Способы изображения электрического поля

Графическое изображение поля

Электрическое поле изображают с помощью электрических линий и следов эквипотенциальных поверхностей.

Поверхность, проведённая в пространстве так, что все её точки имеют одинаковый потенциал, называется эквипотенциальной.

Рисунок 1.7 – Неоднородное симметричное поле

Рисунок 1.8 – Неоднородное несимметричное поле

Рисунок 1.9 – Однородное несимметричное поле

Если вектор напряженности в каждой точке поля одинаков по величине и направлению то поле считается однородным.

Силовые линии магнитного поля (линии напряженности) проводятся так что:

1. Направление от положительного заряда и к отрицательному заряду;

2. Густота силовых линий отражает величину напряженности;

3. Проводятся так, чтобы вектор напряженности в каждой точке линии был направлен по касательной к ней.

Силовые линии это мысленные траектории движения пробного положительного заряда, внесенного в данную точку поля.

Следы эквипотенциальных поверхностей проводятся так, чтобы они пересекались с силовыми линиями под прямым углом, между каждыми двумя соседними эквипотенциальными поверхностями разность потенциалов одинакова.

1.3 Электропроводность веществ: проводники, диэлектрики, полупроводники

Почти в любом объёме любого вещества содержится некоторое количество свободных зарядов, их число в единице объёма называется концентрацией.

При отсутствии внешнего электрического поля свободные заряды совершают хаотическое тепловое движение, попадая в электрическое поле они приобретают скорость упорядоченного, направленного движения.

Упорядоченное направленное движение зарядов под действием сил внешнего электрического поля называется электрическим током.

Способность веществ, проводить электрический ток называется электропроводностью.

В зависимости от электропроводности все вещества делят на три группы:

1) Проводники – вещества, обладающие хорошей электропроводимостью, следовательно, хорошо проводящие электрический ток. Делятся на две подгруппы:

а) Первого рода – металлы и их сплавы. В них большое количество свободных электронов, которые под действием сил внешнего электрического поля приобретают скорость направленного движения, следовательно ток в проводника первого рода – это упорядоченное направленное движение электронов, а значит не сопровождается переносом вещества и химическими реакциями.

Проводник первого рода помещён в электростатическое поле, происходит явление электромагнитной индукции –мгновенное перемещение свободных зарядов к одной поверхности проводника. На этой поверхности возникает избыточный отрицательный заряд, недостаток электронов у противоположной поверхности создаёт избыточный положительный заряд, следовательно заряженные поверхности проводника создают собственное поле, направленное против внешнего и всегда его уравновешивающего. На этом основано экранирование – защита части пространства от внешних электрических полей.

б) Второго рода – это электролиты – водные растворы солей, кислот, щелочи, в них под действием растворителя (воды) происходит расход молекул на положительно и отрицательно заряженные ионы (электролитическая диссонация). Во внешнем электрическом поле ионы приобретают скорость направленного движения, значит ток в проводниках второго рода – это направленное движение ионов, а значит, сопровождается переносом вещества и химическими реакциями.

2) Диэлектрики – вещества, не имеющие свободных зарядов, а потому не способные проводить постоянный электрический ток. Делятся на две группы: неполярные и полярные диэлектрики.

У неполярных диэлектриков электронные орбиты расположены так, что при отсутствии внешнего поля электрические центры «+» и « — » в одной точке атом не создаёт диполя. Во внешнем поле орбиты смещаются так, что электрические центры «+» и « — » в разных точках, образовалась диполь – два одинаковых по величине, но противоположных по знаку связанных заряда. Произошла поляризация диэлектрика – деформационная.

У полярных диэлектриков диполи существуют от природы без всякого внешнего поля, но ариентированны хаотически. Во внешнем поле диполи поворачиваются и выстраиваются вдоль линий внешнего поля, происходит поляризация, которая называется ориентационной.

Внутри любого поляризованного диэлектрика поле существует, но по сравнению со внешним оно ослаблено в E раз.

Постоянный электрический ток диэлектрики не проводят, а переменный ток проводят – направленное колебательное движение диполей под действием сил внешнего переменного электрического поля.

О том, что колебательные движения диполей можно назвать электрическим током говорит опыт Эйхенвольда.

При протягивании диэлектрика в месте AB происходит … временный поворот на 180° и это сопровождается возникновением магнитного поля, которое всегда сопутствует электрическому току.

Ток проводимости – упорядоченное направленное движение свободных зарядов под действием сил внешнего электрического поля (постоянный и переменный).

Ток смещения связанных зарядов (в диэлектрике) – колебательное движение диполей под действием сил внешнего переменного электрического поля

3) Полупроводники – вещества, занимающие промежуточное положение по электропроводимости между проводниками и диэлектриками. Ток в них это направленное движение свободных электронов и дырок, зависит от некоторых факторов (температура, освещённость, наличие примесей).

Дата добавления: 2015-06-17 ; просмотров: 4584 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Напряженность электрического поля и его графическое изображение

На единичный положительный заряд, помещенный в любую точку электрического поля, будет действовать некоторая сила.

Определение: Сила, действующая на единичный неподвижный положительный заряд в данной точке поля, называется напряженностью электрического поля.

Измеряется напряженность поля в вольтах на метр (в/м).

Если в данной точке поля находится заряд q и поле действует на него с силой F, то напряженность поля Е можно определить по формуле

Если в данной точке поля находится единичный заряд (т. е. q=1), то E = F. Это соответствует данному выше определению напряженности электрического поля.

Пример. В электрическом поле находится заряд q = 0,004 кулона. На заряд действует сила F = 4 ньютонам. Определить напряженность электрического поля.

Решение.

Кулон — заряд, переносимый через поперечное сечение проводника в одну секунду при неизменяющейся силе тока, равной одному амперу.

Ньютон — единица силы, под влиянием которой тело с массой в 1 кг приобретает ускорение в 1 м/сек 2 . Эта единица силы получила свое название в честь гениального английского физика, механика, астронома и математика Исаака Ньютона (1642—1727)

Следует подчеркнуть разницу между понятиями «напряженность электрического поля» и «напряжение». Напряженность характеризует поле в данной точке через величину силы, действующей на единичный положительный заряд, находящийся в этой точке. Напряжение — это разность потенциалов между двумя точками электрического поля, или работа, совершаемая силами поля при переносе единичного положительного заряда из одной точки поля в другую.

ГРАФИЧЕСКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

Мы уже знаем, что вокруг электрического заряда существует электрическое поле, проявляющееся, в частности, в том, что на пробный заряд, внесенный в это поле, действует механическая сила. Кроме того, нужно обратить внимание и еще на одно очень важное обстоятельство: пробный заряд под действием электрического поля всегда перемещается в определенном направлении. Например, если поле создано положительно заряженным шаром, то пробный положительный заряд отталкивается от шара и перемещается в направлении радиуса шара. Если бы шар был заряжен отрицательно, то пробный положительный заряд притягивался бы к шару, но опять перемещался бы в направлении радиуса.

В поле, созданном несколькими зарядами, перемещение пробного заряда происходило бы по более сложной траектории.

Перемещение пробного заряда q в электрическом поле происходит под действием силы поля (F). В электрическом поле можно провести линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением силы F, действующей па пробный заряд. Такие линии называются электрическими силовыми линиями (рис. 1).

Рисунок 1. Электрическая силовая линия.

Электрические силовые линии позволяют характеризовать электрическое поле. Ими пользуются при объяснении многих электрических явлений.

Следует твердо помнить об условности понятия «электрическая силовая линия». Это не что иное, как графическое изображение реально существующего электрического поля. Пользуясь таким условным изображением, можно наглядно и просто охарактеризовать направление движения зарядов в поле, уяснить характер взаимодействия заряженных тел и т. д.

В дальнейшем мы будем неоднократно использовать термин «электрические силовые линии», не оговаривая каждый раз его условность.

Для ряда простых случаев графическое построение электрического поля не вызывает затруднений. Нужно только помнить следующее:

— силовые линии направлены от положительных зарядов к отрицательным (направление движения пробного положительного заряда);

— силовые линии начинаются на положительном заряде и кончаются на отрицательном;

— силовые линии должны быть направлены всегда перпендикулярно поверхности заряженного тела.

На рис. 2 и 3 показаны примеры графического изображения электрических полей. Направление силовых линий обозначается стрелками.

Рисунок 2. Силовые линии электрического поля, образованные точечным зарядам: слева-положительным, справа-отрицательным.

Рисунок 3. Силовые линии электрического поля, образованные двумя зарядам: слева-двумя разноименными, справа-двумя одноименными.

Следует запомнить, что положительный заряд, внесенный в электрическое поле, будет перемещаться от точек с более высоким потенциалом к точкам с более низким потенциалом. Наоборот, отрицательный заряд, внесенный в электрическое поле, будет перемещаться от точек с более низким потенциалом к точкам с более высоким потенциалом.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Источник

Графическое изображение электрических полей

Электрическое поле графически изображается с помощью электрических силовых линий. Электрическими силовыми линиями называют линии, показывающие направление действия сил электрического поля на положительный заряд, помещенный в это электрическое поле.

Направление электрических силовых линий в каждой точке совпадает с касательной, создаваемой направлением вектора напряженности в этой точке. Чем больше напряженность электрического поля, тем больше плотность электрических силовых линий.

Электрическое поле может быть однородным и неоднородным. Однородным электрическим полем называется такое, во всех точках которого электрические силовые линии имеют одинаковую плотность и одно направление. На рисунке 1 показано однородное электрическое поле в средней части между двумя параллельными плоскостями, имеющими разноименные заряды.

Рисунок 1

Если плотность электрических линий неодинакова в различных точках электрического поля, то такое поле называется неоднородным. На рисунке 2 показано неоднородное электрическое поле созданное двумя одноименными зарядами. Электрические силовые линии начинаются на положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных или уходят в бесконечность.

Рисунок 2

Электрические силовые линии не пересекаются. Это очевидно из того, что вектор напряженности электрического поля в любой точке поля может иметь только одно направление. Нельзя думать, что электрические силовые линии существуют в действительности. Они являются только наглядным способом изучения электрических полей и показывают действительное направление вектора напряженности в данной точке электрического поля.

Распределение электрического поля в пространстве может быть охарактеризовано не только электрическими силовыми линиями, но и поверхностями разного потенциала—эквипотенциальными поверхностями. Вокруг заряженного шара (рисунок 3) точки с равным потенциалом находятся на сферической поверхности, окружающей заряженный шар.

Рисунок 3

На рисунке 4 сплошными линиями показаны эквипотенциальные поверхности электрического поля, созданного двумя разноименными зарядами. Так как в любых точках одной и той же эквипотенциальной поверхности потенциалы равны, то силы поля не совершают работу по перемещению электрического заряда по эквипотенциальной поверхности, поэтому векторы напряженности электрического поля направлены перпендикулярно к этой поверхности, то есть электрические силовые линии в точке пересечения с эквипотенциальными поверхностями перпендикулярны к ним.

Рисунок 4

Как установлено опытом, напряженность электрического поля нескольких зарядов в данной точке равно геометрической сумме напряженностей электрических полей зарядов в этой точке, создаваемых всеми отдельными зарядами независимо друг от друга E=E₁++E₂+…+E_n. Если электрическое поле создано несколькими зарядами, то для определения в данной точке поля результирующей напряженности, созданной всеми зарядами, применяют принцип наложения, который также называется принципом суперпозиции.

Рисунок 5

Принцип наложения заключается в том, что сначала определяют напряженность E₁, создаваемую в точке М (рисунок 5) только одним зарядом Q₁, предполагая, что второго заряда Q₂ в электрическом поле нет, а затем определяют напряженность E₂, создаваемую только зарядом Q₂ в той же точке М, предполагая, что первого заряда Q₁ в электрическом поле нет.

Напряженность электрического поля, созданного зарядами Q₁ и Q₂, равна сумме Е=Е₁+Е₂.

Источник