Напряженность электрического поля

Содержание

Напряжённость электрического поля в классической электродинамике

Для лучшего понимания темы необходимо напомнить несколько базовых определений. Существуют отрицательные и положительные электрические заряды. Каждый из них не зависит от системы координат, что подразумевает отсутствие влияния скорости. В изолированном объеме сумма зарядов не изменяется. Базовой величиной считают Кулон, который соответствует прохождению тока через единичную площадь сечения проводника за одну секунду.

Электрическое поле:

  • создается зарядами;
  • распространяется со скоростью света;
  • не ограничено в свободном пространстве.

Описывает напряженность электрического поля формула с векторными составляющими:

E=F/q0,

где:

  • E – это вектор напряженности, который зависит от координат в пространстве по осям Х, Y, Z и времени;
  • F – сила, оказывающая воздействие на единичный точечный заряд q0.

Вместе с вектором магнитной индукции напряженность (Е) формирует электромагнитное поле. Суммарное воздействие сил образует тензор. Вместе с зарядом это главные параметры электродинамики.

Электростатика. Основные понятия. Электрический заряд. Закон сохранения электрического
заряда. Закон Кулона. Принцип суперпозиции. Теория близкодействия. Потенциал электрического
поля. Конденсатор.

Основные понятия электростатики:  электрический заряд, элементарный заряд, электрическое поле, проводник, диэлектрик:

  • Электрический заряд Q [РљР»]: это физическая величина, характеризующая свойство тел вступать РІ электрическое взаимодействие. Одноименные заряды отталкиваются, Р° разноименные заряды притягиваются
  • Элементарный заряд: e=1,6*10-19 РљР» это минимальная порция заряда, котрая может передаваться РѕС‚ РѕРґРЅРѕРіРѕ тела Рє РґСЂСѓРіРѕРјСѓ (заряд протона или электрона)
  • Электрическое поле: это создаваемый любым электрическим зарядом материальный объект, непрерываный РІ пространстве, проявляющийся РІ том, что действет РЅР° РґСЂСѓРіРёРµ заряды.
  • РџСЂРѕРІРѕРґРЅРёРє: это материал, РїРѕ которому заряд может СЃРІРѕР±РѕРґРЅРѕ перемещаться РѕС‚ РѕРґРЅРѕРіРѕ тела Рє РґСЂСѓРіРѕРјСѓ.
  • Диэлектрик: это материал, РїРѕ которому электрический заряд РїСЂРё обычных условиях перемещаться РЅРµ может.
Основные понятия электростатики:  электрический заряд, элементарный заряд, электрическое поле, проводник, диэлектрик

Закон сохранения электрического заряда:

  • Закон сохранения электрического заряда: РІ замкнутой системе алгебраическая (СЃ учетом знаков +/-) СЃСѓРјРјР° зарядов остается постоянной
  • Закон сохранения электрического заряда: РІ замкнутой системе алгебраическая (СЃ учетом знаков +/-) СЃСѓРјРјР° зарядов остается постоянной
Закон сохранения электрического заряда

Закон Кулона, кулоновская сила:

  • Закон Кулона: сила взаимодействия РґРІСѓС… точечных зарядов (=кулоновская сила) направлена вдоль РїСЂСЏРјРѕР№, соединяющей заряды, РїСЂСЏРјРѕ пропорциональна модулю зарядов Рё обратно пропорциональна квадрату расстояния между РЅРёРјРё:
    • Закон Кулона: сила взаимодействия РґРІСѓС… точечных зарядов (=кулоновская сила) направлена вдоль РїСЂСЏРјРѕР№, соединяющей заряды, РїСЂСЏРјРѕ пропорциональна модулю зарядов Рё обратно пропорциональна квадрату расстояния между РЅРёРјРё
Закон Кулона, кулоновская сила

Принцип суперпозиции для электрических зарядов:

  • Принцип суперпозиции для электрических зарядов: результирующая сила, действующая РЅР° данный заряд q1 СЃРѕ стороны нескольких зарядов q2…..qn, равна геометрической СЃСѓРјРјРµ (= векторной СЃСѓРјРјРµ) СЃРёР» F12+….F1n, действующих РЅР° данный заряд СЃРѕ стороны каждого РёР· зарядов:
    • Принцип суперпозиции для электрических зарядов: результирующая сила, действующая РЅР° данный заряд q1 СЃРѕ стороны нескольких зарядов q2.....qn, равна геометрической СЃСѓРјРјРµ (= векторной СЃСѓРјРјРµ) СЃРёР» F12+....F1n, действующих РЅР° данный заряд СЃРѕ стороны каждого РёР· зарядов
Принцип суперпозиции для электрических зарядов

Теория близкодействия электрических зарядов:

  • Взаимодействие между заряженными частицами осуществляется посредством электрического поля Рё осуществляется СЃ конечной скоростью

Напряженность электрического поля, напряженность поля точечного заряда:

Напряженность электрического поля, напряженность поля точечного заряда

Принцип суперпозиции электрических полей:

  • Принцип суперпозиции электрических полей: если РІ данной точке пространства различные заряженные частицы создают электрические поля, напряженности которых E1,E2,….En, то результирующая напряженность электрического поля РІ этой точке равна векторной СЃСѓРјРјРµ отдельных напряжённостей:
    • Принцип суперпозиции электрических полей
Принцип суперпозиции электрических полей

Потенциал электрического поля, потенциальная энергия заряда, разность потенциалов = напряжение, связь разности потенциалов и напряженности в однородном поле:

Конденсатор, электроемкость, напряженность, энергия:

Конденсатор, электроемкость, напряженность, энергия
Поиск в инженерном справочнике DPVA. Введите свой запрос:

Поиск в инженерном справочнике DPVA. Введите свой запрос:

Если Вы не обнаружили себя в списке поставщиков, заметили ошибку, или у Вас есть дополнительные численные данные для коллег по теме, сообщите , пожалуйста.
Вложите в письмо ссылку на страницу с ошибкой, пожалуйста.
Коды баннеров проекта DPVA.ru

Начинка: KJR Publisiers

Консультации и техническая

поддержка сайта:

Zavarka Team

Проект является некоммерческим. �нформация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Владельцы сайта www.dpva.ru не несут никакой ответственности за риски, связанные с использованием информации, полученной с этого интернет-ресурса. Free xml sitemap generator

www.dpva.ru �нженерный справочник.

Базовые параметры

Изобразить формулу напряжённости можно при помощи как математических закономерностей, так и графических приёмов. Последние характеристики относятся к векторной категории, имеющей определённое направление. Все эти нюансы крайне важны, так как во время решения практических задач часто приходится оперировать не стандартным модулем величины, а специфической проекцией вектора на заранее выбранную ось.

К основным свойствам ЭП можно отнести следующие факты:

  • Оно может как притягивать, так и отталкивать.
  • в чем измеряется напряженностьНевидимость для невооружённого глаза (итоговое определение осуществляется через поведение пробного электрического заряда).
  • Всегда присутствует вокруг заряженных частиц, чего нельзя сказать о магнитном поле.
  • Имеет векторное направление.
  • Взаимодействует исключительно с ЭП.
  • Отличается свойствами неоднородности и концентрации (напряжённость).

Электрическое поле можно определить при помощи обычного точного заряда. Если он будет направлен в интересующую точку пространства, то можно выяснить — присутствует ли в этом месте ЭП. Такой метод определения считается наиболее простым и понятным. Интенсивность излучаемого ЭП используется как обозначение напряжённости.

Влияющие на один и тот же заряд силы будут отличаться друг от друга по направлению и размеру в разных измеряемых точках.

Стоит отметить, что закон Кулона не адаптирован под современные требования. Для одной точки поля сила F будет прямо пропорциональна величине точечного заряда. На фоне этого эксперты провели множество исследований. Теперь принято считать силовой характеристикой единицы измерения напряжённости «Е». Этот параметр является векторной величиной. Найти напряжённость электрического поля можно в Ньютонах на Кулон.

Отдельно стоит учесть, что если ЭП образуется сразу несколькими зарядами, то общая напряжённость в определённой точке находится как общая геометрическая сумма.

Уравнения Максвелла

Этими уравнениями описывают трансформацию электрической и магнитной составляющих полей с учетом плотностей тока (j) и заряда (p). Многие типовые задачи вполне можно решить с их помощью. Для исследования взаимного воздействия нескольких систем удобнее пользоваться матричным или интегральным представлением.

Линейные уравнения Максвелла

Линейные уравнения Максвелла

Закон Кулона

С помощью этих формул показано, как найти напряженность при взаимодействии точечных зарядов. Для исключения лишних влияний подразумевается размещение в безвоздушной среде с электрической изоляцией от окружающего пространства. В таких условиях сила будет увеличиваться прямо пропорционально величине зарядов и обратно – квадрату дистанции между данными точками.

Закон Кулона

Закон Кулона

Методы расчета электрического поля

Для расчётов параметров используются различные аналитические или численные методы:

  • метод сеток или конечных разностей;
  • метод эквивалентных зарядов;
  • вариационные методы;
  • расчёты с использованием интегральных уравнений и другие.

Выбор конкретного метода зависит от сложности задачи, но в основном используются численные методы, приведённые в списке.

Напряженность электрического поля

Напряженность электрического поля\( \vec{E} \)​ – векторная физическая величина, равная отношению силы ​\( F \)​, действующей на пробный точечный заряд, к величине этого заряда ​\( q \)​:

Обозначение – \( \vec{E} \), единица измерения в СИ – Н/Кл или В/м.

Напряженность поля точечного заряда в вакууме вычисляется по формуле:

где \( k=\frac{1}{4\pi\varepsilon_0}=9\cdot10^9 \) (Н·м2)/Кл2,
\( q_0 \)​ – заряд, создающий поле,
\( r \)​ – расстояние от заряда, создающего поле, до данной точки.

Напряженность поля точечного заряда в среде вычисляется по формуле:

где ​\( \varepsilon \)​ – диэлектрическая проницаемость среды.

Важно!
Напряженность электрического поля не зависит от величины пробного заряда, она определяется величиной заряда, создающего поле.

Направление вектора напряженности в данной точке совпадает с направлением силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд, помещенный в эту точку.

Линией напряженности электрического поля называется линия, касательная к которой в каждой точке направлена вдоль вектора напряженности ​\( \vec{E} \)​.

Линии напряженности электростатического поля начинаются на положительных электрических зарядах и заканчиваются на отрицательных электрических зарядах или уходят в бесконечность от положительного заряда и приходят из бесконечности к отрицательному заряду.

Распределение линий напряженности вокруг положительного и отрицательного точечных зарядов показано на рисунке.

Определяя направление вектора ​\( \vec{E} \)​ в различных точках пространства, можно представить картину распределения линий напряженности электрического поля.

Поле, в котором напряженность одинакова по модулю и направлению в любой точке, называется однородным электрическим полем. Однородным можно считать электрическое поле между двумя разноименно заряженными металлическими пластинами. Линии напряженности в однородном электрическом поле параллельны друг другу.

Использование

Изучение свойств электрического поля открыло перед человечеством огромные возможности. Способность поля перемещать электроны в проводнике позволила создавать источники тока.

На свойствах электрических полей создано различное оборудование, применяемое в медицине, химической промышленности, в электротехнике. Разрабатываются приборы, применяемые в сфере беспроводной передачи энергии к потребителю. Примером могут послужить устройства беспроводной зарядки гаджетов. Это пока только первые шаги на пути к передачи электричества на большие расстояния.

Сегодня, благодаря знаниям о свойствах полевой формы материи, разработаны уникальные фильтры для очистки воды. Этот способ оказался дешевле, чем использование традиционных сменных картриджей.

К сожалению, иногда приходится нейтрализовать силы полей. Обладая способностью электризации предметов, оказавшихся в зоне действия, электрические поля создают серьёзные препятствия для нормальной работы радиоэлектронной аппаратуры. Накопленное статическое электричество часто является причиной выхода из строя интегральных микросхем и полевых транзисторов.

Принцип воздействия

Свойства ЭП чаще всего постоянны и однообразны. Для планеты свойственен свой защитный фон, который на живые организмы практически никак не влияет. Незначительные проявления становятся заметными для человека только во время сильной грозы. В такой ситуации может даже казаться, что воздух дрожит от напряжения. Но для большинства людей это не представляет никакой угрозы.

Напряженность электрического поля формулаИндустрия технологий не стоит на месте, благодаря чему специалисты изготавливают всё больше различных агрегатов, каждый из которых способен генерировать собственное ЭП. Показатель существенно превышает естественный фон, который составляет 0.5 кВ/м. Конечно, такая особенность не осталась незамеченной со стороны экспертов. В результате многочисленных проб они вывели максимально допустимое напряжение, которое не создаёт ограничений для человека. Его размер составляет 27 кВ/м.

Даже если включить сразу все бытовые устройства, максимальный показатель не будет превышен. Взрослый человек может получить небольшой процент негативного воздействия только при длительном нахождении возле высоковольтных проводов. В такой среде напряжение очень большое, из-за чего долго стоять или же работать на таком участке категорически запрещено. Специалисты, которые вынуждены по служебным обстоятельствам находиться в окружении таких ЭП, должны успевать выполнить все работы максимум за полтора часа.

Системы единиц

Отмеченные ниже различия надо учитывать, чтобы корректно пользоваться формулами, справочными данными. В современной системе СИ напряженность измеряется в вольтах на метр. Однако до сих пор сохраняется альтернативный вариант (СГС), точнее две подсистемы: СГСМ и СГСЭ. Измерять параметры без ошибок помогут следующие данные.

Таблица пересчета напряженности

Система Значение Единицы
СИ 1 Вольт/метр (Ньютон/Кулон)
СГСМ 106 Абвольт/см
СГСЭ 10^6с^-1 Статвольт/см

Видео

(function(w, d, n, s, t) { w[n] = w[n] || []; w[n].push(function() { Ya.Context.AdvManager.render({ blockId: ‘R-A-263154-214’, renderTo: ‘yandex_rtb_R-A-263154-214’, async: true }); }); t = d.getElementsByTagName(‘script’)[0]; s = d.createElement(‘script’); s.type = ‘text/javascript’; s.src = ‘//an.yandex.ru/system/context.js’; s.async = true; t.parentNode.insertBefore(s, t); })(this, this.document, ‘yandexContextAsyncCallbacks’);

“+”ipt>”;cachedBlocksArray[80435] = “

“;cachedBlocksArray[80432] = “

“;cachedBlocksArray[80429] = “

(function(w, d, n, s, t) { w[n] = w[n] || []; w[n].push(function() { Ya.Context.AdvManager.render({ blockId: ‘R-A-263154-181’, renderTo: ‘yandex_rtb_R-A-263154-181’, async: true }, function() { var g = document.createElement(‘ins’); g.className = ‘adsbygoogle’; g.style = ‘display:block;text-align:center;width:660px;height:420px;’ g.setAttribute(‘data-ad-client’, ‘ca-pub-5399081021257607’); g.setAttribute(‘data-ad-slot’, ‘6458750303’); g.setAttribute(‘data-ad-format’, ‘Rectangle’); g.setAttribute(‘data-ad-layout’, ‘true’); g.setAttribute(‘data-full-width-responsive’, ‘in-article’); document.getElementById(‘yandex_rtb_R-A-263154-181’).appendChild(g); (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({}); }); }); t = d.getElementsByTagName(‘script’)[0]; s = d.createElement(‘script’); s.type = ‘text/javascript’; s.src = ‘//an.yandex.ru/system/context.js’; s.async = true; t.parentNode.insertBefore(s, t); })(this, this.document, ‘yandexContextAsyncCallbacks’);

“+”ipt>”;cachedBlocksArray[80428] = “

(function(w, d, n, s, t) { w[n] = w[n] || []; w[n].push(function() { Ya.Context.AdvManager.render({ blockId: ‘R-A-263154-180’, renderTo: ‘yandex_rtb_R-A-263154-180’, async: true }, function() { var g = document.createElement(‘ins’); g.className = ‘adsbygoogle’; g.style = ‘width:580px;height:400px;top:0;right:0;bottom:0;left:0;margin:auto;display:block;’; g.setAttribute(‘data-ad-client’, ‘ca-pub-5399081021257607’); g.setAttribute(‘data-ad-slot’, ‘5810429370’); document.getElementById(‘yandex_rtb_R-A-263154-180’).appendChild(g); (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({}); }); }); t = d.getElementsByTagName(‘script’)[0]; s = d.createElement(‘script’); s.type = ‘text/javascript’; s.src = ‘//an.yandex.ru/system/context.js’; s.async = true; t.parentNode.insertBefore(s, t); })(this, this.document, ‘yandexContextAsyncCallbacks’);

“+”ipt>”;cachedBlocksArray[80427] = “

“;cachedBlocksArray[80426] = “

“;cachedBlocksArray[80425] = “

(function(w, d, n, s, t) { w[n] = w[n] || []; w[n].push(function() { Ya.Context.AdvManager.render({ blockId: ‘R-A-263154-162’, renderTo: ‘yandex_rtb_R-A-263154-162’, async: true }, function() { var g = document.createElement(‘ins’); g.className = ‘adsbygoogle’; g.style = ‘width:580px;height:400px;top:0;right:0;bottom:0;left:0;margin:auto;display:block;’; g.setAttribute(‘data-ad-client’, ‘ca-pub-5399081021257607’); g.setAttribute(‘data-ad-slot’, ‘2323428743’); document.getElementById(‘yandex_rtb_R-A-263154-162’).appendChild(g); (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({}); }); }); t = d.getElementsByTagName(‘script’)[0]; s = d.createElement(‘script’); s.type = ‘text/javascript’; s.src = ‘//an.yandex.ru/system/context.js’; s.async = true; t.parentNode.insertBefore(s, t); })(this, this.document, ‘yandexContextAsyncCallbacks’);

“+”ipt>”;cachedBlocksArray[80424] = “

“;cachedBlocksArray[80423] = “

“;cachedBlocksArray[80422] = “

“;cachedBlocksArray[80441] = “

(function(w, d, n, s, t) { w[n] = w[n] || []; w[n].push(function() { Ya.Context.AdvManager.render({ blockId: ‘R-A-263154-217’, renderTo: ‘yandex_rtb_R-A-263154-217’, async: true }); }); t = d.getElementsByTagName(‘script’)[0]; s = d.createElement(‘script’); s.type = ‘text/javascript’; s.src = ‘//an.yandex.ru/system/context.js’; s.async = true; t.parentNode.insertBefore(s, t); })(this, this.document, ‘yandexContextAsyncCallbacks’);

“+”ipt>”;cachedBlocksArray[80434] = “

“;cachedBlocksArray[80433] = “

“+”ipt>

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

“+”ipt>”;

Оценка статьи:

loading.gif

Загрузка…

Основные формулы раздела «Электрическое поле»

Электрическое поле

4.3

(86.67%)

3

votes

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...
Электрик в Дом