Pole elektryczne: definicja, charakterystyka, właściwości

W fizyce istnieje taki termin jak „pole elektryczne”. Opisuje pojawienie się pewnej siły wokół naładowanych ciał. Jest stosowany w praktyce i spotykany w życiu codziennym. W tym artykule przyjrzymy się, czym jest pole elektryczne i jakie są jego właściwości, a także gdzie występuje i jest stosowane.

Definicja

Wokół naładowanego ciała powstaje pole elektryczne. W uproszczeniu jest to pole, które z określoną siłą oddziałuje na inne ciała.

Główną cechą ilościową jest natężenie pola elektrycznego. Jest równy stosunkowi siły działającej na ładunek do wielkości ładunku. Siła działa w określonym kierunku, stąd siła EP jest wielkością wektorową. Poniżej znajduje się wzór na napięcie:

Siła EF działa w kierunku obliczanym zgodnie z zasadą superpozycji. To jest:

Na poniższym rysunku widać konwencjonalną graficzną reprezentację dwóch ładunków o różnej polaryzacji i linii siły pola elektrycznego powstających między nimi.

Ważny! Głównym warunkiem pojawienia się pola elektrycznego jest to, że ciało musi mieć jakiś ładunek. Dopiero wtedy wokół niego powstanie pole, które będzie oddziaływać na inne naładowane ciała.

Aby określić wielkość natężenia pola elektrycznego wokół pojedynczego ładunku testowego, użyj prawo Coulomba, w tym przypadku:

Takie pole jest również nazywane polem kulombowskim.

Inną ważną wielkością fizyczną jest potencjał pola elektrycznego. Nie jest to już wektor, ale wielkość skalarna, jest wprost proporcjonalna do energii przyłożonej do ładunku:

Ważny! Charakterystyki siły i energii pola elektrycznego to siła i potencjał. To są jego podstawowe właściwości fizyczne.

Jest mierzony w woltach i jest liczbowo równy pracy EF, aby przenieść ładunek z pewnego punktu do nieskończoności.

Możesz dowiedzieć się więcej o sile pola elektrycznego z samouczka wideo:

Rodzaje pól

Istnieje kilka głównych typów pól, w zależności od tego, gdzie istnieje. Rozważmy kilka przykładów pól, które pojawiają się w różnych sytuacjach.

1. Jeżeli ładunki są stacjonarne, jest to pole statyczne.
2. Jeśli ładunki poruszają się wzdłuż przewodnika, jest on magnetyczny (nie mylić z EF).
3. Wokół stałych przewodów powstaje pole stacjonarne o stałym prądzie.
4. W falach radiowych emitowane jest pole elektryczne i magnetyczne, które znajdują się w przestrzeni prostopadle do siebie. Dzieje się tak, ponieważ każda zmiana MF powoduje pojawienie się pola elektrycznego z zamkniętymi liniami siły.

Wykrywanie pola elektrycznego

Staraliśmy się w prostym języku opisać wszystkie ważne definicje i warunki istnienia pola elektrycznego. Zastanówmy się, jak to znaleźć. Wykrywanie magnetyczne jest łatwe - za pomocą kompasu.

W życiu codziennym możemy znaleźć pole elektryczne. Wszyscy wiemy, że jeśli pocierasz plastikową linijkę we włosach, zaczną się do niej przyciągać małe kawałki papieru. To jest działanie pola elektrycznego. Kiedy zdejmujesz wełniany sweter, słyszysz trzask i widzisz iskry - to wszystko.

Innym sposobem na wykrycie EF jest umieszczenie w nim ładunku testowego. Prawidłowe pole odrzuci go. Jest to używane w monitorach CRT i odpowiednio w lampach oscyloskopowych omówimy to później.

Ćwiczyć

Wspomnieliśmy już, że w życiu codziennym pole elektryczne objawia się, gdy zdejmujesz z siebie ubrania wełniane lub syntetyczne i iskry prześlizgują się między włosami a wełną, gdy pocierasz plastikową linijkę i przytrzymujesz małe kawałki papieru, przyciągają i inny. Ale to nie są zwykłe przykłady techniczne.

W przewodnikach najmniejszy EF powoduje ruch nośników ładunku i ich redystrybucję. W dielektrykach, ponieważ przerwa wzbroniona w tych substancjach jest duża, wiązka elektronów spowoduje ruch nośników ładunku tylko w przypadku przebicia dielektryka. W półprzewodnikach działanie zachodzi między dielektrykiem a przewodnikiem, ale konieczne jest pokonanie małej przerwy wzbronionej poprzez przeniesienie energii rzędu 0,3…0,7 eV (dla germanu i krzemu).

Z tego, co znajduje się w każdym domu, pochodzą elektroniczne sprzęty gospodarstwa domowego, w tym zasilacze. Mają ważną część, która działa dzięki polu elektrycznemu - jest to kondensator. W nim ładunki są utrzymywane na płytkach, oddzielonych dielektrykiem, właśnie dzięki działaniu pola elektrycznego. Na poniższym obrazku widać konwencjonalny obraz ładunków na płytkach kondensatora.

Innym zastosowaniem w elektrotechnice są tranzystory polowe lub tranzystory MOS. Ich nazwa wspomina już o zasadzie działania. W nich zasada działania opiera się na zmianie przewodności STOK-ISTOK pod wpływem poprzecznego pola elektrycznego na półprzewodnik oraz w MOS (MOS, MOSFET - to samo) a bramka jest całkowicie oddzielona warstwą dielektryczną (tlenkiem) od kanału przewodzącego, dzięki czemu wpływ prądów GATE-SOURCE jest niemożliwy ze względu na definicja.

Innym zastosowaniem, które już zniknęło z życia codziennego, ale wciąż „żyje” w technologii przemysłowej i laboratoryjnej, są lampy katodowe (CRT lub tzw. kineskopy). Gdzie jedną z opcji urządzenia do przesuwania wiązki po ekranie jest elektrostatyczny system odchylania.

Mówiąc prościej, istnieje pistolet, który emituje (emituje) elektrony. Istnieje system, który odchyla ten elektron do żądanego punktu na ekranie, aby uzyskać pożądany obraz. Do płytek przykładane jest napięcie, a na wyemitowany lecący elektron oddziałują odpowiednio siły kulombowskie i pole elektryczne. Wszystko opisane dzieje się w próżni. Następnie do płyt przykładane jest wysokie napięcie i w celu jego utworzenia instaluje się poziomy transformator skanujący i konwerter flyback.

Poniższy film krótko i wyraźnie wyjaśnia, czym jest pole elektryczne i jakie właściwości ma ten szczególny rodzaj materii:

Powiązane materiały:

• Co to jest strata dielektryczna?
• Zależność rezystancji przewodnika od temperatury
• Prawo Ohma w prostych słowach
• Książki dla elektryków