Mga katangian ng electric field

Inilalarawan ng artikulo ang mga pangunahing katangian ng electric field: potensyal, boltahe at intensity.

Ano ang isang electric field

Upang lumikha ng isang electric field, kinakailangan upang lumikha ng isang electric charge. Ang mga katangian ng espasyo sa paligid ng mga singil (mga sinisingil na katawan) ay naiiba sa mga katangian ng espasyo kung saan walang mga singil. Kasabay nito, ang mga katangian ng espasyo, kapag ang isang electric charge ay ipinakilala dito, ay hindi nagbabago kaagad: ang pagbabago ay nagsisimula mula sa singil at kumakalat na may isang tiyak na bilis mula sa isang punto sa espasyo patungo sa isa pa.

Sa isang puwang na naglalaman ng isang singil, ipinapakita ang mga puwersang mekanikal na kumikilos sa iba pang mga singil na ipinapasok sa espasyong iyon. Ang mga puwersang ito ay hindi resulta ng direktang pagkilos ng isang singil sa isa pa, ngunit ng pagkilos sa pamamagitan ng isang qualitatively binagong medium.

Ang puwang sa paligid ng mga singil sa kuryente, kung saan ang mga puwersa na kumikilos sa mga singil ng kuryente na ipinakilala dito ay ipinahayag, ay tinatawag na isang electric field.

Ang isang singil sa isang electric field ay gumagalaw sa direksyon ng puwersa na kumikilos dito mula sa gilid ng field.Ang estado ng natitirang bahagi ng naturang singil ay posible lamang kapag ang ilang panlabas (panlabas) na puwersa ay inilapat sa singil na nagbabalanse sa lakas ng electric field.

Sa sandaling maabala ang balanse sa pagitan ng panlabas na puwersa at lakas ng field, ang singil ay magsisimulang gumalaw muli. Ang direksyon ng paggalaw nito ay palaging sumasabay sa direksyon ng mas malaking puwersa.

Para sa kalinawan, ang electric field ay karaniwang kinakatawan ng tinatawag na electric field lines. Ang mga linyang ito ay tumutugma sa direksyon ng mga puwersang kumikilos sa electric field. Kasabay nito, napagkasunduan na gumuhit ng napakaraming linya na ang kanilang numero para sa bawat 1 cm2 ng lugar na naka-install patayo sa mga linya ay proporsyonal sa lakas ng patlang sa kaukulang punto.

Ang direksyon ng field ay karaniwang itinuturing na direksyon ng lakas ng field na kumikilos sa isang positibong singil na inilagay sa isang ibinigay na field. Ang mga positibong singil ay tinataboy ng mga positibong singil at naaakit sa mga negatibong singil. Samakatuwid, ang field ay nakadirekta mula sa positibo hanggang sa mga negatibong singil.

Ang direksyon ng mga linya ng puwersa ay ipinahiwatig sa mga guhit sa pamamagitan ng mga arrow. Napatunayan ng agham na ang mga linya ng puwersa ng isang electric field ay may simula at wakas, iyon ay, hindi sila sarado nang mag-isa. Batay sa ipinapalagay na direksyon ng patlang, nakita namin na ang mga linya ng puwersa ay nagsisimula sa mga positibong singil (mga katawan na may positibong sisingilin) ​​at nagtatapos sa mga negatibo.

kanin. 1. Mga halimbawa ng larawan ng isang electric field gamit ang mga linya ng puwersa: a — isang electric field na may isang positibong singil, b — isang electric field na may isang negatibong singil, c — isang electric field ng dalawang magkasalungat na singil, d — isang electric field ng dalawang katulad na singil

Sa fig.Ang 1 ay nagpapakita ng mga halimbawa ng isang electric field na inilalarawan gamit ang mga linya ng puwersa. Dapat alalahanin na ang mga linya ng electric field ay isang paraan lamang ng graphical na representasyon ng isang field. Walang mas malaking sangkap sa konsepto ng linya ng puwersa dito.

Batas ng Coulomb

Ang lakas ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng dalawang singil ay depende sa laki at magkaparehong pag-aayos ng mga singil, gayundin sa mga pisikal na katangian ng kanilang kapaligiran.

Para sa dalawang nakoryenteng pisikal na katawan, ang mga sukat nito ay hindi gaanong mahalaga kumpara sa distansya sa pagitan ng mga katawan, ang pagpapagaling ng pakikipag-ugnayan ay tinutukoy sa matematika tulad ng sumusunod:

kung saan ang F ay ang puwersa ng pakikipag-ugnayan ng mga singil sa newtons (N), k - distansya sa pagitan ng mga singil sa metro (m), Q1 at Q2 - magnitude ng mga singil sa kuryente sa coulombs (k), k ay ang koepisyent ng proporsyonalidad, ang halaga kung saan depende sa mga katangian ng medium na nakapalibot sa mga singil.

Ang pormula sa itaas ay ganito: ang puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng dalawang puntong singil ay direktang proporsyonal sa produkto ng mga magnitude ng mga singil na ito at inversely proporsyonal sa parisukat ng distansya sa pagitan ng mga ito (batas ni Coulomb).

Upang matukoy ang proportionality factor k, gamitin ang expression na k = 1 /(4πεεО).

Potensyal na larangan ng kuryente

Ang isang electric field ay palaging nagbibigay ng paggalaw sa isang singil kung ang mga puwersa ng field na kumikilos sa singil ay hindi balanse ng anumang panlabas na pwersa. Ito ay nagpapahiwatig na ang electric field ay may potensyal na enerhiya, iyon ay, ang kakayahang gumawa ng trabaho.

Sa pamamagitan ng paglipat ng isang singil mula sa isang punto sa espasyo patungo sa isa pa, gumagana ang electric field, bilang isang resulta kung saan bumababa ang supply ng potensyal na enerhiya sa field.Kung ang isang singil ay gumagalaw sa isang electric field sa ilalim ng pagkilos ng ilang panlabas na puwersa na kumikilos sa tapat ng mga puwersa ng patlang, kung gayon ang gawain ay hindi ginagawa ng mga puwersa ng electric field, ngunit sa pamamagitan ng mga panlabas na puwersa. Sa kasong ito, ang potensyal na enerhiya ng patlang ay hindi lamang bumababa, ngunit, sa kabaligtaran, ay tumataas.

Ang gawaing ginawa ng isang panlabas na puwersa na gumagalaw ng isang singil sa isang electric field ay proporsyonal sa magnitude ng mga puwersa ng field na sumasalungat sa paggalaw na iyon. Ang gawaing ginawa sa kasong ito ng mga panlabas na pwersa ay ganap na ginugol sa pagtaas ng potensyal na enerhiya ng larangan. Upang makilala ang field mula sa gilid ng potensyal na enerhiya nito, tinatawag ang isang dami na tinatawag na electric field potential.

Ang kakanyahan ng dami na ito ay ang mga sumusunod. Ipagpalagay na ang positibong singil ay nasa labas ng electric field na isinasaalang-alang. Nangangahulugan ito na halos walang epekto ang field sa ibinigay na singil. Hayaang ipasok ng panlabas na puwersa ang singil na ito sa patlang ng kuryente at, pagtagumpayan ang paglaban sa paggalaw na ginawa ng mga puwersa ng patlang, ilipat ang singil sa isang tiyak na punto sa patlang. Ang gawaing ginawa ng puwersa, at samakatuwid ang halaga kung saan tumaas ang potensyal na enerhiya ng patlang, ay ganap na nakasalalay sa mga katangian ng patlang. Samakatuwid, ang gawaing ito ay maaaring makilala ang enerhiya ng isang ibinigay na electric field.

Ang enerhiya ng patlang ng kuryente na nauugnay sa isang yunit ng positibong singil na inilagay sa isang partikular na punto sa patlang ay tinatawag na potensyal ng patlang sa isang partikular na punto.

Kung ang potensyal ay tinutukoy ng letrang φ, ang singil sa pamamagitan ng letrang q at ang gawaing ginugol sa paglipat ng singil sa pamamagitan ng W, kung gayon ang potensyal ng patlang sa isang naibigay na punto ay ipahahayag ng formula φ = W / q.

Kasunod nito na ang potensyal ng electric field sa isang partikular na punto ay katumbas ng numero sa gawaing ginawa ng isang panlabas na puwersa kapag ang isang unit positive charge ay gumagalaw palabas ng field patungo sa isang partikular na punto. Ang potensyal ng field ay sinusukat sa volts (V). Kung sa panahon ng paglipat ng isang coulomb ng kuryente sa labas ng field sa isang naibigay na punto, ang mga panlabas na pwersa ay gumawa ng trabaho na katumbas ng isang joule, kung gayon ang potensyal sa isang naibigay na punto sa field ay katumbas ng isang bolta: 1 volt = 1 joule / 1 coulomb

Lakas ng electric field

Sa anumang electric field, ang mga positibong singil ay lumilipat mula sa mga punto ng mas mataas na potensyal patungo sa mga punto ng mas mababang potensyal. Sa kabaligtaran, ang mga negatibong singil ay lumilipat mula sa mga punto ng mas mababang potensyal patungo sa mga punto ng mas mataas na potensyal. Sa parehong mga kaso, ang trabaho ay ginagawa sa gastos ng potensyal na enerhiya ng electric field.

Kung alam natin ang gawaing ito, iyon ay, ang halaga kung saan ang potensyal na enerhiya ng patlang ay nabawasan kapag ang positibong singil q ay gumagalaw mula sa punto 1 ng patlang hanggang sa punto 2, kung gayon madaling mahanap ang boltahe sa pagitan ng mga puntong ito ng field U1,2:

U1,2 = A / q,

kung saan ang A ay ang gawaing ginawa ng mga puwersa ng patlang kapag ang singil q ay inilipat mula sa punto 1 hanggang sa punto 2. Ang boltahe sa pagitan ng dalawang puntos sa electric field ay katumbas ng numero sa gawaing ginawa ng zero upang ilipat ang isang yunit na positibong singil mula sa isang punto sa patlang sa isa pa.

Tulad ng makikita, ang boltahe sa pagitan ng dalawang punto ng field at ang potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng parehong mga punto ay kumakatawan sa parehong pisikal na yunit... Samakatuwid, ang mga terminong boltahe at potensyal na pagkakaiba ay pareho. Ang boltahe ay sinusukat sa volts (V).

Ang boltahe sa pagitan ng dalawang puntos ay katumbas ng isang bolta kung, kapag naglilipat ng isang coulomb ng kuryente mula sa isang punto ng field patungo sa isa pa, gumagana ang mga puwersa ng field na katumbas ng isang joule: 1 volt = 1 joule / 1 coulomb

Lakas ng electric field

Sumusunod ito mula sa batas ng Coulomb na ang lakas ng patlang ng kuryente ng isang ibinigay na singil na kumikilos sa isa pang singil na inilagay sa patlang na ito ay hindi pareho sa lahat ng mga punto ng patlang. Ang patlang ng kuryente sa anumang punto ay maaaring mailalarawan sa laki ng puwersa kung saan ito kumikilos sa isang yunit na positibong singil na inilagay sa isang naibigay na punto.

Sa pag-alam sa halagang ito, matutukoy ang puwersa F na kumikilos sa bawat singil Q. Maaari mong isulat na ang F = Q x E, kung saan ang F ay ang puwersang kumikilos sa singil Q na inilagay sa isang punto sa field sa tabi ng electric field, E ay ang puwersang kumikilos sa isang unit positive charge na inilagay sa parehong punto sa field. Ang dami E na katumbas ng bilang ng puwersa na nararanasan ng isang unit positive charge sa isang partikular na punto sa field ay tinatawag na electric field strength.