрически изолированной) системе сумма электрических зарядов остается постоянной для всех взаимодействий внутри системы.

Полный электрический заряд \( (q)\) системы равен алгебраической сумме положительных и отрицательных зарядов \( (q_1, q_2 … q_N)\) :

Значительный: в природе заряды одного знака не появляются и не исчезают: положительный и отрицательный заряды могут аннулировать друг друга, если они равны по модулю.

Закон Кулона был открыт экспериментально: В экспериментах с торсионными весами измерялись силы взаимодействия заряженных сфер.

Закон Кулона

Закон Кулона формулируется следующим образом: Сила взаимодействия \( F \) двух точечных неподвижных электрических зарядов в вакууме прямо пропорциональна их коэффициентам \( q_1 \) и \( q_2 \) и обратно пропорциональна квадрату расстояния \( r \) между ними:

Где \( k=\frac

=9\\\\\cdot10^9 \) (Н-м 2 )/Kl 2 — коэффициент пропорциональности, \( \varepsilon_0=8,85\cdot10^ \) Kl 2 /(Н-м 2 ) — электрическая постоянная.<4\pi\varepsilon_0>Коэффициент \( k \) численно равен силе, с которой два точечных заряда по 1 Кл каждый действуют друг на друга в вакууме на расстоянии 1 м. Кулоновская сила — это сила вдоль длины вакуума.

Кулоновская сила направлена вдоль линии, соединяющей взаимодействующие заряды. Заряды взаимодействуют друг с другом с силами одинаковой величины и противоположного направления.

Величина кулоновской силы зависит от среды, в которой они находятся. В этом случае формула закона такова:

Где \( \варепсилон \) — диэлектрическая проницаемость среды.

Для взаимодействия действует закон Кулона.

В этом случае \( r \) — это расстояние между центрами сферических поверхностей.

• неподвижных точечных зарядов;
• равномерно заряженных тел сферической формы.

Важно! Если заряженное тело расширяется, его необходимо разложить на точечные заряды, рассчитать силы их взаимодействия и определить чистый эффект этих сил (принцип суперпозиции).

Согласно теории приближения, электрические заряды осуществляют свои взаимодействия с помощью специальных промежуточных материальных частиц и генерируются с конечной скоростью.

Теория близкодействия

Основоположниками теории приближения в классической физике являются философ и физик Рене Декарт и физик Майкл Фарадей. В этой концепции предполагается, что частицы, опосредующие перенос взаимодействий, движутся с четко определенной скоростью, приближающейся к скорости света.

Носители или промежуточные тела, которые переносят зарядовые взаимодействия, являются квантами электрического поля, которые движутся со скоростью света.

Величина C, соответствующая заряду q, который необходимо добавить к проводнику, чтобы увеличить его потенциал, называется емкостью.

Электроемкость, конденсатор и напряженность электрического поля

Емкость описывает инертность заряженного вещества, способного проводить электрический ток, или, другими словами, его сопротивление увеличению потенциала. Формула, описывающая принцип действия электрической емкости системы:

Размер и форма проводника влияют на

Напряжение — это сила, действующая на статическую нагрузку. Согласно общепринятым правилам, можно сказать, что напряженность электрического поля обозначается символом E. Следует отметить, что интенсивность является векторной величиной, а электрический заряд — скалярной.

Мыслители прошлого с трудом принимали концепцию «действия на расстоянии». В конце концов, как один заряд может повлиять на другой, если они не находятся в контакте? Даже Ньютону, который применил эту идею в теории всеобщего тяготения, было трудно привыкнуть к ней.

Напряжённость электрического поля

Однако, как мы видели, эти трудности можно преодолеть с помощью понятия поля, введенного английским ученым Майклом Фарадеем (1791-1867): Согласно Фарадею, каждый заряд излучает электрическое поле, которое пронизывает все пространство. Когда один заряд прикладывается к другому, на него действует сила, обусловленная электрическим полем первого заряда.

Вычислительная техника и программное обеспечение автоматизированных систем, МИФИ, 2005-2010 гг.

История открытия электрического поля

Электрическое поле в точке, где находится второй заряд, действует непосредственно на этот заряд и создает силу, которая действует на него. Следует подчеркнуть, что поле — это не вещество, а скорее чрезвычайно полезная концепция.

Поле, создаваемое одним или несколькими зарядами, можно изучать с помощью небольшого положительного пробного заряда, измеряя силу, действующую на него. Под пробным зарядом мы понимаем достаточно малый заряд, поле которого существенно не изменяет распределение других зарядов, создающих данное поле.

Сила в точке b меньше, чем в точке a, так как расстояние между грузами больше (закон Кулона); в точке c сила еще меньше. Во всех случаях сила направлена радиально от нагрузки Q. По определению, напряженность электрического поля (или просто электрическое поле) E в любой точке пространства равна отношению силы F, действующей на малый положительный заряд q, к величине этого заряда:

Из приведенного выше определения следует, что направление напряженности электрического поля в любой точке пространства совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд образца в этой точке. Напряженность электрического поля — это сила, действующая на единичный заряд; она измеряется в ньютонах на кулон (Н/Кл).

В более узком смысле E определяется как предельное значение отношения F/q при q, которое стремится к нулю. Напряженность электрического поля E определяется отношением F/q, чтобы устранить зависимость поля E от величины заряда образца q. Другими словами, E учитывает только те заряды, которые создают данное электрическое поле в данной точке. Поскольку E — векторная величина, электрическое поле является векторным полем.

Чтобы понять это, нам сначала нужно знать его свойства и проявления. Как вы знаете, электрическое поле возникает при перераспределении электрических зарядов между телами. Как правило, это происходит, когда один тип заряда становится больше или меньше по отношению к другому. Это происходит, когда одни тела начинают притягивать или отталкивать другие на определенном расстоянии.

Поскольку на таком расстоянии нет плотных тел, можно сказать, что существует невидимое поле. Поскольку это поле связано с электрическими явлениями, его называют электрическим полем. В общем, электрическое поле (как и другие типы полей) существует везде и вокруг всего, но из-за их компенсированного взаимодействия друг с другом и невидимости для невооруженного глаза, они как бы кажутся.

Свойства электрического поля включают:

Что собой представляет этот вид поля

Как упоминалось ранее, электрическое поле определяется с помощью заряда пробной точки. Если электрический заряд (зондирующий заряд) имеет электрическое поле в определенной точке пространства, мы можем определить, существует ли электрическое поле в этой точке. Если в этой точке существует электрическая сила, это означает, что в этой точке существует поле. Напряженность этого электрического поля характеризует интенсивность поля.

Электрические поля одного и того же точечного электрического заряда отличаются по направлению и величине в разных точках электрического поля /stextbox

Будьте интересны ➡ Что такое шаговое напряжение и почему оно опасно?

• невидимость (их определение происходит через поведение пробного электрического заряда);
• электрические поля взаимодействуют только лишь с электрическими полями;
• оно имеет векторное направление;
• может притягивать либо отталкивать;
• существует всегда вокруг заряженных частиц (в отличие от магнитного поля);
• обладает свойством концентрации и неоднородности (напряженность).

Поэтому имеет смысл ввести характеристику силы для каждой точки в данном поле, создаваемом зарядом. К сожалению, сила «F» (кулоновская) не может служить такой характеристикой, поскольку для одной точки поля эта сила прямо пропорциональна величине точечного заряда.

Предполагалось, что сила, характеризующая точку в электрическом поле, равна «E». Она стала называться напряженностью электрического поля. Напряженность измеряется силой, с которой электрическое поле действует на положительный единичный заряд, помещенный в пространство в точке определенного поля.

Интенсивность — это векторная величина. Напряженность электрического поля измеряется в ньютонах на кулон или в вольтах на метр. Электрические поля являются неотъемлемой частью всего, что существует во Вселенной, и только из-за нашего ограниченного понимания мира мы воспринимаем поля как нечто таинственное и непостижимое.

Наиболее важными электрическими свойствами физических материалов, проявляющимися при взаимодействии объектов с электрическим полем, являются электропроводность и поляризуемость. Оба свойства определяются наличием или отсутствием в материале свободных носителей электрических зарядов — электронов или ионов, что в свою очередь определяется последующим строением атомов вещества, объединенных в молекулы и кристаллы.

Сила взаимодействия между двумя зарядами зависит от размера и взаимного расположения зарядов, а также от физических свойств их окружения. Для двух электрически заряженных физических тел, размеры которых пренебрежимо малы по сравнению с расстоянием между ними, взаимодействие между зарядами имеет вид

Электрическое поле всегда приводит заряд в движение, если силы поля, действующие на заряд, не уравновешены внешними силами. Это указывает на то, что электрическое поле обладает потенциальной энергией, т.е. способностью совершать работу. Когда заряд перемещается из одной точки пространства в другую, электрическое поле совершает работу, поэтому потенциальная энергия поля уменьшается. Если заряд в электрическом поле движется под действием внешней силы, которая действует против сил поля, то работа совершается не силами электрического поля, а внешними силами.

Примеры электрических полей

В этом случае потенциальная энергия поля не только не уменьшается, но даже увеличивается. Работа, совершаемая внешней силой, перемещающей заряд в электрическом поле, пропорциональна величине сил поля, противодействующих этому перемещению. Работа, совершаемая внешней силой, полностью используется для увеличения динамической энергии поля. Чтобы охарактеризовать поле с точки зрения его динамической энергии, используется величина, называемая потенциалом электрического поля.

Закон Кулона

Природа этого количества следующая. Предположим, что положительный заряд находится вне рассматриваемого электрического поля. Это означает, что поле практически не влияет на этот заряд. Третья сила вносит заряд в электрическое поле и, преодолевая сопротивление движению, оказываемое силами поля, перемещает его в определенную точку поля. Работа, совершаемая силой, и, следовательно, количество, на которое увеличивается потенциальная энергия поля, полностью зависит от свойств поля. Следовательно, эта работа может характеризовать энергию заданного электрического поля.

Потенциал электрического поля, который относится к единице положительного заряда в данной точке поля, называется потенциалом поля в данной точке поля. Если потенциал обозначить через φ, заряд через q, а работу, затраченную на перемещение заряда, через W, то потенциал поля в конкретной точке выражается формулой φ = W/q._о).

Потенциал электрического поля

Отсюда следует, что потенциал электрического поля в данной точке численно равен работе, которую совершает внешняя сила для перемещения одной единицы положительного заряда извне поля в эту точку. Потенциал поля измеряется в вольтах (В). Если при передаче одного кулона электричества извне поля в определенную точку внешней силой совершается работа в один джоуль, то потенциал в этой точке поля равен одному вольту: 1 вольт = 1 джоуль / 1 кулон.