Електрическо поле

от Уикипедия, свободната енциклопедия
(пренасочване от Електрично поле)
Направо към навигацията Направо към търсенето
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 | редактиране на кода]

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 | редактиране на кода]

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 | редактиране на кода]

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 | редактиране на кода]

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 | редактиране на кода]

Интензитет[редактиране | редактиране на кода]

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.

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

Работа на електричните сили. Енергия на полето[редактиране | редактиране на кода]

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 | редактиране на кода]

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 | редактиране на кода]

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:

С това се изразява принципът на суперпозицията.

Вижте също[редактиране | редактиране на кода]