Как обнаружить электрическое поле: «Как можно обнаружить электрическое поле?» — Яндекс Кью

свойства, как создается и его применение

Электрическое поле является составляющей частью электромагнитного поля. Возникает оно вокруг заряженных тел и частиц. Этот объект невидим, но определение электрического поля можно произвести, поместив в него определенный заряд. Для установления количественного значения существует понятие напряженности. Это величина векторная и показывает, с какой силой поле воздействует на помещенный в него пробный заряд.

• История появления теории
• Описание физического явления
• Виды электрических полей
• Сферы применения

История появления теории

Прежде чем физически было доказано существование этого явления, специалисты разных рангов пытались теоретически обосновать его появление. Первые попытки были осуществлены в конце XVIII века, когда астроном Лагранж ввел понятие потенциала.

Этот показатель характеризовал напряженность, а фактически является работой, которую должно совершить поле для перемещения заряда из бесконечности в определенную его точку.

Чуть позже Кулон вывел понятие взаимодействия между заряженными частицами, для своих опытов он использовал крутильные весы.

В начале XIX века Пуассоном была доказана связь между понятием потенциала и электромагнитным явлением. Через 7 лет были проведены эксперименты, которые показали влияние на магнитную стрелку, протекающим по проводам током.

Это доказало, что вокруг проводников создается электрическое поле с неизменяемой напряженностью. Тему в дальнейшем продолжили Ом и Фарадей. Фарадей опубликовал работы, где описывал взаимодействие разнородных полей.

Практически эта теория позже нашла применение в производстве электродвигателей. Немного спустя в расчеты физиков были введены единицы измерения магнитных и электрических полей.

Описание физического явления

Обнаружить наличие электрического поля несложно. Для этого нужно обладать заряженной частицей и поместить ее в определенное место в пространстве.

Если на нее начнет воздействовать электрическая сила, это и будет доказательством его наличия.

Свойствами поля являются:

• невидимость;
• способность взаимодействовать только с другими электрическими полями;
• оно обладает векторным направлением;
• поле может притягивать или отталкивать;
• возникает всегда вокруг заряженных частиц;
• концентрация;
• неоднородность.

На заряженную частицу, помещенную в поле, с разных точек действуют силы, которые отличаются значением и направлением. Для ее определения существует силовая характеристика поля, которая называется напряженностью и обозначается латинской Е.

Величина эта равна отношению силы на заряд, с которой она действует на него в определенной точке поля. Если одновременно в поле помещается несколько зарядов, то общая сила высчитывается как геометрическая сумма всех векторов.

Виды электрических полей

Действие такого явления можно наблюдать ежедневно в бытовых условиях. Для этого можно любой диэлектрик потереть о кусок шерсти или пластмассовую расческу о свои волосы. Результатом таких действий станет создание заряда на предметах, а вокруг них появится электрическое поле.

Существуют следующие виды:

• статическое;
• индуктированное или вихревое;
• стационарное;
• магнитное.

Некоторые свойства у разных видов полей совпадают, но среди них есть и существенные различия. Например, если заряженная частица находится в неподвижном состоянии, то вокруг нее существует только статическое поле. Как только она начнет движение, то сразу появится и магнитное поле. Его сила будет возрастать с увеличением скорости заряда.

Кроме этого, во время движения магнитного появится индуктированное поле. Существует и различия между статическим и стационарным полями. Так, для поддержания стационарного состояния необходимо постоянная затрата некоторой энергии, чего не происходит со статическими полями.

Сферы применения

Некоторые свойства электрического поля позволяют с успехом использовать их в повседневной жизни. Например, оно способно образовывать ионы в жидкости. Погружение электродов в жидкую среду позволяет разделять ее на несколько фракций.

На основании этих свойств электрическое поле нашло применение в медицине, химии, любых видах очистки. В медицине, например, ионами воздействуют на пораженные места, благодаря чему происходит уничтожение вредных микроорганизмов, попавших в рану, и быстрое их заживление.

Применяются и аппарат, воздействующие электрическим полем на отдельные участки тела, что позволяет точечно повысить в них температуру. В результате гемодинамики улучшается движение крови и ускоряется процесс выздоровления.

Методом использования электрического поля происходит очищение воды в специальных сооружениях, что широко используют организации водоканалов. Под его воздействием в отстойниках производят отделение чистой воды от вредных примесей.

Такой же метод применяется при добыче нефти для удаления загрязненных веществ, мешающих дальнейшей ее обработке. В настоящее время ведутся разработки по использованию электрического поля для беспроводной передачи электроэнергии к различным приборам.

В то же время в некоторых случаях необходимо и защищаться от его воздействия. Особенно широко это применяется в электронике, где встречается необходимость оградить одно поле от воздействий другого.

Электрическое поле и электрический ток: напряженность и сила

Взаимодействие электрических зарядов объясняется тем, что вокруг каждого заряда существует электрическое поле.

Электрическое поле

Электрическое поле заряда – это материальный объект, оно непрерывно в пространстве и способно действовать на другие электрические заряды. Электрическое поле неподвижных зарядов называется электростатическим. Электростатическое поле создается только электрическими зарядами, существует в пространстве, окружающем эти заряды и неразрывно с ними связано.

Если к электроскопу, не касаясь его оси, поднести на некотором расстоянии заряженную палочку, то стрелка все равно будет откланяться. Это и есть действие электрического поля.

Напряженность электрического поля

Заряды, находясь на некотором расстоянии один от другого, взаимодействуют. Это взаимодействие осуществляется посредством электрического поля. Наличие электрического поля можно обнаружить, помещая в различные точки пространства электрические заряды. Если на заряд в данной точке действует электрическая сила, то это означает, что в данной точке пространства существует электрическое поле. Графически силовые поля изображают силовыми линиями.

Силовая линия – это линия, касательная в каждой точке которой совпадает с вектором напряженности электрического поля в этой точке.

Напряженность электрического поля – это физическая величина, численно равная силе, действующей на единичный заряд, помещенный в данную точку поля. За направление вектора напряженности принимают направление силы, действующей на точечный положительный заряд.

Однородное электрическое поле – это такое поле, во всех точках которого напряженность имеет одно и то же абсолютное значение и направление. Приблизительно однородным является электрическое поле между двумя разноименно заряженными металлическими пластинами. Силовые линии такого поля являются прямыми одинаковой густоты.

Потенциал. Разность потенциалов. Кроме напряженности, важной характеристикой электрического поля является потенциал j. Потенциал j – это энергетическая характеристика электрического поля, тогда как напряженность E – это его силовая характеристика, потому что потенциал равен потенциальной энергии, которой обладает единичный заряд в данной точке поля, а напряженность равна силе, с которой поле действует на этот единичный заряд.

Диэлектрики в электрическом поле

Диэлектриками или изоляторами называются тела, которые не могут проводить через себя электрические заряды. Это объясняется отсутствием в них свободных зарядов.

Если одни конец диэлектрика внести в электрическое поле, то перераспределения зарядов не произойдет, т. к. в диэлектрике нет свободных носителей заряда. Оба конца диэлектрика будут нейтральны. Притяжение незаряженного тела из диэлектрика к заряженному телу объясняется тем, что в электрическом поле происходит поляризация диэлектрика, т. е. смещение в противоположные стороны разноименных связанных зарядов, входящих в состав атомов и молекул вещества.

Полярные и неполярные диэлектрики

Виды диэлектриков

К неполярным относятся диэлектрики, в атомах или молекулах которых центр отрицательно заряженного электронного облака совпадает с центром положительного атомного ядра. Например, инертные газы, кислород, водород, бензол.

Полярные диэлектрики состоят из молекул, у которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов не совпадают. Например, спирты, вода. Их молекулы можно рассматривать как совокупность двух точечных зарядов, равных по модулю и противоположных по знаку, находящихся на некотором расстоянии друг от друга. Такую в целом нейтральную систему называют электрическим диполем.

Проводники в электрическом поле

Проводниками называются тела, способные пропускать через себя электрические заряды. Это свойство проводников объясняется наличием в них свободных носителей заряда. Примерами проводников могут быть металлы и растворы электролитов.

Если взять металлический проводник и один его конец поместить в электрическое поле, то на данном конце появится электрический заряд. Согласно закону сохранения электрического заряда, на другом конце проводника появится равный ему по модулю и противоположный по знаку заряд. Явление разделения разноименных зарядов в проводнике, помещенном в электрическое поле, называется электростатической индукцией.

При внесении в электрическое поле проводника свободные заряды в нем приходят в движение. Перераспределение зарядов вызывает изменение электрического поля. Движение зарядов прекращается только тогда, когда напряженность электрического поля внутри проводника становится равной нулю. Свободные заряды перестают перемещаться вдоль поверхности проводящего тела при достижении такого распределения, при котором вектор напряженности электрического поля в любой точке перпендикулярен поверхности тела. Электростатическое поле внутри проводника равно нулю, весь статический заряд проводника сосредоточен на его поверхности.

Электроемкость и конденсатор

Электроемкость – количественная мера способности проводника удерживать заряд.

Простейшие способы разделение разноименных электрических зарядов – электризация и электростатическая индукция – позволяют получить на поверхности тел не большое количество свободных электрических зарядов. Для накопления значительных количеств разноименных электрических зарядов применяются конденсаторы.

Конденсатор – это система из двух проводников (обкладок), разделенных слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников. Так, например, две плоские металлические пластины, расположенные параллельно и разделенные слоем диэлектрика, образуют плоский конденсатор.

Если пластинам плоского конденсатора сообщить равные по модулю заряды противоположного знака, то напряженность электрического поля между пластинами будет в два раза больше, чем напряженность поля у одной пластины. Вне пластин напряженность электрического поля равна нулю, т. к. равные заряды разного знака на двух пластинах создают вне пластин электрические поля, напряженности которых равны по модулю, но противоположны по направлению.

Электрический ток

Это направленное движение заряженных частиц. В металлах носителями тока являются свободные электроны, в электролитах – отрицательные и положительные ионы, в полупроводниках – электроны и дырки, в газах – ионы и электроны. Количественной характеристикой тока является сила тока.

Источниками могут служить – гальванический элемент(происходят хим. реакции и внутренняя энергия, превращается в электрическую) и аккумулятор(для зарядки через него пропускают постоянный ток, в результате химической реакции один электрод становиться положительно заряженным, другой – отрицательно.

Действия электрического тока: тепловое, химическое, магнитное.

Направление электрического тока: от + к –

Направленное движение заряженных частиц

Поэтому достаточным условием для существования тока является наличие электрического поля и свободных носителей заряда. О наличии тока можно судить по явлениям, которые его сопровождают: Проводник, по которому течет ток, нагревается. Электрический ток может изменять химический состав проводника.

Силовое воздействие на соседние точки и намагниченные тела.

При существовании электрического поля внутри проводника, на концах его существует разность потенциалов. Если она не меняется, то в проводнике устанавливается постоянный электрический ток.

Сила тока

Сила тока – отношение заряда, пронесенного через поперечное сечение проводника за интервал времени, к этому интервалу времени.

Сила тока, как и заряд, величина скалярная. Она может быть как положительной, так и отрицательной. За положительное направление силы тока принято движение положительных зарядов. Если с течением времени сила тока не меняется, то ток называется постоянным.

Электродвижущая сила

Для того, чтобы в проводнике существовал электрический ток длительное время, необходимо поддерживать неизменными условия, при которых возникает электрический ток.

Во внешней цепи электрические заряды движутся под действием сил электрического поля. Но, чтобы поддерживать разность потенциалов на концах внешней цепи, необходимо перемещать электрические заряды внутри источника тока против сил электрического поля. Такое перемещение может осуществляться только под действием сил неэлектростатической природы.

Силы, вызывающие перемещение электрических зарядов внутри источника постоянного тока против направления действия сил электростатического поля, называются сторонними силами. Сторонние силы в гальваническом элементе или аккумуляторе возникают в результате электрохимических процессов, происходящих на границе раздела электрод – электролит. В машине постоянного тока сторонней силой является сила Лоренца.

Последовательное и параллельное соединение проводников

Проводники в электрических цепях постоянного тока могут соединяться последовательно и параллельно.

При последовательном соединении электрическая цепь не имеет разветвлений, все проводники включают в цепь поочередно друг за другом.

Сила тока во всех проводниках одинакова, так как в проводниках электрический заряд не накапливается и через поперечное сечение проводника за определенное время проходит один и тот же заряд.

При последовательном соединении проводников их общее электрическое сопротивление равно сумме электрических сопротивлений всех проводников.

При параллельном соединении электрическая цепь имеет разветвления (точку разветвления называют узлом). Начала и концы проводников имеют общие точки подключения к источнику тока.

При этом напряжение на всех проводниках одинаково. Сила тока равна сумме сил токов во всех параллельно включенных проводниках, так как в узле электрический заряд не накапливается, поступающий за единицу времени в узел заряд равен заряду, уходящему из узла за то же время.

Соединение источников тока

Соединение источников тока

Химические источники э. д. с. (аккумуляторы, элементы) включаются между собой последовательно, параллельно и смешанно.

Последовательное соединение источников э. д. с. На рисунке представлены три соединенных между собой аккумулятора. Такое соединение аккумуляторов, когда минус каждого предыдущего источника соединен с плюсом последующего источника, называется последовательным соединением. Группа соединенных между собой аккумуляторов или элементов называется батареей.

электромагнетизм — Почему мы можем обнаружить магнитное поле, но не электрическое поле вокруг переменного тока?

спросил 8 лет, 5 месяцев назад

Изменено 8 лет, 5 месяцев назад

Просмотрено 2к раз

$\begingroup$

Рассмотрим провод, по которому проходит переменный ток. Из-за переменного тока вокруг провода существует переменное магнитное поле, а из-за переменного магнитного поля существует электрическое поле, перпендикулярное магнитному полю, и это создает распространяющуюся электромагнитную волну.

Если их магнитное поле создает электрическое поле, и они объединяются, чтобы сформировать электромагнитные волны, почему компас показывает магнитное поле вокруг провода?

Причина моего вопроса:

Если электрическое и магнитное поля объединяются в электромагнитную волну, и мы обнаруживаем присутствие магнитного поля, то почему мы не можем обнаружить присутствие электрического поля, перпендикулярного ему?

• электромагнетизм
• магнитные поля

$\endgroup$

9

$\begingroup$

Если их магнитное поле создает электрическое поле и они объединяются в формируют электромагнитные волны, почему компас показывает магнитное поле вокруг проволока?

Для создания электромагнитных волн нам необходимо, чтобы ток изменялся во времени, так что магнитное поле изменялось во времени, что индуцировало изменяющееся во времени электрическое поле и т.

д.

Однако это не тот случай, когда все магнитное поле, создаваемое изменяющийся во времени ток связан с ЭМ излучением.

В реактивном ближнем поле вблизи провода существуют изменяющиеся во времени электрические и магнитные поля, которые не связаны с электромагнитными волнами (которые переносят энергию), а скорее связаны с накоплением энергии. Из связанной статьи:

Например, ток , протекающий в антенне, создает чисто магнитное компонент в ближней зоне , который затем разрушается, когда антенна ток начинает меняться, вызывая передачу магнитного поля энергия возвращается электронам в антенне по мере изменения магнитного поля вызывает эффект самоиндукции на антенне, которая его создала. Этот возвращает энергию антенне регенеративным способом, так что она не потерянный.

В целом все довольно сложно, но для низкой частоты, например, переменного тока 60 Гц по проводу в цепи преобладает синусоидально изменяющееся во времени магнитное поле.

Энергия попеременно накапливается в этом поле (по мере увеличения текущей величины) и возвращается (по мере уменьшения текущей величины).

$\endgroup$

3

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

.

электромагнетизм — Как мы можем обнаружить электрическое поле в электромагнитной волне?

спросил 6 лет, 7 месяцев назад

Изменено 6 лет, 7 месяцев назад

Просмотрено 2к раз

$\begingroup$

Электромагнитная волна имеет магнитную и электрическую составляющую, но как это доказать? Как можно обнаружить «неэлектростатическое» электрическое поле вокруг катушки?

• электромагнетизм

$\endgroup$

3

$\begingroup$

Любой электрический заряд испытывает силу электрического поля.