Електростатичне поле і одиничний заряд
У суспільстві існує стереотип, згідно з яким матерією може вважатися лише те, що не тільки реально існує, а й зримо. Це переконання вірно лише частково. Один з яскравих прикладів незримою матерії - електростатичне поле. Магнітні та електричні поля - це особлива її різновид. У цьому досить просто переконатися, якщо розглянути електростатичне поле і його характеристики.
Ще в 1785 році Ш. Кулоном був відкритий і обгрунтований закон про силу взаємодії двох точкових тіл, які мають електричними зарядами. Проте залишалося незрозумілим, як саме передається вплив. Було проведено ряд експериментів, зокрема, коли заряди розташовувалися у вакуумі. Закон дотримувався. Це дозволило припустити, що для передачі сили звична проміжна середовище не потрібна. Надалі Дж. Максвеллом (на основі робіт Фарадея) було відкрито електростатичне поле у вакуумі. Виходило, що поле завжди існує навколо зарядів, незалежно від виду навколишнього середовища, і забезпечує їх взаємодію.
Так як поле матеріально, воно «підпорядковується» формулами Ейнштейна і поширюється зі швидкістю світла. Свою назву електростатичне поле отримало завдяки тому, що воно характерно для нерухомих зарядів («статика» - спокій, рівновагу). Сила, виявлена Кулоном, називається електричної. Вона описує інтенсивність, з якою поле впливає на внесений в нього заряд.
Одна з характеристик, якою володіє електростатичне поле - це його напруженість. Вказує на ступінь взаємодії точкових зарядів. Для вивчення використовують так званий пробний заряд, внесення якого в полі не спотворює останнє. Зазвичай він приймається рівним 1.6 * 10 в ступені -19 Кулон. Якщо напруженість позначити буквою «E», то отримуємо:
E = F / Q,
де F - сила, що надає дію на одиничний заряд Q (наприклад, пробний). Використання для розрахунків закону Кулона вимагає врахування коефіцієнта діелектричної проникності середовища.
Електростатичне поле впливає на будь-яку кількість зарядів, при цьому виникає складна система взаємодій. Напруженість системи може бути розглянута з точки зору суперпозиції, тому сумарний вплив N-числа зарядів є векторною суму всіх напруженостей поля. До речі, поняття «лінії напруженості» (термін, відомий ще з шкільного курсу фізики) виник завдяки Фарадею, який схематично зображував поле лініями, в кожній довільній точці збігаються з векторами напруженості електростатичного поля. Відповідно, чим більше таких ліній, тим інтенсивніше силовий вплив. На відміну від електромагнітних полів, в електростатики лінії напруженості не замкнуті. Також варто відзначити, що в металах (та інших провідних матеріалах) напруженість поля відсутня завдяки зустрічному напрямку дії поля вільних носіїв заряду, що знаходяться в структурі кристалічної решітки. Фактично, сили швидко зрівнюються, струм відсутній, а лінії напруженості в такий провідник проникнути не можуть.
Крім векторних величин, поле може бути описано скалярними значеннями, взятими в кожній (ідеальний випадок) точці. У електростатики вказані значення характеризують потенціал поля. Можна сказати, що він відповідає значенню потенційної енергії для одиничного позитивного заряду в будь взятої точці поля. Відповідно, одиницею виміру є Вольт. Визначається відношенням потенційної енергії заряду Q-пробний до його величини, тобто W / Q-пробний.
Сам потенціал дорівнює роботі, яку здійснюють сили електростатичного поля, переміщаючи заряд з однієї точки в іншу, нескінченно віддалену.
Магнітна індукція Ми знаємо, що провідник зі струмом, розміщений в магнітному полі, піддається впливу сили. Її напрямок залежить від напрямку силових ліній поля і напрямку струму: якщо останні відомі, то напрям сили можна визначити, скориставшись правилом лівої руки…
Напруженість електричного поля Кожен електричний заряд оточує електричне поле. В результаті тривалих досліджень вчені-фізики прийшли до висновку, що взаємодія заряджених тіл відбувається завдяки електричних полів, їх оточуючим. Вони є особливою формою матерії, яка нерозривно…
Магнітне поле струму Вивчення різноманітних магнітних явищ показало, що всюди, де є електричний струм, тобто електричні заряди, що знаходяться в русі, там є і магнітне поле струму.Внаслідок того, що магнітне поле утворюється навколо провідника, коли в останньому…
Робота електричного поля по переміщенню заряду На будь заряд, який знаходиться в електричному полі, впливає сила. У зв'язку з цим при пересуванні заряду в полі відбувається певна робота електричного поля. Як же зробити розрахунок цієї роботи?Робота електричного поля полягає в перенесенні…
Діелектрична проникність Рівень поляризуемости речовини характеризується особливою величиною, яку називають діелектрична проникність. Розглянемо, що це за величина.Припустимо, що напруженість однорідного поля між двох заряджених пластин в порожнечі дорівнює Е ?. Тепер…
Потенціал електричного поля, зв'язок між напруженістю і потенціалом Розглянемо зв'язок напруженості і потенціалу в електричному полі. Припустимо, у нас є якесь позитивно заряджене тіло. Це тіло оточене електричним полем. Перенесемо в це поле позитивний заряд, при перенесенні якого буде відбуватися робота. Величина…
Провідники в електричному полі Різні тіла, як усім відомо, діляться на непроводнікі (діелектрики) і провідники по їх електричним властивостям. Однією з особливостей, яку мають провідники в електричному полі, є те, що коли заряди знаходяться в рівновазі на їх поверхні, всередині…
Що таке вихровий електричне поле? Одне з питань, який часто можна знайти на просторах глобальної Мережі - це чим відрізняється вихрове електричне поле від електростатичного. Насправді відмінності кардинальні. У електростатики розглядається взаємодія двох (або більше) зарядів і, що…
Енергія електричного поля Говорячи про те, що таке енергія електричного поля, не можна не вказати, що це найважливіший його параметр. Незважаючи на те, що сам термін «енергія» досить звичний і, на перший погляд, очевидна, в даному випадку потрібно добре розуміти, про що йде…
Що таке сила Лоренца Що таке сила Лоренца? Уявимо собі якусь середу, яку пронизують лінії напруженості електромагнітного поля. Якщо помістити в цій області будь електричний заряд (Це може бути як елементарна частинка, так і заряджене тіло), то на нього буде чинитися…
Що таке електростатична індукція Повертаючись до школиПерш ніж відповісти на питання, що таке електростатична індукція, необхідно визначитися, що саме розуміється під терміном «провідник». Хоча ще на шкільних уроках фізики цьому присвячені цілі теми, людина, безпосередньо не…
Що таке електромагнітна індукція Електромагнітна індукція оточує нас всюди. Навіть у цей момент, коли ви читаєте ці рядки з екрана свого електронного пристрою, на клітини тіла виявляється вплив. Однак переживати про це не варто, адже його інтенсивність настільки незначна, що…
Напруженість магнітного поля і його основні характеристики Однією з найважливіших фізичних характеристик як природної, так і штучної середовища проживання людини є магнітне поле. Воно являє собою одну з форм існування електромагнітного поля. Головною відмінною рисою такої форми є те, що магнітне поле…