Er is zo'n term in de natuurkunde als "Elektrisch veld". Het beschrijft het optreden van een bepaalde kracht rond geladen lichamen. Het wordt toegepast in de praktijk en teruggevonden in het dagelijks leven. In dit artikel zullen we kijken naar wat een elektrisch veld is en wat de eigenschappen ervan zijn, en waar het voorkomt en wordt toegepast.
Inhoud:
- Definitie
- Typen velden
- Detectie van elektrisch veld
- Oefening
Definitie
Rond een geladen lichaam ontstaat een elektrisch veld. Simpel gezegd is dit een veld dat met een bepaalde kracht op andere lichamen inwerkt.
Het belangrijkste kwantitatieve kenmerk is de elektrische veldsterkte. Het is gelijk aan de verhouding tussen de kracht die op de lading werkt en de grootte van de lading. De kracht werkt in een bepaalde richting, vandaar dat de sterkte van de EP een vectorgrootheid is. Hieronder staat de formule voor spanning:
De EF-sterkte werkt in een richting die wordt berekend volgens het principe van superpositie. Dat is:
In de onderstaande afbeelding ziet u een conventionele grafische weergave van twee ladingen van verschillende polariteit en de krachtlijnen van het elektrische veld die daartussen ontstaan.
Belangrijk! De belangrijkste voorwaarde voor het verschijnen van een elektrisch veld is dat het lichaam een soort van lading moet hebben. Alleen dan ontstaat er een veld om hem heen, dat inwerkt op andere geladen lichamen.
Om de grootte van de elektrische veldsterkte rond een enkele testlading te bepalen, gebruik Wet van Coulomb, in dit geval:
Zo'n veld wordt ook wel het Coulomb-veld genoemd.
Een andere belangrijke fysieke grootheid is de potentiaal van het elektrische veld. Dit is niet langer een vector, maar een scalaire grootheid, het is recht evenredig met de energie die op de lading wordt toegepast:
Belangrijk! Kracht- en energiekenmerken van een elektrisch veld zijn sterkte en potentieel. Dit zijn de fysieke basiseigenschappen.
Het wordt gemeten in Volt en is numeriek gelijk aan het werk van de EF om de lading van een bepaald punt naar oneindig te verplaatsen.
U kunt meer leren over wat de elektrische veldsterkte is in de videozelfstudie:
Typen velden
Er zijn verschillende hoofdtypen velden, afhankelijk van waar het bestaat. Laten we eens kijken naar enkele voorbeelden van velden die in verschillende situaties voorkomen.
- Als de ladingen stationair zijn, is dit een statisch veld.
- Als de ladingen langs de geleider bewegen, is deze magnetisch (niet te verwarren met EF).
- Rond vaste geleiders ontstaat een stationair veld met een constante stroom.
- Bij radiogolven wordt een elektrisch en magnetisch veld uitgezonden, die loodrecht op elkaar in de ruimte staan. Dit gebeurt omdat elke verandering in de MF het uiterlijk van een elektrisch veld met gesloten krachtlijnen genereert.
Detectie van elektrisch veld
We hebben geprobeerd u alle belangrijke definities en voorwaarden voor het bestaan van een elektrisch veld in eenvoudige taal te vertellen. Laten we eens kijken hoe we het kunnen vinden. Magnetische detectie is eenvoudig - met behulp van een kompas.
We kunnen een elektrisch veld in het dagelijks leven vinden. We weten allemaal dat als je een plastic liniaal over je haar wrijft, kleine stukjes papier erdoor aangetrokken zullen worden. Dit is de werking van het elektrische veld. Als je je wollen trui uittrekt, hoor je geknetter en zie je vonken - dat is alles.
Een andere manier om een EF te detecteren is door er een testlading in te plaatsen. Het geldige veld zal het weigeren. Dit wordt gebruikt in CRT-monitoren en daarom in oscilloscoopstraalbuizen, we zullen hier later over praten.
Oefening
We hebben al vermeld dat in het dagelijks leven het elektrische veld zich manifesteert wanneer je wollen of synthetische kleding van jezelf uittrekt en vonken glijden tussen haar en wol wanneer je een plastic liniaal wrijft en over kleine stukjes papier houdt, en ze trekken en ander. Maar dit zijn geen normale technische voorbeelden.
In geleiders veroorzaakt de geringste EF de beweging van ladingsdragers en hun herverdeling. In diëlektrica zal, aangezien de bandafstand in deze stoffen groot is, de elektronenstraal de beweging van ladingsdragers alleen veroorzaken in het geval van een diëlektrische doorslag. In halfgeleiders is de actie tussen het diëlektricum en de geleider, maar het is noodzakelijk om de kleine bandafstand te overbruggen door energie over te dragen in de orde van 0,3... 0,7 eV (voor germanium en silicium).
Van wat er in elk huis is, zijn elektronische huishoudelijke apparaten, inclusief voedingen. Ze hebben een belangrijk onderdeel dat werkt dankzij het elektrische veld - dit is een condensator. Daarin worden de ladingen op de platen gehouden, gescheiden door een diëlektricum, precies vanwege het werk van het elektrische veld. In onderstaande afbeelding zie je een conventioneel beeld van de ladingen op de condensatorplaten.
Een andere toepassing in de elektrotechniek zijn veldeffecttransistoren of MOS-transistoren. Hun naam vermeldt al het werkingsprincipe. Daarin is het werkingsprincipe gebaseerd op een verandering in de STOK-ISTOK-geleidbaarheid onder invloed van een transversaal elektrisch veld op de halfgeleider, en in MOS (MOS, MOSFET - hetzelfde) en de poort is volledig gescheiden door een diëlektrische laag (oxide) van het geleidende kanaal, zodat de invloed van de GATE-SOURCE-stromen onmogelijk is vanwege definitie.
Een andere toepassing die in het dagelijks leven al is verdwenen, maar nog steeds "levend" is in de industriële en laboratoriumtechnologie, zijn kathodestraalbuizen (CRT of zogenaamde beeldbuizen). Waar een van de opties voor een apparaat om de bundel over het scherm te bewegen een elektrostatisch afbuigsysteem is.
In eenvoudige bewoordingen is er een pistool dat elektronen uitzendt (uitzendt). Er is een systeem dat dit elektron afbuigt naar het gewenste punt op het scherm om het gewenste beeld te verkrijgen. Er wordt een spanning op de platen aangelegd en het uitgezonden vliegende elektron wordt beïnvloed door respectievelijk Coulomb-krachten en het elektrische veld. Alles wat beschreven wordt, gebeurt in een vacuüm. Vervolgens wordt een hoogspanning op de platen aangelegd en worden een horizontale scantransformator en een flyback-converter geïnstalleerd om deze te vormen.
In onderstaande video wordt kort en duidelijk uitgelegd wat een elektrisch veld is en welke eigenschappen deze bijzondere materie heeft:
Gerelateerde materialen:
- Wat is diëlektrisch verlies?
- De afhankelijkheid van de weerstand van de geleider op temperatuur
- De wet van Ohm in eenvoudige woorden
- Elektricien boeken