1. Моя освіта – реферати, конспекти, доповіді
  2. Фізика
  3. Найпростіші електричні поля

Найпростіші електричні поля

Помістивши електричний зонд в різні точки поля, можна вивчити на досвіді електричне поле, обумовлене зарядженими тілами будь-якої форми. Розглянемо декілька простих прикладів.

1. Заряджений куля, віддалений від інших предметів. Якщо куля досить віддалений від інших предметів (наприклад, укріплений на високій ізолюючої ніжці або підвішений на довгій нитки), то електрометрії в досвіді, зображеному на рис. 49, дає одні й ті ж свідчення, коли зонд знаходиться в точках, однаково віддалених від центру кулі. Це означає, що еквіпотенціальні поверхні в цьому випадку мають вигляд концентричних сфер. Пересуваючи зонд вздовж радіуса кулі, ми знаходимо, навпаки, найбільш швидка зміна потенціалу. Це показує, що ми рухаємося вздовж лінії поля. Еквіпотенціальні поверхні і лінії поля навколо зарядженого кулі зображені на рис. 50. Відзначимо, що з наближенням до інших предметів, наприклад до стін кімнати, еквіпотенціальні поверхні перестають бути сферами і приймають більш складну форму. Однак, як показує рис. 50, далеко від цих предметів, поблизу кулі, і еквіпотенціальні поверхні і лінії поля мають той же вигляд, що і для точкового заряду, поміщеного в центрі кулі (рис. 40). Заряджений куля, віддалений від інших предметів, створює навколо себе таке ж поле, як якщо б його заряд був зосереджений в центрі.

2. Плоскі паралельні пластини. На рис. 51 зображені еквіпотенціальні поверхні і лінії поля між двома плоскими паралельними пластинами, зарядженими до деякої різниці потенціалів один щодо одного. Ми бачимо, що еквіпотенціальні поверхні мають досить складну форму. Однак між пластинами еквіпотенціальні поверхні майже не відрізняються від площин, паралельних поверхні пластин, а лінії поля – від паралельних між собою прямих, перпендикулярних до пластин. Якщо розміри пластин великі в порівнянні з відстанню між ними, то між пластинами (за винятком областей поблизу країв пластин) поле виявляється однорідним, т. Е. Напруженість в різних точках одна і та ж по модулю і напрямку (§ 17).

 

Помістивши електричний зонд в різні точки поля, можна вивчити на досвіді електричне поле, обумовлене зарядженими тілами будь-якої форми. Розглянемо декілька простих прикладів.

1. Заряджений куля, віддалений від інших предметів. Якщо куля досить віддалений від інших предметів (наприклад, укріплений на високій ізолюючої ніжці або підвішений на довгій нитки), то електрометрії в досвіді, зображеному на рис. 49, дає одні й ті ж свідчення, коли зонд знаходиться в точках, однаково віддалених від центру кулі. Це означає, що еквіпотенціальні поверхні в цьому випадку мають вигляд концентричних сфер. Пересуваючи зонд вздовж радіуса кулі, ми знаходимо, навпаки, найбільш швидка зміна потенціалу. Це показує, що ми рухаємося вздовж лінії поля. Еквіпотенціальні поверхні і лінії поля навколо зарядженого кулі зображені на рис. 50. Відзначимо, що з наближенням до інших предметів, наприклад до стін кімнати, еквіпотенціальні поверхні перестають бути сферами і приймають більш складну форму. Однак, як показує рис. 50, далеко від цих предметів, поблизу кулі, і еквіпотенціальні поверхні і лінії поля мають той же вигляд, що і для точкового заряду, поміщеного в центрі кулі (рис. 40). Заряджений куля, віддалений від інших предметів, створює навколо себе таке ж поле, як якщо б його заряд був зосереджений в центрі.

2. Плоскі паралельні пластини. На рис. 51 зображені еквіпотенціальні поверхні і лінії поля між двома плоскими паралельними пластинами, зарядженими до деякої різниці потенціалів один щодо одного. Ми бачимо, що еквіпотенціальні поверхні мають досить складну форму. Однак між пластинами еквіпотенціальні поверхні майже не відрізняються від площин, паралельних поверхні пластин, а лінії поля – від паралельних між собою прямих, перпендикулярних до пластин. Якщо розміри пластин великі в порівнянні з відстанню між ними, то між пластинами (за винятком областей поблизу країв пластин) поле виявляється однорідним, т. Е. Напруженість в різних точках одна і та ж по модулю і напрямку (§ 17).

 

Ми знаємо (§ 23), що напруженість поля дорівнює падінню напруги на одиниці довжини ліній поля. Тому, якщо позначити відстань між пластинами через, а різниця потенціалів між ними через, то напруженість поля між пластинами.

 

3. Коаксіальні циліндри. Розглянемо на закінчення електричне поле, що виникає між двома коаксіальними (мають спільну вісь) циліндрами, зарядженими до деякої різниці потенціалів (рис. 52, а). У цьому випадку еквіпотенціальні поверхні в середній частині, не надто близько до країв циліндрів, мають також вид коаксіальних циліндрів, а зверху і знизу ці циліндри замикаються куполоподібними «кришками» (рис. 52, б).

 

У перетині площиною, що проходить через вісь циліндрів, еквіпотенціальні поверхні дають лінії, що нагадують за формою еквіпотенціальні лінії між двома пластинами (рис. 51). У середній частині циліндра, далеко від країв, ці лінії мають вигляд прямих, паралельних осі циліндрів. Однак, на відміну від випадку однорідного поля між пластинами, тут еквіпотенціальні прямі вже не є рівновіддаленими один від одного; вони згущуються поблизу внутрішнього циліндра і розташовані все рідше і рідше в міру наближення до зовнішнього циліндру. Це показує, що в радіальному напрямку поле неоднорідне: воно найсильніше у внутрішнього циліндра і поступово слабшає в міру віддалення від нього. Це видно і з рис. 52, а. У перетині площиною креслення, перпендикулярній до осі циліндра, еквіпотенціальні поверхні дають еквіпотенціальні лінії у вигляді концентричних кіл. Лінії поля, які перпендикулярні до всіх еквіпотенційної поверхням, являють собою прямі, спрямовані по радіусах циліндрів. Ми бачимо, що густота ліній цього поля найбільша у поверхні внутрішнього циліндра, а найменша – у поверхні зовнішнього циліндра, а значить, і напруженість поля

досягає найбільшого значення у внутрішнього циліндра і поступово зменшується з віддаленням від його осі. Ця неоднорідність тим більше, чим менше діаметр внутрішнього циліндра в порівнянні з зовнішнім.

Таким чином, близько тонкої нитки можна створити електричне поле дуже великої напруженості. Це ж буде спостерігатися і біля вістря. Поле поблизу нитки зміниться незначно, якщо змінювати розміри зовнішнього циліндра або навіть міняти його форму. Зокрема, роль зовнішнього циліндра можуть грати стіни кімнати. Поблизу нитки поле матиме такий самий вигляд, як поле, зображене на рис. 52. Нитка і вістря часто використовують для створення в деякому місці поля великої напруги (наприклад, в так званих лічильниках заряджених частинок).

ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
КМОП мікросхеми