Intenzita elektrického pole. Velká ruská encyklopedie

Coulombův zákon, který jsme si probírali v minulé lekci, byl stanoven experimentálně a platí pro nabitá tělesa v klidu. Jak dochází k interakci nabitých těles na dálku? Donedávna se při studiu elektrických interakcí vedle sebe rozvíjely dvě zásadně odlišné teorie: teorie krátkého dosahu и teorie akce na dálku (akce na dálku).

Teorie krátkodobého působení spočívá v tom, že nabitá tělesa na sebe vzájemně působí prostřednictvím mezičlánku (například řetězec v problému zvedání kbelíku ze studny je mezičlánkem, jehož prostřednictvím na kbelík působíme, tj. zvedáme ho).

Teorie působení na dálku tvrdí, že nabitá tělesa interagují prostřednictvím vakua. Charles Coulomb se této teorie držel a tvrdil, že nabitá tělesa se navzájem „cítí“. Na začátku 1. století ukončil debatu Michael Faraday (obr. 2). Ve svých pracích týkajících se elektrického pole zjistil, že mezi nabitými tělesy existuje určitý objekt, který na sebe vzájemně působí. Práci Michaela Faradaye potvrdil James Maxwell (obr. XNUMX). Ukázal, že působení jednoho nabitého tělesa na druhé se rozkládá v konečném čase, a proto mezi nabitými tělesy musí existovat mezilehlý článek, skrze který k interakci dochází.

Obr. 1. Michael Faraday (Zdroj)	Obr. 2. James Clerk Maxwell (Zdroj)

Definice: Elektrické pole – je speciální forma hmoty, která je tvořena náboji v klidu a je určena svým působením na jiné náboje.

Napětí

Elektrické pole je charakterizováno určitými veličinami. Jedna z nich se nazývá intenzita.

Připomeňme si, že podle Coulombova zákona je síla interakce mezi dvěma náboji:

Maxwell ukázal, že k této interakci dochází v konečném čase:

kde l je vzdálenost mezi nabitými částicemi a c je rychlost světla, tedy rychlost šíření elektromagnetických vln.

Uvažujme experiment s interakcí dvou nábojů. Nechť elektrické pole je vytvořeno kladným nábojem +q, a v tomto poli je v určité vzdálenosti umístěn kladný náboj +q v testovacím bodě (obr. 3,a). Podle Coulombova zákona bude na testovací náboj působit síla elektrostatické interakce z náboje vytvářejícího elektrické pole. Poměr této síly k hodnotě testovacího náboje pak bude charakterizovat působení elektrického pole v tomto bodě. Pokud je v tomto bodě umístěn dvakrát větší testovací náboj, interakční síla se také zdvojnásobí (obr. 3,b). Obdobně poměr síly k hodnotě testovacího náboje opět udá hodnotu působení elektrického pole v tomto bodě. Působení elektrického pole je určeno i v případě, kdy je testovací náboj záporný (obr. 3,c).

Obr. 3. Síla elektrostatické interakce dvou bodových nábojů

V bodě, kde se nachází testovací náboj, je tedy pole charakterizováno velikostí:

Tato hodnota se nazývá napětí elektrické pole. Intenzita pole v daném bodě nezávisí na velikosti testovacího náboje: ve všech třech případech je poměr síly k náboji konstantní. Jednotka měření intenzity:

Napětí je vektorová veličina, tj. Napájení charakteristika elektrického pole, směřuje ve stejném směru jako síla elektrostatické interakce. Ukazuje sílu, s níž elektrické pole působí na náboj v něm umístěný.

Síla pole bodového náboje

Uvažujme sílu elektrického pole osamělého bodového náboje nebo nabité koule.

Z definice intenzity vyplývá, že v případě interakce dvou bodových nábojů, známe-li sílu jejich Coulombovy interakce, můžeme získat velikost intenzity elektrického pole, které je vytvářeno nábojem q. v bodě ve vzdálenosti r od něj k bodu, ve kterém je zkoumáno elektrické pole:

Tento vzorec ukazuje, že síla pole bodového náboje se mění nepřímo úměrně druhé mocnině vzdálenosti od daného náboje, tj. například když se vzdálenost zdvojnásobí, síla pole se zmenší čtyřikrát.

Napínací čáry

Zkusme nyní charakterizovat elektrostatické pole několika nábojů. V tomto případě je nutné použít součet vektorových hodnot intenzit všech nábojů. Zavedeme testovací náboj a zapíšeme součet vektorů sil působících na tento náboj. Výslednou hodnotu intenzity získáme vydělením hodnot těchto sil hodnotou testovacího náboje. Tato metoda se nazývá princip superpozice.

Intenzita elektrostatického pole se obvykle graficky znázorňuje pomocí elektrické vedení, které se také nazývají čáry napětí. Takový obraz lze získat konstrukcí vektorů polního napětí v co největším počtu bodů v blízkosti daného náboje nebo celé soustavy nabitých těles.

Obr. 4. Čáry intenzity elektrického pole bodového náboje (zdroj)

Podívejme se na několik příkladů zobrazení siločar. Siločáry vycházejí z kladného náboje (obr. 4,a), tj. kladný náboj je zdrojem siločar. Siločáry končí u záporného náboje (obr. 4,b).

Uvažujme nyní systém sestávající z kladných a záporných nábojů umístěných v konečné vzdálenosti od sebe (obr. 5). V tomto případě jsou čáry napětí směrovány od kladného náboje k zápornému náboji.

Velmi zajímavé je elektrické pole mezi dvěma nekonečnými rovinami. Pokud je jedna z desek nabita kladně a druhá záporně, pak v mezeře mezi rovinami vzniká proud. homogenní elektrostatické pole, jehož napěťové čáry jsou vzájemně rovnoběžné (obr. 6).

Obr. 5. Napěťové čáry soustavy dvou nábojů (Zdroj)

Obr. 6. Čáry intenzity pole mezi nabitými deskami (zdroj)

V případě heterogenní Velikost intenzity elektrického pole je určena hustotou siločar: kde jsou siločary hustší, je velikost intenzity pole větší (obr. 7).

Obr. 7. Nejednotné elektrické pole (zdroj)

Definice: Linie napětí se nazývají spojité čáry, jejichž tečny se v každém bodě shodují s vektory napětí v tomto bodě.

Čáry napětí začínají na kladných nábojích, končí na záporných nábojích a jsou spojité.

Elektrické pole můžeme znázornit pomocí siločar libovolným způsobem, který považujeme za nezbytný, tj. počet siločar a jejich hustota nejsou nijak omezeny. Je však nutné vzít v úvahu směr vektorů intenzity pole a jejich absolutní hodnoty.

Následující poznámka je velmi důležitá. Jak již bylo řečeno, Coulombův zákon platí pouze pro bodové náboje v klidu, stejně jako pro nabité koule a sféry. Intenzita nám umožňuje charakterizovat elektrické pole bez ohledu na tvar nabitého tělesa, které toto pole vytváří.

Reference

1. Mjakišev G. Ja., Buchovcev B. B., Sotský N. N. Fyzika: učebnice pro 10. ročník komplexních vzdělávacích institucí: základní a profilová úroveň. – M.: Vzdělání, 2008.
2. Kasjanov V. A. Fyzika. 10. ročník: učebnice pro komplexní vzdělávací instituce. – M.: Drofa, 2000.
3. Rymkevich A. P. Fyzika. Úlohová kniha. 10.-11. ročník: manuál pro komplexní vzdělávací instituce. – M.: Drofa, 2013.
4. Gendenstein L. E., Dik Yu. I. Fyzika. 10. ročník. Ve 2 částech. Část 1. Učebnice pro všeobecně vzdělávací instituce (základní úroveň) – M.: Mnemozina, 2009.

Další doporučené odkazy na internetové zdroje

1. Internetový portál „nauka.guskoff.ru“ (Zdroj)
2. Youtube (Zdroj).
3. Internetový portál „physics.ru“ (Zdroj)

Domácí úkol

1. Strana 378: č. 1–3. Kasjanov V. A. Fyzika. 10. ročník: učebnice pro všeobecně vzdělávací školy. — Moskva: Drofa, 2000. (Zdroj)
2. S jakým zrychlením se elektron pohybuje v poli o intenzitě 10 kV/m?
3. Ve vrcholech rovnostranného trojúhelníku se stranou a jsou náboje +q, +q a –q. Určete intenzitu pole E ve středu trojúhelníku.

síla elektrického pole, vektorová fyzikální veličina EEE, silová charakteristika elektrického pole, číselně rovna poměru síly FFF působící z pole na zkušební elektrický náboj umístěný v daném bodě pole k velikosti tohoto náboje qqq: E = F / qE=F/qE=F/q. Testovací náboj qqq musí být dostatečně malý, aby jeho elektrické pole nezměnilo umístění nábojů vytvářejících zkoumané pole. Směr EEE se shoduje se směrem síly působící na kladný zkušební náboj. Elektrické pole je dáno rozložením vektorů EEE v každém bodě prostoru, proto se místo termínu „intenzita elektrického pole“ často používá termín „elektrické pole“. Rozložení intenzity elektrického pole v prostoru je obvykle charakterizováno pomocí elektrických siločar – čar, jejichž tečny se v každém bodě shodují se směrem vektoru EEE. Siločáry elektrického pole jsou nakresleny tak, že počet siločar procházejících jednotkovým povrchem kolmým k siločarám je úměrný modulu EEE v blízkosti daného bodu. Intenzita elektrického pole vyhovuje principu superpozice, podle kterého se intenzita elektrického pole sady nábojů v určitém bodě rovná geometrickému součtu sil pole vytvořených jednotlivými náboji.

Intenzitu EEE lze rozložit na potenciál E p E_p E p ​ a vír (solenoidní) E v E_v E na složky (Maxwellovy rovnice). Pro potenciální složku: rot E p = 0, E n = − grad φ text_E_p=0,; E_n=-text:varphi rot E p ​ = 0, E n ​ = − grad φ, kde φ varphi φ – elektrický potenciál. Pro vírovou složku: div E in = 0 text:E_в=0 div E v ​ = 0 , E in = – ∂ A / ∂ t E in = –∂A/∂t E in = – ∂ A / ∂ t , kde AAA – vektorový potenciál. Ep E_p Ep je tvořen elektrickými náboji a odpovídající siločáry začínají na kladných a končí na záporných elektrických nábojích. Například elektrostatické pole (elektrické pole stacionárních elektrických nábojů) má pouze potenciální složku. Složka E v E_в E v ​ vzniká, když se vektor magnetické indukce BBB v čase mění a odpovídající siločáry jsou uzavřeny. Například elektrické pole volně se šířícího elektromagnetického vlnění má pouze vírovou složku. Intenzitou elektrického pole v médiu se rozumí intenzita elektrického pole zprůměrovaná na fyzikálně malý objem (obsahující velký počet atomů média, ale homogenní ve fyzikálních vlastnostech).

Jednotkou intenzity elektrického pole v Mezinárodní soustavě jednotek (SI) je volt na metr (V/m).

Publikováno 23. května 2023 v 11:01 (GMT+3). Naposledy aktualizováno 23. května 2023 v 11:01 (GMT+3). Kontaktujte redakci

Oblasti odbornosti: Elektrické pole, Elektrický proud

• Vědecký a vzdělávací portál “Velká ruská encyklopedie”
  Vytvořeno s finanční podporou Ministerstva digitálního rozvoje, komunikací a masových komunikací Ruské federace.
  Osvědčení o registraci hromadných sdělovacích prostředků EL č. FS77-84198, vydané Federální službou pro dohled nad komunikacemi, informačními technologiemi a hromadnými komunikacemi (Roskomnadzor) dne 15. listopadu 2022.
  ISSN: 2949-2076
• Zakladatel: Autonomní nezisková organizace „Národní vědecké a vzdělávací centrum „Velká ruská encyklopedie“
  Šéfredaktor: Kravets S.L.
  Telefon redakce: +7 (495) 917 90 00
  E-mailem Redakční e-mail: [email protected]

• © ANO BRE, 2022 – 2025. Všechna práva vyhrazena.
• Podmínky použití informací. Veškeré informace zveřejněné na tomto portálu jsou určeny pouze pro osobní potřebu a nejsou předmětem další reprodukce.
  Mediální obsah (ilustrace, fotografie, videa, zvukové materiály, mapy, naskenované obrázky) lze použít pouze se svolením držitelů autorských práv.
• Podmínky použití informací. Veškeré informace zveřejněné na tomto portálu jsou určeny pouze pro osobní potřebu a nejsou předmětem další reprodukce.
  Mediální obsah (ilustrace, fotografie, videa, zvukové materiály, mapy, naskenované obrázky) lze použít pouze se svolením držitelů autorských práv.