Потенциал электрического поля
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ
В пространстве вокруг электрического заряда существует электрическое поле.
Электрическое поле – это особая форма материи, которая создаётся электрическими зарядами (заряженными телами) и которую можно обнаружить по взаимодействию электрических зарядов (заряженных тел).
Свойства электрического поля
1. Оно материально, т.е. существует независимо от нас и наших знаний о нём.
2. Оно создаётся электрическими зарядами (заряженными телами)
3. Оно обнаруживается по взаимодействию электрических зарядов (заряженных тел)
4. Оно действует на электрические заряды (заряженные тела) с некоторой силой.
5. Электрическое поле непосредственно невидимо, но может наблюдаться по его действию и с помощью приборов.
6. Электрическое поле является одной из составляющих единого электромагнитного поля и проявлением электромагнитного взаимодействия.
7. Для количественного определения электрического поля вводится силовая характеристика напряженность электрического поля.
Напряженностью электрического поля называют физическую величину, равную отношению силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд, помещенный в данную точку пространства, к величине этого заряда
Напряженность электрического поля – векторная физическая величина.
Направление вектора совпадает в каждой точке пространства с направлением силы, действующей на положительный пробный заряд.
|
|
|
8.Энергетической характеристикой поля является потенциал.
Физическую величину, равную отношению потенциальной энергии электрического заряда в электростатическом поле к величине этого заряда, называют потенциалом φ электрического поля:
Потенциал φ является энергетической характеристикой электростатического поля.
В Международной системе единиц (СИ) единицей потенциала является вольт (В):
1 В = 1 Дж / 1 Кл.
Электрическое поле можно изобразить графически с помощью силовых линий электрического поля, которые имеют направление.
| Электрическое поле положительного заряда. | Электрическое поле отрицательного заряда |
| 
|
Электрическое поле заряда действует с некоторой силой F на всякий другой заряд, помещенный
в поле данного заряда.
Сила, с которой электрическое поле действует на внесенный в него заряд, называется электрической силой. Она направлена всегда вдоль силовых линий электрического поля. Действие электрического поля зависит от расстояния, чем меньше расстояние до заряда, образующего поле, тем сильней действие поля (тем больше электрическая сила).
|
|
|
ЭТО ИНТЕРЕСНО !
А так выглядит электрическое поле двух разноименных зарядов:
И для интересующихся - электрическое поле четырех электрических зарядов:
____
От действия электрического поля на тело можно защититься металлическим экраном, т.к. внутри него поле отсутствует!
ДОМАШНИЕ ОПЫТЫ
... по парению пушинки в электрическом поле.
Если наэлектризовать трением пластмассовую линейку, сделать из ваты очень маленькую пушинку и положить её на линейку, то часть электрического заряда линейки при касании передастся пушинке. Линейка и пушинка зарядятся одноименно. Поднимите линейку и сдуйте пушинку вверх. Если затем подставить снизу линейку, то можно наблюдать за ее парением в электрическом поле линейки. На пушинку действуют одновременно сила тяжести и отталкивающая электрическая сила. Если сила тяжести больше силы отталкивания, пушинка сядет на линейку. Сдуйте ее и повторите опыт, сообщая прикосновениями к линейке всё больший заряд пушинке. Вы сможете добиться парения пушинки. При парении пушинки силы, действующие на неё, уравновешены.
Пространство, окружающее электрические заряды, в котором проявляются силы, действующие на внесенные в него электрические заряды, называется электрическим полем.
|
|
|
Заряд, находящийся в электрическом поле, движется в направлении силы, действующей на него со стороны поля. Состояние покоя такого заряда возможно лишь тогда, когда к заряду приложена какая-либо внешняя (сторонняя) сила, уравновешивающая силу электрического поля.
Как только нарушается равновесие между сторонней силой и силой поля, заряд снова приходит в движение. Направление его движения всегда совпадает с направлением большей силы.
Для наглядности электрическое поле принято изображать так называемыми силовыми линиями электрического поля. Эти линии совпадают с направлением сил, действующих в электрическом поле. При этом условились проводить столько линий, чтобы их число на каждый 1 см2 площадки, установленной перпендикулярно к линиям, было пропорционально силе поля в соответствующей точке.
За направление поля условно принято направление силы поля, действующей на положительный заряд, помещенный в данное поле. Положительный заряд отталкивается от положительных зарядов и притягивается к отрицательным. Следовательно, поле направлено от положительных зарядов к отрицательным.
|
|
|
Направление силовых линий обозначается на чертежах стрелками. Наукой доказано, что силовые линии электрического поля имеют начало и конец, т. е. они не замкнуты сами на себя. Исходя из принятого направления поля, устанавливаем, что силовые линии начинаются на положительных зарядах (положительно заряженных телах) и заканчиваются на отрицательных.
Рис. 1. Примеры изображения электрического поля при помощи силовых линий: а — электрическое поле одиночного положительного заряда, б — электрическое поле одиночного отрицательного заряда, в — электрическое поле двух разноименных зарядов, г — электрическое поле двух одноименных зарядов
На рис. 1 показаны примеры электрического поля, изображенного при помощи силовых линий. Нужно помнить, что силовые линии электрического поля — это лишь способ графического изображения поля. Большего содержания в понятие силовой линии здесь не вкладывается.
Закон Кулона
Сила взаимодействия двух зарядов зависит от величины и взаимного расположения зарядов, а также от физических свойств окружающей их среды.
Для двух наэлектризованных физических тел, размеры которых пренебрежимо малы по сравнению с расстоянием между телами, хила взаимодействия математически определяется следующим образом:
где F - сила взаимодействия зарядов в ньютонах (Н),
k - расстояние между зарядами в метрах (м),
Q1 и Q2 - величины электрических зарядов в кулонах (к) ,
k — коэффициент пропорциональности, величина которого зависит от свойств среды, окружающей заряды.
Приведенная формула читается так: сила взаимодействия между двумя точечными зарядами прямо пропорциональна произведению величин этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними (закон Кулона).
Для определения коэффициента пропорциональности k служит выражение
k = 1/(4πεεо).
Потенциал электрического поля
Электрическое поле всегда сообщает движение заряду, если силы поля, действующие на заряд, не уравновешиваются какими-либо сторонними силами. Это говорит о том, что электрическое поле обладает потенциальной энергией, т. е. способностью совершать работу.
Перемещая заряд из одной точки пространства в другую, электрическое поле совершает работу, в результате чего запас потенциальной энергии поля уменьшается. Если заряд перемещается в электрическом поле под действием какой-либо сторонней силы, действующей навстречу силам поля, то работа совершается не силами электрического поля, а сторонними силами. В этом случае потенциальная энергия поля не только не уменьшается, а, наоборот, увеличивается.
Работа, которую совершает сторонняя сила, перемещая в электрическом поле заряд, пропорциональна величине сил поля, противодействующих этому перемещению. Совершаемая при этом сторонними силами работа полностью расходуется на увеличение потенциальной энергии поля. Для характеристики поля со стороны его потенциальной энергии принята величина, называемая потенциалом электрического поля.
Сущность этой величины состоит в следующем. Предположим, что положительный заряд находится за пределами рассматриваемого электрического поля. Это значит, что поле практически не действует на данный заряд. Пусть сторонняя сила вносит этот заряд в электрическое поле и, преодолевая сопротивление движению, оказываемое силами поля, переместит заряд в данную точку поля. Работа, совершаемая силой, а значит, и величина, на которую увеличилась потенциальная энергия поля, зависит всецело от свойств поля. Следовательно, эта работа может характеризовать энергию данного электрического поля.
Энергия электрического поля, отнесенная к единице положительного заряда, помещенного в данную точку поля, и называется потенциалом поля в данной его точке.
Если потенциал обозначить буквой φ, заряд - буквой q и затраченную на перемещение заряда работу — W, то потенциал поля в данной точке выразится формулой
φ = W/q.
Из сказанного следует, что потенциал электрического поля в данной его точке численно равен работе, совершаемой сторонней силой при перемещении единицы положительного заряда из-за пределов поля в данную точку. Потенциал поля измеряется в вольтах (В). Если при переносе одного кулона электричества из-за пределов поля в данную точку сторонние силы совершили работу, равную одному джоулю, то потенциал в данной точке поля равен одному вольту: 1 вольт = 1 джоуль / 1 кулон
Дата добавления: 2019-09-02; просмотров: 128; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!