Работа электрического поля при перемещении заряда

Вопросы и ответы

Чем на самом деле является напряжение? Это способ описания и измерения напряженности электрического поля. Само по себе напряжение не может существовать без электронного поля вокруг положительных и отрицательных зарядов.

Так же, как магнитное поле окружает Северный и Южный полюса. По современным понятиям, электроны не оказывают взаимного влияния. Электрическое поле – это нечто, что исходит от одного заряда и его присутствие может ощущаться другим.

О понятии напряженности можно сказать то же самое! Просто это помогает нам представить, как электрическое поле может выглядеть. Честно говоря, оно не обладает ни формой, ни размером, ничем подобным. Но поле функционирует с определённой силой на электроны. Силы и их действие на заряженную частицу

На заряженный электрон, воздействует сила с некоторым ускорением, заставляя его перемещаться все быстрее и быстрее. Этой силой совершается работа по передвижению электрона. Силовые линии – это воображаемые очертания, которые возникают вокруг зарядов

Электризация тел

Электризация – процесс внутренних сообщений, происходящих зарада, т е е нарушение его электронейтральности. Процесс электризации представляет собой перенос электронов или ионов от одного тела к другому. В результате электризации тело получает возможность участвовать в электромагнитном взаимодействии.

Методы электрификации:

  • трением, – например, электрификация эбонитовой палочки при трении о мех. При тронном соприкосновении двух тел часть электронов охватывает с дного тела на дроге; в результате этого на поверхности одного из тел создается недостаток электронов, и тело получает положительный заряд, а у другого – избыток, и тело заряжается отрицательно. Величины заразов тел идеально;
  • через воздействие (електростатическая принимающа) – тело остается электрически нейтральным, электрические заряды внутри него перераспределяются так, что разные части тела получают разные по знаку заряды;
  • при соприкосновении заряженного и незаряженного тела – заряд в этой точке распределяется между этими телами пропорционально их размерам. Если размеры тел идиндические, то заразные растовые между ними провну;
  • при ударе;
  • под действием излучения – под действием света с поверхности проводника могут отрываться электроны, и проводник приобретает положительный заряд.

Закон сохранения электрического заряда

Система называется замкнутой (электрически изолированной), если в ней нет обмена зарядами с окружающей средой.

В любой замкнутой (электрически изолированной) системе сумма электрических зарядов остается постоянной при любых взаимодействиях внутри нее.

Полный вызов зарад ​((q) )​ системы равен алгебраической сумме ее положительных и отрицательных зарядов ​((q_1, q_2 … q_N) )​:

Важно!
В природе заряды одного знака не возникают и не исчезают: положительные и отрицательные заряды могут нейтрализовать друг друга, если они равны по модулю.

Закон Кулона

Закон Кулона был открыт экспериментально: в опытах с использованием крутящихся весов измерялись силы взаимодействия заряженных шариков.

Закон Кулоны формулируется следующим образом:
сила взаимодействия двух неподвижных электрических зарядов в вакууме прямо пропорциональна их модулям (q_1) и (q_2) и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними (r )​:

где ​(k=frac{1}{4pivarepsilon_0}=9cdot10^9 )​ (Н·м2)/Кл2 – коэффициент пропорциональности,
​(varepsilon_0=8.85cdot10^{-12} )​ Кл2/(Н·м2) – электрическая постоянная.

Коэффициент ​(k )​ численно равен силе, с которой два точечных заряда величиной 1 Кл каждый взаимодействуют в вакууме на расстоянии 1 м.

Кулоновская сила направлена ​​вдоль прямой линии, соединяющей взаимодействующие заряды. Заряды взаимодействуют друг с другом с силами, равными по величине и противоположными по направлению.

Ценность кулона зависит от среды, в которой он находится. В этом случае формула закона:

где ​(varepsilon)​ – диэлектрическая проеметическая среда.

Закон Кулона применим к взаимодействию

  • неподвижные точечные заряды;
  • однородно заряженные тела сферической формы.

В данном случае ​(r )​ – расстояние между центрами сферических поверхностей.

Важно!
Если заряженное тело протяженное, то необходимо разбить его на точечные заряды, вычислить силы их парного взаимодействия и найти действие этих сил (принцип суперпозиции).

Действие электрического поля на электрические заряды

Электрическое поле — это особая форма материи, существующая вокруг электрически заряженных проводов.

Впервые понятие электрического поля было введено Фарадеем. Он объяснил взаимодействие зарядов следующим образом: каждый заряд создает вокруг себя электрическое поле, которое действует с некоторой силой на другой заряд.

Свойства электрического поля:

  • материально;
  • торговать заразом;
  • продукты воздействуют на зарад;
  • переведено на страницу;
  • он ослабевает с увеличением расстояния от заряда.

Действие заряженного тела на окружающие тела проявляется в виде сил притяжения и отталкивания, стремящихся повернуть и сдвинуть эти тела по отношению к заряженному телу.

Силу, с которой электрическое поле действует на заряд, можно рассчитать по формуле:

где ​(vec{E} )​ – напраженность соответствующей поля, ​(q )​ – заряд.

Решение задач о точечных зарядах и сводящихся к ним системах основано на применении законов механики с учетом закона Кулона и его следствий.

Алгоритмы решения задач о точечных зарядах и сводящихся к ним системах:

  • сделать картинку; требования, ужействующие на точечный зараз, помещенный в электрическое поле;
  • сохраните для зарада условие равновесия или основное уравнение динамики материальной точки;
  • выразить силы электрического взаимодействия через заряды и поля и подставить эти выражения в исходное уравнение;
  • если при изображении заданных тел между собой перераспределение зараз, к составленному уравнению добавить уравнение закона сохранения зарядов;
  • сохранить математически все вспомогательные условия
  • решить полученную систему уравнений относительно неизвестной величины;
  • проверить решение

Напряженность электрического поля

Напраженность обусловленной поля ​(vec{E} )​ – векторная физическая величина, равная отношению сил ​(F )​, действующих на точечный заряд зонда, к величине этого заряда ​(q )​:

Обозначение – (vec{E} ), енида изменения в СИ – Н/Кл или В/м.

Напряжение поля точечного заряда в вакууме рассчитывается по формуле:

где (k=frac{1}{4pivarepsilon_0}=9cdot10^9 ) (Н·м2)/Кл2,
​(q_0 )​ — заряд, создание поля,
​(r )​ – расстояние от заряда, создающего поле, до заданной точки.

Напряжение поля точечного заряда в среде рассчитывается по формуле:

где ​(varepsilon)​ – диэлектрическая проеметическая среда.

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

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

Линией напряжения электрического поля называется линия, касательная к которой в каждой точке направлена ​​по вектору напряжения (vec{E} )​.

Линии напряжения электростатического поля начинаются на положительных электрических зарядах и заканчиваются на отрицательных электрических зарядах или уходят в бесконечность от положительных зарядов и идут из бесконечности к отрицательным зарядам.

Распределение линий напряжения вокруг положительных и отрицательных 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 напряжение одинаково по модулю и направлению в любой точке, называется однородным электрическим полем. Электрическое поле между двумя разнозаряженными металлическими пластинами можно считать однородным. Линии напряженности в однородном электрическом поле параллельны друг другу.

Читайте также: Расчет блока питания для светодиодной ленты

Принцип суперпозиции электрических полей

Каждый электрический заряд создает электрическое поле в пространстве независимо от наличия других электрических зарядов.

Принцип суперпозиции электрических полей: напряжение электрического поля системы (N) зарядов равно векторной сумме напряжений полей, создаваемых каждым из них в отдельности.

Электрические поля от разных источников существуют в одной точке пространства и действуют как заряды независимо друг от друга.

Силы и их действие на заряженную частицу

На заряженный электрон действует сила с некоторым ускорением, заставляющая его двигаться все быстрее и быстрее. Етой устойчивости провечается работа по передвижению электрона.

Линии электропередач — это воображаемые очертания, которые возникают вокруг зарядов (определяемых электрическим полем), и если мы поместим какой-либо заряд в эту область, он будет испытывать силу.

Свойства силовых линий:

  • едуют с севера на юг;
  • нет взаимных пересечений

Почему две линии электропередач не имеют пересечений? Потому что в реальной жизни такого не бывает. То, о чём платья, это физическая модель и не хуже. Физики изобрели его для описания поведения и характеристик электрического поля. Модель очень хорошая. Но помните, что это только модель, мы должны знать, для чего нужны такие линии.

Силовые линии демонстрируют:

  • направления электрических полей;
  • напряжение. Чем ближе линия, тем больше напряженность поля и наоборот.

Если нарисованные силовые линии нашей модели пересекутся, то расстояние между ними станет бесконечно малым. Это невозможно из-за силы поля, поскольку оно является формой энергии, и из-за фундаментальных законов физики.

Что такое потенциал?

Потенциал – это энергия, затрачиваемая на перемещение заряженной частицы из первой точки, имеющей нулевой потенциал, во вторую точку.

Разность постиницалов межпунктами А и Б – это работа, производимая силимы для передвижения некого прозитивного электроны по работной трактирии из А в Б.

Чем больше электронный потенциал, тем больше плотность потока на единицу площади. Это явление похоже на гравитацию. Чем больше масса, тем больше потенциал, тем интенсивнее и плотнее гравитационное поле на единицу площади.

Небольшой заряд с низким потенциалом и малой плотностью потока показан на следующем рисунке.

Ниже показан заряд с большим потенциалом и плотностью потока.

Например: во время грозы электроны расходуются в одной точке и собираются в другой, образуя электрическое поле. Когда сила становится достаточной для нарушения диэлектрической проницаемости, получается удар молнии (состоящий из электронов). При сборе разности постиницалов електрическое поле версичества.

Электростатическое поле

Это изменение электрического поля, которое не меняется во времени и формируется зарядами, которые не двигаются. Работа движения электрона определяется соотношениями

где r1 и r2 – расстояния заряда q до начальной и конечной точек траектории движения. По полученной формуле видно, что работа при перемещении заряда из точки в точку не зависит от траектории, а зависит только от начала и конца движения.

На каждый электрон действует сила, поэтому при перемещении электрона в поле совершается определенная работа.

В электростатическом поле работа зависит только от конечных точек следования, а не от траектории. Поэтому при движении по замкнутому контуру заряд приходит в исходное положение, а величина работы становится равной нулю.

Это происходит потому, что падение потенциала равно нулю (потому что электрон возвращается в ту же точку). Поскольку разность потенциалов равна нулю, чистая работа также будет равна нулю, поскольку потенциал капли равен работе, деленной на величину заряда, выраженную в кулонах.

Об однородном электрическом поле

Однородным называют электрическое поле между двумя противоположно заряженными плоскими металлическими пластинами, где линии напряжения параллельны друг другу.

Почему сила действия на заряд в таком поле всегда одинакова? Благодаря симметрии. Когда система симметрична и существует только одна вариация размерности, всякая зависимость исчезает. Есть много других фундаментальных причин для ответа, но фактор симметрии самый простой.

Работа по передвижению положительного заряда

Электрическое поле представляет собой поток электронов от «+» к «-», приводящий к области высокого напряжения.

Ток – это количество линий электрического поля, проходящих через него. В каком направлении будут двигаться положительные электроны? Ответ: по направлению электрического поля от положительного (высокий потенциал) к отрицательному (низкий потенциал). Поэтому положительно заряженная частица будет двигаться именно в этом направлении.

Напряженность поля в любой точке определяется как сила, действующая на положительный заряд, помещенный в эту точку.

Работа сообщение в продукце электронной катической по проводнику. По закону Ома можно определить работу с различными вариациями формул для проведения расчета.

Из закона сохранения энергии следует, что работа есть изменение энергии на отдельном участке цепи. Движение положительного заряда против электрического поля требует совершения работы, результатом чего является выигрыш в потенциальной энергии.

Оцените статью
Блог об электричестве
Adblock
detector