Vo fyzike existuje taký termín ako "elektrické pole". Opisuje výskyt určitej sily okolo nabitých telies. Používa sa v praxi a nachádza sa v každodennom živote. V tomto článku sa pozrieme na to, čo je elektrické pole a aké sú jeho vlastnosti, ako aj na to, kde sa vyskytuje a uplatňuje.
Obsah:
- Definícia
- Typy polí
- Detekcia elektrického poľa
- Prax
Definícia
Okolo nabitého telesa vzniká elektrické pole. Zjednodušene povedané, ide o pole, ktoré pôsobí na iné telesá určitou silou.
Hlavnou kvantitatívnou charakteristikou je intenzita elektrického poľa. Rovná sa pomeru sily pôsobiacej na náboj k veľkosti náboja. Sila pôsobí v určitom smere, preto je sila EP vektorovou veličinou. Nižšie je uvedený vzorec pre napätie:
Sila EF pôsobí v smere, ktorý je vypočítaný podľa princípu superpozície. To je:
Na obrázku nižšie vidíte konvenčné grafické znázornenie dvoch nábojov rôznej polarity a siločiar elektrického poľa vznikajúce medzi nimi.
Dôležité! Hlavnou podmienkou pre vznik elektrického poľa je, že telo musí mať nejaký druh náboja. Až potom okolo neho vznikne pole, ktoré bude pôsobiť na ďalšie nabité telesá.
Na určenie veľkosti intenzity elektrického poľa okolo jedného testovacieho náboja použite Coulombov zákon, v tomto prípade:
Takéto pole sa nazýva aj Coulombovo pole.
Ďalšou dôležitou fyzikálnou veličinou je potenciál elektrického poľa. Toto už nie je vektor, ale skalárne množstvo, je priamo úmerné energii aplikovanej na náboj:
Dôležité! Sila a energetické charakteristiky elektrického poľa sú sila a potenciál. Toto sú jeho základné fyzikálne vlastnosti.
Meria sa vo voltoch a numericky sa rovná práci EF na presun náboja z určitého bodu do nekonečna.
Viac o tom, čo je sila elektrického poľa, sa dozviete z videonávodu:
Typy polí
Existuje niekoľko hlavných typov polí v závislosti od toho, kde existujú. Uvažujme o niekoľkých príkladoch polí, ktoré vznikajú v rôznych situáciách.
- Ak sú náboje stacionárne, ide o statické pole.
- Ak sa náboje pohybujú pozdĺž vodiča, je magnetický (nezamieňať s EF).
- Okolo pevných vodičov s konštantným prúdom vzniká stacionárne pole.
- V rádiových vlnách sa vyžaruje elektrické a magnetické pole, ktoré sú umiestnené v priestore kolmo na seba. Stáva sa to preto, že akákoľvek zmena v MF generuje vzhľad elektrického poľa s uzavretými siločiarami.
Detekcia elektrického poľa
Snažili sme sa vám jednoduchou rečou povedať všetky dôležité definície a podmienky existencie elektrického poľa. Poďme zistiť, ako to nájsť. Magnetická detekcia je jednoduchá – pomocou kompasu.
Elektrické pole môžeme nájsť v každodennom živote. Všetci vieme, že ak si po vlasoch pretriete plastové pravítko, začnú ich priťahovať malé kúsky papiera. Toto je pôsobenie elektrického poľa. Keď si vyzlečiete vlnený sveter, počujete praskanie a vidíte iskry – to je všetko.
Ďalším spôsobom, ako zistiť EF, je umiestniť do neho testovací náboj. Platné pole ho odmietne. Toto sa používa v CRT monitoroch, a teda v osciloskopových trubiciach, o tom budeme hovoriť neskôr.
Prax
Už sme spomenuli, že v každodennom živote sa elektrické pole prejavuje, keď zo seba vyzlečiete vlnené alebo syntetické oblečenie a iskry prekĺznu medzi vlasmi a vlnou, keď triete plastovým pravítkom a držíte na malých kúskoch papiera, a priťahujú iné. Ale toto nie sú bežné technické príklady.
Vo vodičoch najmenší EF spôsobuje pohyb nosičov náboja a ich prerozdelenie. V dielektrikách, keďže zakázané pásmo v týchto látkach je veľké, elektrónový lúč spôsobí pohyb nosičov náboja len v prípade dielektrického prierazu. V polovodičoch je pôsobenie medzi dielektrikom a vodičom, ale je potrebné prekonať malú zakázanú vzdialenosť prenosom energie rádovo 0,3... 0,7 eV (pre germánium a kremík).
Z toho, čo je v každej domácnosti, sú elektronické domáce spotrebiče vrátane napájacích zdrojov. Majú dôležitú časť, ktorá funguje vďaka elektrickému poľu – ide o kondenzátor. V ňom sú náboje držané na doskách oddelených dielektrikom práve vďaka práci elektrického poľa. Na obrázku nižšie vidíte konvenčný obrázok nábojov na doskách kondenzátora.
Ďalšou aplikáciou v elektrotechnike sú tranzistory s efektom poľa alebo tranzistory MOS. Už ich názov spomína princíp fungovania. V nich je princíp činnosti založený na zmene vodivosti STOK-ISTOK vplyvom priečneho elektrického poľa na polovodič a v MOS (MOS, MOSFET - to isté) a brána je úplne oddelená dielektrickou vrstvou (oxidom) od vodivého kanála, takže vplyv prúdov GATE-SOURCE je nemožný z dôvodu definícia.
Ďalšou aplikáciou, ktorá už z bežného života vymizla, no v priemyselnej a laboratórnej technike stále „žije“, sú katódové trubice (CRT alebo tzv. obrazové trubice). Jednou z možností zariadenia na pohyb lúča po obrazovke je elektrostatický vychyľovací systém.
Jednoducho povedané, existuje pištoľ, ktorá vyžaruje (vyžaruje) elektróny. Existuje systém, ktorý vychyľuje tento elektrón do požadovaného bodu na obrazovke, aby sa získal požadovaný obraz. Na platne sa aplikuje napätie a emitovaný lietajúci elektrón je ovplyvnený Coulombovými silami a elektrickým poľom. Všetko opísané sa deje vo vzduchoprázdne. Potom sa na dosky aplikuje vysoké napätie a na jeho vytvorenie sa nainštaluje horizontálny skenovací transformátor a spätný konvertor.
Video nižšie stručne a jasne vysvetľuje, čo je elektrické pole a aké vlastnosti má tento špeciálny typ hmoty:
Súvisiace materiály:
- Čo je dielektrická strata
- Závislosť odporu vodiča od teploty
- Ohmov zákon jednoduchými slovami
- Knihy pre elektrikárov
