Реферат: Электрическое поле 2

Электрическое поле — особый вид материи, существующий вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом, а также в свободном виде при изменении магнитного поля (например, в электромагнитных волнах). Электрическое поле непосредственно невидимо, но может наблюдаться благодаря его силовому воздействию на заряженные тела.

Электрическое поле можно рассматривать как математическую модель, описывающую значение величины напряжённости электрического поля в данной точке пространства Дуглас Джанколи писал так: «Следует подчеркнуть, что поле не является некой разновидностью вещества; правильнее сказать, это чрезвычайно полезная концепция… Вопрос о „реальности“ и существовании электрического поля на самом деле — это философский, скорее даже метафизический вопрос. В физике представление о поле оказалось чрезвычайно полезным — это одно из величайших достижений человеческого разума».

В классической физике, применимой при рассмотрении крупномасштабных (больше размера атома) взаимодействий электрическое поле рассматривается как одна из составляющих единого электромагнитного поля и проявление электромагнитного взаимодействия. В квантовой электродинамике — это компонент электрослабого взаимодействия.

Эффект поля заключается в том, что при воздействии электрического поля на поверхность электропроводящей среды в её приповерхностном слое изменяется концентрация свободных носителей заряда. Этот эффект лежит в основе работы полевых транзисторов.

Основным действием электрического поля является силовое воздействие на неподвижные (относительно наблюдателя) электрически заряженные тела или частицы. Если заряженное тело фиксировано в пространстве, то оно под действием силы не ускоряется. На движущиеся заряды силовое воздействие оказывает и магнитное поле (вторая составляющая силы Лоренца).

Для количественного определения электрического поля вводится силовая характеристика - напряженность электрического поля. Обозначается буквой E и находится по формуле:

Напряженностью электрического поля называют векторную физическую величину, равную отношению силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд, помещённый в данную точку пространства, к величине этого заряда. Направление вектора совпадает в каждой точке пространства с направлением силы, действующей на положительный пробный заряд. В Международной системе единиц (СИ) напряженность электрического поля измеряется в вольтах на метр: в/м .

Напряженность электрического поля как любая механическая сила характеризуется как численным значением, так и направлением в пространстве (рис. 1), т. е. является векторной величиной.

Она изображается на чертеже отрезком, длина которого в определенном масштабе выражает числовое значение величины E ., а стрелка указывает ее направление.

Рис. 1 Напряженность электрического поля в точке А

Если в формуле Кулона один из зарядов принять равным единице, то мы получим силу, действующую на единицу заряда, т. е. напряженность электрического поля

На рис. 2а графически показана напряженность электрического поля в точках А и В, удаленных на расстояние r₁ и r₂ от положительного заряда q, помещенного в какой-либо среде.

а) б)

Рис 2 Напряженность электрического поля в разных точках пространства

Как видно из чертежа, напряженность поля достаточно малого (точечного) положительного заряда направлена от заряда вдоль радиуса. Напряженность поля в точках А и В, разноудаленных от заряда q, различна и убывает по мере удаления от заряда q обратно пропорционально квадрату расстояния. На рис. 2б графически показана напряженность электрического поля в точках А и В, удаленных на расстояние r₁ и r₂ от одиночного отрицательного заряда—q, находящегося в какой-либо среде. Напряженность поля в этом случае направлена вдоль радиуса к заряду.

Рассмотрим теперь, чему равна напряженность поля, созданного двумя электрическими зарядами +q₁ и -q₂ в некоторой точке А (рис. 3).

Рис. 3 Определение напряженности поля, образованного двумя зарядами

Если убрать заряд —q₂ , то напряженность поля в точке А, созданная зарядом +q₂ , будет E ₁ , Наоборот, если убрать заряд +q₁ . то напряженность поля в точке А, созданная зарядом —q₂ , будет E ₂ . Так как напряженности E ₁ и E ₂ направлены под углом одна к другой, то для получения результирующей напряженности поля E от совместного действия зарядов +q₁ и —q₂ необходимо напряженности E₁ и E ₂ сложить по правилу параллелограмма. Тем же способом можно вычислить и построить напряженность в любой точке поля при любом числе электрических зарядов.

Положительный электрический заряд, внесенный в поле положительно заряженного тела шарообразной формы, будет отталкиваться по прямой линии, являющейся продолжением радиуса заряженного тела. ­

Помещая электрический заряд в различные точки поля заряженного шара и отмечая траектории движения заряда под действием его электрических сил, мы получим ряд радиальных прямых, расходящихся от шара во все стороны. Эти воображаемые линии, по которым стремится двигаться положительный, лишенный инерции заряд, внесенный в электрическое поле, как было указано выше, называются электрическими силовыми линиями. Ясно, что в электрическом поле можно провести любое число силовых линий. С помощью силовых линий можно графически изобразить не только направление, но и величину напряженности электрического поля в данной точке. Если условиться проводить силовые линии так, чтобы через квадратный сантиметр поверхности, перпендикулярной к этим линиям в данной точке поля, проходило такое их количество, которое было бы равно напряженности поля в этой точке, то этот графический прием позволит нам судить о величине напряженности в данной точке поля по густоте силовых линий.

На рис. 4а дано электрическое поле положительно заряженного шара, удаленного от других зарядов, а на рис. 4б дано поле отрицательно заряженного шара.

а) б)

Рис 4 Силовые линии а) положительно и б) отрицательно заряженного шара

Рассмотрим более сложное электрическое поле между двумя разноименными точечными зарядами (рис. 5а ). Возьмем точку А и построим для нее вектор напряженности с учетом одновременного действия двух заряженных тел.

а)

б)

в)

Рис.5 Направление поля в различных точках пространства

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--