Електрическо поле

от Уикипедия, свободната енциклопедия
(пренасочване от Електрично поле)
Направо към: навигация, търсене
Серия статии на тема

Класическа електродинамика

CoulombsLaw.svg
Електричество Магнетизъм Електромагнетизъм

Електрично поле (или електрическо поле) е един от компонентите на електромагнитното поле, съществуващо в пространството около заредени частици. Електричното поле може да се появи и като резултат от действието на променливо магнитно поле. В областта от пространството, отдалечена на достатъчно голямо разстояние от заредената частица или частици, създаващи полето, електричното поле има структура на плоска вълна. То не може да се наблюдава непосредствено, а само чрез някакви прибори или пробен заряд. Основното действие на електричното поле е да придава ускорение на тела или частици, притежаващи електричен заряд.

Регистриране на заряди[редактиране | edit source]

Електрично поле между положитлен и отрицателен заряд

Съществуват различни начини за наелектризиране на телата - триене, контакт или индукция. Дали едно тяло е наелектризирано, можем да установим с електроскоп.

Единицата за заряд е Кулон, в чест на френския физик Шарл дьо Кулон. Отбелязва се със "C". Например: Q = 1C, означава зарядът Q е един Кулон. Когато гребенът се наелектризира, неговият заряд е около 10-6 Кулона.


Електрична сила[редактиране | edit source]

Да закачим две леки кухи метални сфери с конец за статив. Първоначално те са допрени една до друга. Да ги наелектризираме едноименно. Това може да стане с помощта на генератора на Ван де Грааф, с електростатична машина или с наелектризирана пръчка (обикновено се използват ебонитови пръчки). Същият опит може да се направи с малки топчета от алуминиево фолио и гребен. След наелектризиране между топките започват да действат сили на отблъскване.

Ако зарядите са разноименни, между тях действат сили на привличане. В течение на дълги години Шарл Кулон е провеждал опити с т.нар. "Кулонова везна" и е стигнал до закона, който носи неговото име - закон на Кулон. Той е: Силата, действаща между два електрични заряда, е право пропорционална на произведението им и обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях. Коефициентът на пропорционалност зависи от средата, в която се намират зарядите.

Нещо важно: законът на Кулон е валиден за точкови заряди.

Определяне посоката на силата[редактиране | edit source]

Електричната сила е вектор. С други думи освен големина, тя има посока и е приложена в определена точка.

Когато заредените тела са две, направлението на силата е по правата, която свързва центровете на масите им. Посоката се определя в зависимост от знака на зарядите.

Онагледяване[редактиране | edit source]

Как можем да установим каква е посоката на силата на различни места около заредено тяло? Върху блокче от стиропор са забодени картонени стрелки с карфици. Стрелките трябва да могат да се въртят свободно, но да не падат от тежестта си върху стиропора. Когато постановката е близо до заредено тяло, стрелките се ориентират по посока на действащата сила.

Полето се онагледява посредством силови линии. Във всяка една точка от полето електричната сила е допирателна към силовите линии.

Да разгледаме електричното поле, създадено между плочите на кондензатор. Двете плочи могат да се наелектризират, като се свържат с разноименните полюси на електростатична машина или с полюсите на високоволтов източник. Силовите линии на електричното поле между плочите са успоредни - такова поле наричаме хомогенно. В краищата на кондензатора се наблюдава изкривяване на силовите линии - там полето е нехомогенно.

Характеристики на електричното поле[редактиране | edit source]

Интензитет[редактиране | edit source]

Една от основните величини, която характеризира електростатичното поле, се нарича интензитет. Големината на интензитета в дадена точка може да се определи, като в тази точка поставим положителен заряд q и видим каква сила му действа:

Интензитетът също е векторна величина.

\vec{E} = \frac{Q}{4\pi\varepsilon_0 r^2}\hat{r}.

Единицата за интензитет е волт на метър - V/m.


Работа на електричните сили. Енергия на полето[редактиране | edit source]

Да внесем между плочите на кондензатора малък положителен заряд q. Върху него започва да действа сила F = qE и той се премества на разстояние d.

При преместването електричната сила извършва работа A = Fd = qEd. Зареждането на кондензатора е свързано с извършване на определена работа и той се превръща в нещо като резервоар на енергия или „кондензатор“ на енергия - оттук идва и името му. Внасянето на заряда между плочите и придвижването му в посока, противоположна на електричната сила, също е свързано с извършване на определена работа. Когато зарядът стигне до отрицателно заредената плоча, нейният заряд намалява - намалява и енергията на кондензатора - намалява с толкова, колкото е извършената работа. (Подобна е ситуацията, когато издигнем камък над земната повърхност. Ако сме го издигнали на височина h, това означава, че сме извършили работа A = Gh = mgh и камъкът има потенциална енергия Ер = mgh. При пускането му той се насочва към земната повърхност под влияние на гравитационното поле и гравитационната сила извършва работа A = Gh = mgh - потенциалната енергия на камъка се превръща в кинетична.)

При внасяне на заряда между плочите, той има потенциална енергия qEd. При движението му тя намалява и се превръща в кинетична. Може да кажем, че когато даден заряд е поставен в дадена точка от електрично поле с интензитет E, той притежава потенциална енергия Ep = qEd - т.е. той има възможност да извърши работа.

Разликата в потенциалите на положителната и отрицателната плоча на кондензатора се нарича "напрежение между плочите на кондензатора". Напрежението и потенциалът са скаларни величини. Единицата, която се измерват се нарича волт, в чест на Алесандро Волта (A. Volta) - италиански физик.

Екраниране[редактиране | edit source]

Ако заредим метален цилиндър или цилиндър, направен от метална мрежа, то вътре в него интензитетът на полето ще бъде нула. Приспособлението се нарича фарадеев кафез и се използва за екраниране от външни електрични полета.

Принцип на суперпозицията[редактиране | edit source]

Често в дадена част от пространството има много заряди и всеки от тях създава поле с интензитет E1, E2, E3 и т.н. В дадена точка интензитетът е сума от интензитетите на отделните заряди:

 \vec E =  \sum_{i} {E_i }

С това се изразява принципът на суперпозицията.

Вижте също[редактиране | edit source]