Что такое напряженность электрического поля
Такой своеобразный вид материи, как электрическое поле является одной из фундаментальных составляющих окружающего мира. Всякий, работающий на электростанции или с иным высокомощным электрооборудованием, знает о такой опасной, зачастую убийственной силе. Но в чем она выражается, как описывается, известно лишь части обывателей.
История открытия
История такой науки, как физика знает множество сложностей с точным определением даты и принадлежности открытия. Так и с электрическим полем. Начиная с опытов Фарадея и заканчивая общей теорией электромагнитных взаимодействий Максвелла, многие ученые способствовали выяснению деталей данного явления. Фарадей ввел понятие силовой линии электрического и магнитного поля, а заслуга по формулировке и обобщению открытых законов принадлежит Максвеллу.
В своих работах, развивающих учение Фарадея о силовых линиях, он формулизировал эмпирические выводы и в 1860-х годах издал труд всей жизни, поначалу не слишком радостно принятый современниками. Впоследствии Генрих Герц привел уравнения электродинамики, описанные в работах Максвелла громоздким языком, к более современному виду.
Общие положения
Напряжённость статического электрического поля — одно из ключевых понятий теории электричества и один из основных способов описания его мощи. С этой силовой характеристикой сопоставимы по значимости лишь магнитная индукция и электрический заряд. Напряженность — векторная величина, показывающая с какой силой электрическое поле способно влиять на заряд, находящийся в нем.
В различных зонах пространства напряжение электрического поля может быть разным. Формула, по которой можно найти напряженность электростатического поля в определенной точке, выглядит так:
В этом выражении F — это сила, которую называют кулоновской. Чему она равна, можно определить с помощью формулы.
Поскольку напряжённость поля векторная величина, то она имеет некоторое направление — это касательное направление к силовой линии. Принято считать, что силовые линии тянутся от частиц с положительным зарядом к частицам с отрицательным. Пробный заряд со знаком плюс, вносимый в электрическое поле, движется сонаправлено линии напряженности.
Используя силовые линии, можно графически изобразить не только направление напряженности, но и ее величину. В тех зонах, где показатель выше, линии принято рисовать более плотно. При изображении однородного поля внутри проводника и вокруг него линии располагаются на одинаковом расстоянии друг от друга.
Напряженность подчиняется принципу суперпозиции, то есть, напряженность ЭП, созданного несколькими зарядами, можно представить как сумму напряженностей, созданных каждым отдельным зарядом. Математически этот принцип записывается так:
С помощью принципа суперпозиции можно определить напряженность, созданную любой системой зарядов. Если заряд не является точечным, тогда используются методы дифференциального интегрирования, то есть, заряды разбиваются на очень малые части. Для каждой из них вычисляется напряженность, а затем все значения суммируются. Примером применения принципа суперпозиции может служить поле электрического диполя.
В чем измеряется
На основании выше приведенного равенства для вычисления напряженности можно понять, в каких единицах измеряется напряженность. В системе СИ — это ньютон на кулон (Н/Кл).
Модуль напряженности в любой точке электрического поля определяется с помощью такой формулы:
Как видим, значение Е в исследуемой точке прямо пропорционально зависит от заряда q, создающего поле, и обратно пропорционально квадрату расстояния r от этой точки до заряда. Данная формула справедлива для точечных зарядов и заряженных сфер.
Для заряженных бесконечных плоскостей (однородные поля) используется другое выражение:
Здесь рассматривается поверхностная плотность заряда (количество заряда q на единице площади S).
Напряженность можно также найти, если известны потенциалы (потенциальная энергия заряда, пребывающего в рассматриваемой области поля).
Как можно увидеть из этой формулы, существует еще одна единица для измерения напряженности — вольт на метр (В/м).
Применение
Электрическое поле, обладающее напряжённостью, крайне важный инструмент научно-технической практики, а также побочное явление (порой считающееся вредным), нередко возникающее при использовании различных технологий. Основная задача поля — разделение смесей для нужд химии, медицины, промышленности. Фильтры пыле- и сажеуловителей создают поле, притягивающее загрязнения. Так же работают иные сепараторы лабораторной и промышленной практики.
Но поле может способствовать не только разъединению, но и «слипанию» субстанций. Такими его свойствами пользуются при покрасочных работах. Обычный копировальный аппарат — наилучшая демонстрация. Ещё такой способ можно использовать для нанесения краски на автомобили.
Электрический ток способен передавать энергию, что применяется в беспроводных зарядниках, а также в медицине для нагревания участков тела.
Загрузка...
