Ve fyzice existuje termín jako „elektrické pole“. Popisuje výskyt určité síly kolem nabitých těles. Používá se v praxi a nachází se v každodenním životě. V tomto článku se podíváme na to, co je elektrické pole a jaké jsou jeho vlastnosti a také na to, kde se vyskytuje a uplatňuje.
Obsah:
- Definice
- Typy polí
- Detekce elektrického pole
- Praxe
Definice
Kolem nabitého tělesa vzniká elektrické pole. Zjednodušeně se jedná o pole, které působí na jiná tělesa určitou silou.
Hlavní kvantitativní charakteristikou je intenzita elektrického pole. Je rovna poměru síly působící na náboj k velikosti náboje. Síla působí v určitém směru, proto je síla EP vektorovou veličinou. Níže je uveden vzorec pro napětí:
Síla EF působí ve směru, který je vypočítán podle principu superpozice. to je:
Na obrázku níže vidíte konvenční grafické znázornění dvou nábojů různé polarity a siločar elektrického pole vznikajících mezi nimi.
Důležité! Hlavní podmínkou pro vznik elektrického pole je, že tělo musí mít nějaký náboj. Teprve pak kolem něj vznikne pole, které bude působit na další nabitá tělesa.
K určení velikosti intenzity elektrického pole kolem jednoho zkušebního náboje použijte Coulombův zákon, v tomto případě:
Takové pole se také nazývá Coulombovo pole.
Další důležitou fyzikální veličinou je potenciál elektrického pole. Toto již není vektor, ale skalární veličina, je přímo úměrná energii aplikované na náboj:
Důležité! Síla a energetické charakteristiky elektrického pole jsou síla a potenciál. To jsou jeho základní fyzikální vlastnosti.
Měří se ve voltech a číselně se rovná práci EF pro přesun náboje z určitého bodu do nekonečna.
Více o síle elektrického pole se můžete dozvědět z výukového videa:
Typy polí
Existuje několik hlavních typů polí v závislosti na tom, kde existují. Podívejme se na několik příkladů polí, která se objevují v různých situacích.
- Pokud jsou náboje stacionární, jedná se o statické pole.
- Pokud se náboje pohybují podél vodiče, je magnetický (neplést s EF).
- Kolem pevných vodičů s konstantním proudem vzniká stacionární pole.
- V rádiových vlnách je vyzařováno elektrické a magnetické pole, které jsou umístěny v prostoru navzájem kolmo. To se děje proto, že jakákoli změna v MF generuje vzhled elektrického pole s uzavřenými siločárami.
Detekce elektrického pole
Snažili jsme se vám jednoduchým jazykem sdělit všechny důležité definice a podmínky pro existenci elektrického pole. Pojďme zjistit, jak to najít. Magnetická detekce je snadná – pomocí kompasu.
Elektrické pole můžeme najít v každodenním životě. Všichni víme, že když si potřete vlasy plastovým pravítkem, začnou je přitahovat malé kousky papíru. Jedná se o působení elektrického pole. Když si svléknete vlněný svetr, uslyšíte praskání a uvidíte jiskry – to je ono.
Dalším způsobem, jak detekovat EF, je umístit do něj testovací náboj. Platné pole jej odmítne. To se používá v CRT monitorech, a tedy v osciloskopických trubicích, o tom budeme hovořit později.
Praxe
Již jsme zmínili, že v každodenním životě se elektrické pole projevuje, když ze sebe svlékáte vlněné nebo syntetické oblečení a jiskry proklouzávají mezi vlasy a vlnou, když třete plastovým pravítkem a držíte malé kousky papíru, a přitahují a přitahují jiný. Ale to nejsou běžné technické příklady.
Ve vodičích sebemenší EF způsobuje pohyb nosičů náboje a jejich redistribuci. V dielektrikách, protože zakázané pásmo v těchto látkách je velké, elektronový paprsek způsobí pohyb nosičů náboje pouze v případě průrazu dielektrika. V polovodičích probíhá akce mezi dielektrikem a vodičem, ale je nutné překonat malou zakázanou vzdálenost přenosem energie řádově 0,3... 0,7 eV (pro germanium a křemík).
Z toho, co je v každé domácnosti, jsou elektronické domácí spotřebiče, včetně napájecích zdrojů. Mají důležitou část, která funguje díky elektrickému poli – tím je kondenzátor. V něm jsou náboje drženy na deskách, oddělených dielektrikem, právě díky práci elektrického pole. Na obrázku níže vidíte konvenční obrázek nábojů na deskách kondenzátoru.
Další aplikací v elektrotechnice jsou tranzistory s efektem pole nebo tranzistory MOS. Již jejich název zmiňuje princip fungování. V nich je princip činnosti založen na změně vodivosti STOK-ISTOK vlivem příčného elektrického pole na polovodič a v MOS (MOS, MOSFET - totéž) a hradlo je zcela odděleno dielektrickou vrstvou (oxidem) od vodivého kanálu, takže vliv proudů GATE-SOURCE je nemožný kvůli definice.
Další aplikací, která již z běžného života vymizela, ale v průmyslové a laboratorní technice je stále „živá“, jsou katodové trubice (CRT neboli tzv. obrazové trubice). Kde jednou z možností zařízení pro pohyb paprsku po stínítku je elektrostatický vychylovací systém.
Jednoduše řečeno, existuje zbraň, která emituje (vyzařuje) elektrony. Existuje systém, který tento elektron vychyluje do požadovaného bodu na obrazovce, aby získal požadovaný obraz. Na desky je aplikováno napětí a emitovaný létající elektron je ovlivněn Coulombovými silami a elektrickým polem. Vše popsané se děje ve vzduchoprázdnu. Poté je na desky aplikováno vysoké napětí a k jeho vytvoření je instalován horizontální transformátor a zpětný měnič.
Níže uvedené video stručně a jasně vysvětluje, co je elektrické pole a jaké vlastnosti má tento speciální typ hmoty:
Související materiály:
- Co je dielektrická ztráta
- Závislost odporu vodiče na teplotě
- Ohmův zákon jednoduchými slovy
- Knihy pro elektrikáře
