Ўласцівасці і характарыстыкі электрычнага поля вывучаюць амаль усе тэхнічныя спецыялісты. Але універсітэцкі курс часта бывае напісаны складаным і незразумелым мовай. Таму ў рамках артыкула даступна будуць апісаны характарыстыкі электрычных палёў, каб у іх мог разабрацца кожны чалавек. Акрамя гэтага, асобная ўвага мы нададзім ўзаемазлучаным паняццях (суперпазіцыя) і магчымасцям развіцця гэтай сферы фізікі.
Агульная інфармацыя
Паводле сучасных уяўленняў, электрычныя зарады паміж сабой не ўзаемадзейнічаюць непасрэдна. З гэтага выцякае цікавая асаблівасць. Так, кожнае зараджанае цела мае сваё электрычнае поле ў навакольным прасторы. Яно аказвае ўплыў на іншыя суб'екты. Характарыстыкі электрычных палёў ўяўляюць для нас тую цікавасць, што яны паказваюць ўздзеянне поля на электрычныя зарады і сілу, з якой яно ажыццяўляецца. Які з гэтага можна зрабіць выснову? Зараджаныя целы не аказваюць ўзаемнага непасрэднага ўздзеяння. Для гэтага выкарыстоўваюцца электрычныя поля. Як іх можна даследаваць? Для гэтага можна скарыстацца выпрабавальным зарадам - невялікім кропкавым пучком часціц, што не акажа прыкметнага ўплыву на сітуацыю, якая структуру. Дык якія велічыні з'яўляюцца характарыстыкамі электрычнага поля? Усяго іх тры: напружанасць, напружанне і патэнцыял. Кожная з іх мае свае асаблівасці і сферы ўплыву на часціцы.
Электрычнае поле: што гэта такое?
Але перш чым пераходзіць да асноўнага прадмеце артыкула, неабходна мець пэўны багаж ведаў. Калі яны ёсць, то гэтую частку можна ўпэўнена прапусціць. Першапачаткова давайце разгледзім пытанне прычыны існавання электрычнага поля. Для таго каб яно было, неабходны зарад. Прычым ўласцівасці прасторы, у якім знаходзіцца зараджанае цела, павінна адрознівацца ад тых, дзе яго няма. Тут ёсць такая асаблівасць: калі ў пэўную сістэму каардынат змясціць зарад, то змены адбудуцца не імгненна, а толькі з пэўнай хуткасцю. Яны будуць, падобна хвалям, распаўсюджвацца ў прасторы. Гэта будзе суправаджацца з'яўленнем механічных сіл, што дзейнічаюць на іншыя носьбіты ў гэтай сістэме каардынат. І тут мы падыходзім да галоўнага! Якія ўзнікаюць сілы з'яўляюцца вынікам не непасрэднага ўплыву, а ўзаемадзеяння праз сераду, якая якасна змянілася. Прастору, у якім і адбываюцца падобныя змены, і завецца электрычным полем.
асаблівасці
Зарад, размешчаны ў электрычным полі, рухаецца ў напрамку сілы, што дзейнічае на яго. Ці з'яўляецца магчымым дасягненне стану супакою? Так, гэта цалкам рэальна. Але для гэтага сілу электрычнага поля павінна ўраўнаважваць нейкае іншае ўплыў. Як толькі адбываецца парушэнне раўнавагі, зарад зноў пачынае рухацца. Напрамак у дадзеным выпадку будзе залежаць ад большай сілы. Хоць калі іх шмат - канчатковы вынік будзе чымсьці збалансаваным і універсальным. Каб лепш прадстаўляць, з чым прыходзіцца працаваць, малююць сілавыя лініі. Іх напрамкі адпавядаюць дзеючым сілам. Варта адзначыць, што сілавыя лініі валодаюць і пачаткам, і канцом. Іншымі словамі, яны не замыкаюцца на сабе. Пачынаюцца яны на станоўча зараджаных целах, а заканчваюцца на адмоўных. Гэта не ўсё, больш дэталёва аб сілавых лініях, іх тэарэтычнай падаплёцы і практычнай рэалізацыі мы пагаворым крыху далей па тэксце і разгледзім іх разам з законам Кулона.
Напружанасць электрычнага поля
Гэтая характарыстыка выкарыстоўваецца для таго, каб колькасна вызначыць электрычнае поле. Гэта даволі складана для разумення. Гэтая характарыстыка электрычнага поля (напружанасць) з'яўляецца фізічнай велічынёй, роўнай адносінах сілы дзеянні на станоўчы пробны зарад, што размешчаны ў пэўнай кропцы прасторы, да яго велічыні. Тут ёсць адзін асаблівы аспект. Гэтая фізічная велічыня з'яўляецца вектарнай. Яе кірунак супадае з кірункам сілы, якая дзейнічае на станоўчы пробны зарад. Таксама варта адказаць на адно вельмі распаўсюджаны пытанне і адзначыць, што сілавы характарыстыкай электрычнага поля з'яўляецца менавіта напружанасць. А што адбываецца з нерухомымі і ня змяняюцца суб'ектамі? Іх электрычнае поле лічыцца электрастатычным. Пры працы з кропкавым зарадам і даследаванні напружанасці цікавасць прадастаўляюць сілавыя лініі і закон Кулона. Якія асаблівасці тут існуюць?
Закон Кулона і сілавыя лініі
Сілавая характарыстыка электрычнага поля ў гэтым выпадку працуе толькі для кропкавага зарада, што знаходзіцца на адлегласці вызначанага радыусу ад яго. А калі ўзяць гэтае значэнне па модулю, то ў нас будзе кулонаўскімі полі. У ім кірунак вектару напрамую залежыць ад знака зарада. Так, калі ён з'яўляецца плюсавых, то поле будзе «перасоўвацца» па радыусе. У процілеглым сітуацыі вектар будзе накіраваны непасрэдна да самога зараду. Для навочнага разумення таго, што і як адбываецца, можна знайсці і азнаёміцца з малюнкамі, дзе намаляваныя сілавыя лініі. Асноўныя характарыстыкі электрычнага поля ў падручніках хоць і даволі складана тлумачацца, але малюнкі, варта ім аддаць належнае, у іх якасныя. Праўда варта адзначыць такую асаблівасць кніг: пры пабудове малюнкаў сілавых ліній іх гушчыня з'яўляецца прапарцыйнай модулю вектара напружанасці. Гэтая невялікая падказка, якая можа аказаць вельмі істотную дапамогу пры кантролі ведаў або экзамене.
патэнцыял
Зарад заўсёды рухаецца, калі няма ўраўнаважвання сіл. Гэта кажа нам пра тое, што ў такім выпадку электрычнае поле валодае патэнцыйнай энергіяй. Іншымі словамі - яно можа здзяйсняць нейкую працу. Давайце разгледзім невялікі прыклад. Электрычнае поле перамясціла зарад з кропкі А ў Б. Як вынік, назіраецца памяншэнне патэнцыйнай энергіі поля. Гэта адбываецца з-за таго, што быў здзейснены праца. Гэтая сілавая характарыстыка электрычнага поля не зменіцца, калі перасоўванне было здзейснена пад іншым уплывам. У такім выпадку патэнцыйная энергія будзе не памяншацца, а павялічвацца. Прычым дадзеная фізічная характарыстыка электрычнага поля зменіцца прама прапарцыйна прыкладзенай іншай сіле, што перамясціла зарад у электрычным полі. Варта адзначыць, што ў гэтым выпадку ўся здзяйсняная праца будзе выдаткавана на павелічэнне патэнцыйнай энергіі. Для разумення тэмы давайце разбяром наступны прыклад. Такім чынам, у нас ёсць станоўчы зарад. Ён размешчаны за межамі электрычнага поля, што разглядаецца. Дзякуючы гэтаму ўздзеянне настолькі мала, што яго можна праігнараваць. Узнікае іншая сіла, што ўносіць зарад у электрычнае поле. Ёю ж здзяйсняецца праца, неабходная для перамяшчэння. Пры гэтым пераадольваюцца сілы поля. Такім чынам, узнікае патэнцыял дзеянняў, але ўжо ў самым электрычным полі. Варта адзначыць, што гэта можа быць неаднародны паказчык. Так, энергія, што ставіцца да кожнай канкрэтнай адзінцы станоўчага зарада, называецца патэнцыялам поля ў гэтай кропцы. Ён лікава роўны рабоце, якая была здзейснена іншай сілай для перамяшчэння суб'екта да дадзенага месца. Патэнцыял поля вымераюць у вольтах.
напружанне
У любым электрычным полі можна назіраць, як станоўчыя зарады «мігруюць» ад кропак з высокім патэнцыялам да тых, што маюць нізкія паказчыкі дадзенага параметру. Адмоўныя ідуць па гэтым шляху ў адваротным кірунку. Але ў абодвух выпадках гэта адбываецца толькі дзякуючы наяўнасці патэнцыйнай энергіі. З яе вылічваецца напружанне. Для гэтага неабходна ведаць велічыню, на якую стала меншай патэнцыйная энергія поля. Напружанне ж колькасна роўна працы, якая была здзейснена для пераносу станоўчага зарада паміж двума канкрэтнымі кропкамі. З гэтага можна заўважыць цікавае адпаведнасць. Так, напружанне і рознасьць патэнцыялаў у дадзеным выпадку з'яўляюцца адной і той жа фізічнай сутнасцю.
Суперпазіцыя электрычных палёў
Такім чынам, намі былі разгледжаны асноўныя характарыстыкі электрычнага поля. Але каб лепш разбірацца ў тэме, прапануем дадаткова разгледзець яшчэ шэраг параметраў, якія могуць мець важнасць. І пачнем мы з суперпазіцыі электрычных палёў. Раней намі разглядаліся сітуацыі, па ўмове якіх быў толькі адзін пэўны зарад. Але ж у палях іх велізарная колькасць! Таму, разглядаючы набліжаную да рэальнасці сітуацыю, давайце прадставім, што ў нас ёсць некалькі зарадаў. Тады выходзіць, што на пробны суб'ект будуць дзейнічаць сілы, якія падпарадкоўваюцца правілу складання вектараў. Таксама прынцып суперпазіцыі кажа пра тое, што складанае рух паддаецца падзелу на два ці большая колькасць простых. Распрацоўваць рэалістычную мадэль руху немагчыма без уліку суперпазіцыі. Іншымі словамі, на разгляданую намі часціцу ў існуючых умовах ўплываюць розныя зарады, кожны з якіх мае сваё электрычнае поле.
выкарыстанне
Варта адзначыць, што цяпер магчымасці электрычнага поля выкарыстоўваюцца не на поўную сілу. Нават, правільней сказаць, яго патэнцыял намі амаль не ўжываецца. У якасці практычнай рэалізацыі магчымасцяў электрычнага поля можна прывесці люстру Чіжевского. Раней, у сярэдзіне мінулага стагоддзя, чалавецтва пачало асвойваць космас. Але перад навукоўцамі стаяла шмат нявырашаных пытанняў. Адзін з іх - гэта паветра і шкоднасныя яго кампаненты. За вырашэнне гэтай праблемы ўзяўся савецкі навуковец Чыжэўскі, якога адначасова цікавіла энергетычная характарыстыка электрычнага поля. І варта адзначыць, што ў яго атрымалася сапраўды добрая распрацоўка. У аснову гэтага прыбора была пакладзена тэхніка стварэння аэроіоны патокаў паветра дзякуючы невялікім разрадах. Але ў рамках артыкула нас цікавіць не столькі само прылада, як прынцып яго працы. Справа ў тым, што для функцыянавання люстры Чіжевского выкарыстоўваўся ня стацыянарны крыніца харчавання, а менавіта электрычнае поле! Для канцэнтрацыі энергіі выкарыстоўваліся спецыяльныя кандэнсатары. Значна на паспяховасць працы прыбора ўплывала энергетычная характарыстыка электрычнага поля навакольнага становішча. То бок, гэта прылада распрацоўвалася спецыяльна для касмічных караблёў, якія літаральна нашпігаваныя электронікай. Сілкавалася ж яно ад вынікаў дзейнасці іншых прыбораў, падлучаных да пастаянным крыніцах харчавання. Варта адзначыць, што кірунак не было закінута, і магчымасць браць энергію ад электрычнага поля даследуецца і цяпер. Праўда, неабходна адзначыць, што значных поспехаў пакуль што дасягнуць не ўдалося. Таксама неабходна адзначыць і адносна невялікую маштабнасць праводзяцца даследаванняў, і тое, што вялікую частку іх пры гэтым выконваюць вынаходнікі-добраахвотнікі.
На што ўплываюць характарыстыкі электрычных палёў?
Навошта неабходна іх вывучаць? Як ужо гаварылася раней, характарыстыкамі электрычнага поля з'яўляюцца напружанасць, напружанне і патэнцыял. У жыцці звычайнага радавога чалавека гэтыя параметры не могуць пахваліцца значным уплывам. Але калі ўзнікаюць пытанні аб тым, што варта зрабіць нешта буйное і складанае, то не ўлічваць іх - недазваляльная раскоша. Справа ў тым, што залішняя колькасць электронных палёў (або іх празмерная сіла) прыводзіць да таго, што ўзнікаюць перашкоды пры перадачы сігналаў тэхнікай. Гэта вядзе да скажэння інфармацыі, якая перадаецца інфармацыі. Варта адзначыць, што гэта не адзіная праблема дадзенага тыпу. Акрамя белых шумоў тэхнікі, залішне моцныя электронныя палі могуць негатыўна ўплываць і на працу чалавечага арганізма. Варта адзначыць, што невялікая іянізацыя памяшкання ўсё ж лічыцца дабром, паколькі спрыяе ссяданню пылу на паверхнях чалавечага жылля. Але калі паглядзець, колькі разнастайнай тэхнікі (халадзільнікі, тэлевізары, бойлеры, тэлефоны, сістэмы электраэнергіі і гэтак далей) ёсць у нашых дамах, то можна зрабіць выснову, што гэта, на жаль, ня карысна для нашага здароўя. Варта адзначыць, што невысокія характарыстыкі электрычных палёў нам амаль не шкодзяць, паколькі да касмічнага выпраменьвання чалавецтва ўжо даўно прызвычаілася. Але вось адносна электронікі так складана сказаць. Вядома, адмовіцца ад усяго гэтага не атрымаецца, але можна паспяхова мінімізаваць негатыўны ўплыў электрычных палёў на чалавечы арганізм. Для гэтага, дарэчы, дастаткова прымяняць прынцыпы энергетычна эфектыўнага выкарыстання тэхнікі, якія прадугледжваюць мінімізацыю часу працы механізмаў.
заключэнне
Мы разгледзелі, якая фізічная велічыня з'яўляецца характарыстыкай электрычнага поля, дзе што выкарыстоўваецца, які патэнцыял распрацовак і прымяненне іх у паўсядзённым жыцці. Але ўсё ж хочацца дадаць трохі заключных слоў пра разгледжанай тэме. Варта адзначыць, што імі цікавілася досыць вялікая колькасць людзей. Адзін з найбольш прыкметных слядоў у гісторыі пакінуў вядомы сербскі вынаходнік Мікалай Цеслы. Яму ў гэтым атрымалася дасягнуць немалых поспехаў адносна рэалізацыі задуманага, але, на жаль, не ў плане энергетычнай эфектыўнасці. Таму, калі ёсць жаданне папрацаваць у гэтым кірунку - неадчыненыя магчымасцяў вельмі шмат.