In der Physik gibt es einen Begriff wie "Elektrisches Feld". Es beschreibt das Auftreten einer bestimmten Kraft um geladene Körper. Es wird in der Praxis angewendet und findet sich im Alltag wieder. In diesem Artikel werden wir uns ansehen, was ein elektrisches Feld ist und welche Eigenschaften es hat, sowie wo es auftritt und angewendet wird.
Inhalt:
- Definition
- Arten von Feldern
- Erkennung elektrischer Felder
- Üben
Definition
Um einen geladenen Körper entsteht ein elektrisches Feld. Einfach ausgedrückt ist dies ein Feld, das mit einer bestimmten Kraft auf andere Körper einwirkt.
Das wichtigste quantitative Merkmal ist die elektrische Feldstärke. Sie ist gleich dem Verhältnis der auf die Ladung wirkenden Kraft zur Größe der Ladung. Die Kraft wirkt in eine bestimmte Richtung, daher ist die Stärke des EP eine Vektorgröße. Unten ist die Formel für die Spannung:
Die EF-Stärke wirkt in eine Richtung, die nach dem Superpositionsprinzip berechnet wird. Also:
In der folgenden Abbildung sehen Sie eine konventionelle grafische Darstellung zweier Ladungen unterschiedlicher Polarität und die zwischen ihnen auftretenden Kraftlinien des elektrischen Feldes.
Wichtig! Die Hauptbedingung für das Auftreten eines elektrischen Feldes ist, dass der Körper eine Art Ladung haben muss. Erst dann entsteht um ihn herum ein Feld, das auf andere geladene Körper einwirkt.
Um die Größe der elektrischen Feldstärke um eine einzelne Testladung zu bestimmen, verwenden Sie Coulomb-Gesetz, in diesem Fall:
Ein solches Feld wird auch Coulomb-Feld genannt.
Eine weitere wichtige physikalische Größe ist das Potential des elektrischen Feldes. Dies ist kein Vektor mehr, sondern eine skalare Größe, die direkt proportional zur auf die Ladung aufgebrachten Energie ist:
Wichtig! Stärke und Energieeigenschaften eines elektrischen Feldes sind Stärke und Potential. Dies sind seine grundlegenden physikalischen Eigenschaften.
Es wird in Volt gemessen und ist numerisch gleich der Arbeit des EF, um die Ladung von einem bestimmten Punkt ins Unendliche zu bewegen.
Im Video-Tutorial erfahren Sie mehr darüber, was eine elektrische Feldstärke ist:
Arten von Feldern
Es gibt mehrere Haupttypen von Feldern, je nachdem, wo sie vorhanden sind. Betrachten wir einige Beispiele für Felder, die in verschiedenen Situationen auftreten.
- Sind die Ladungen stationär, handelt es sich um ein statisches Feld.
- Bewegen sich die Ladungen entlang des Leiters, ist dieser magnetisch (nicht zu verwechseln mit EF).
- Um feste Leiter entsteht ein stationäres Feld mit konstantem Strom.
- Bei Radiowellen wird ein elektrisches und magnetisches Feld ausgesendet, die sich im Raum senkrecht zueinander befinden. Dies geschieht, weil jede Änderung der MF das Auftreten eines elektrischen Feldes mit geschlossenen Kraftlinien erzeugt.
Erkennung elektrischer Felder
Wir haben versucht, Ihnen alle wichtigen Definitionen und Bedingungen für die Existenz eines elektrischen Feldes in einfacher Sprache zu erklären. Lassen Sie uns herausfinden, wie Sie es finden. Magnetische Erkennung ist einfach - mit einem Kompass.
Im Alltag finden wir ein elektrisches Feld. Wir alle wissen, dass, wenn Sie ein Plastiklineal über Ihr Haar reiben, kleine Papierstücke davon angezogen werden. Dies ist die Wirkung des elektrischen Feldes. Wenn du deinen Wollpullover ausziehst, hörst du ein Knistern und siehst Funken – fertig.
Eine andere Möglichkeit, einen EF zu erkennen, besteht darin, eine Testladung darin zu platzieren. Das gültige Feld wird es ablehnen. Dies wird in CRT-Monitoren und dementsprechend in Oszilloskop-Strahlröhren verwendet, darüber werden wir später sprechen.
Üben
Wir haben bereits erwähnt, dass sich im Alltag das elektrische Feld manifestiert, wenn man sich Woll- oder Synthetikkleidung auszieht und Funken gleiten zwischen Haaren und Wolle, wenn man ein Plastiklineal reibt und über kleine Papierstücke hält, und sie ziehen sich an und Sonstiges. Aber das sind keine normalen technischen Beispiele.
In Leitern bewirkt die geringste EF die Bewegung von Ladungsträgern und deren Umverteilung. Da in Dielektrika die Bandlücke in diesen Substanzen groß ist, wird der Elektronenstrahl nur bei einem dielektrischen Durchbruch die Bewegung von Ladungsträgern bewirken. Bei Halbleitern wirkt die Wirkung zwischen Dielektrikum und Leiter, aber es ist notwendig, eine kleine Bandlücke zu überwinden, indem Energie in der Größenordnung von 0,3... 0,7 eV (für Germanium und Silizium) übertragen wird.
Aus dem, was in jedem Haushalt vorhanden ist, sind elektronische Haushaltsgeräte, einschließlich Netzteile. Sie haben einen wichtigen Teil, der dank des elektrischen Felds funktioniert - dies ist ein Kondensator. In ihm werden die Ladungen genau durch die Arbeit des elektrischen Feldes auf den durch ein Dielektrikum getrennten Platten gehalten. Im Bild unten sehen Sie ein konventionelles Bild der Ladungen auf den Kondensatorplatten.
Eine weitere Anwendung in der Elektrotechnik sind Feldeffekttransistoren oder MOS-Transistoren. Ihr Name erwähnt bereits das Funktionsprinzip. Das Funktionsprinzip beruht bei ihnen auf einer Änderung der STOK-ISTOK-Leitfähigkeit unter dem Einfluss eines transversalen elektrischen Feldes auf den Halbleiter, und bei MOS (MOS, MOSFET - gleich) und das Gate ist durch eine dielektrische Schicht (Oxid) vollständig vom leitenden Kanal getrennt, so dass die Beeinflussung der GATE-SOURCE-Ströme durch Definition.
Eine weitere Anwendung, die bereits im Alltag verschwunden ist, aber in der Industrie- und Labortechnik noch „lebendig“ ist, sind Kathodenstrahlröhren (CRT oder sogenannte Bildröhren). Eine der Optionen für eine Vorrichtung zum Bewegen des Strahls über den Bildschirm ist ein elektrostatisches Ablenksystem.
Einfach ausgedrückt gibt es eine Kanone, die Elektronen emittiert (emittiert). Es gibt ein System, das dieses Elektron an den gewünschten Punkt auf dem Bildschirm ablenkt, um das gewünschte Bild zu erhalten. An die Platten wird eine Spannung angelegt, und das emittierte fliegende Elektron wird durch Coulomb-Kräfte bzw. das elektrische Feld beeinflusst. Alles Beschriebene geschieht in einem Vakuum. Dann wird eine Hochspannung an die Platten angelegt und ein horizontaler Abtasttransformator und ein Sperrwandler werden installiert, um sie zu bilden.
Das folgende Video erklärt kurz und anschaulich, was ein elektrisches Feld ist und welche Eigenschaften diese spezielle Materie hat:
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