Напруженість електричного поля, електричне поле, електричний потенціал

Напруженість електричного поля. Фізична природа електричного поля і його графічне зображення. У просторі навколо електрично зарядженого тіла існує електричне поле, яке представляє собою один з видів матерії. Електричне поле володіє запасом електричної енергії, яка проявляється у вигляді електричних сил, що діють на перебувають у полі заряджені тіла.

Рис. 4. Найпростіші електричні поля: а – одиночних позитивного і негативного зарядів; б – двох різнойменних зарядів; в – двох однойменних зарядів; г – двох паралельних і разноименно заряженниx пластин (однорідне поле) Рис. 4. Найпростіші електричні поля: а – одиночних позитивного і негативного зарядів; б – двох різнойменних зарядів; в – двох однойменних зарядів; г – двох паралельних і разноименно заряженниx пластин (однорідне поле)

Електричне поле умовно зображують у вигляді електричних силових ліній, які показують напрямки дії електричних сил, створюваних полем. Прийнято направляти силові лінії в ту сторону, в яку рухалася б у електричному полі позитивно заряджена частинка. Як показано на рис. 4, електричні силові лінії розходяться в різні боки від позитивно заряджених тіл і сходяться у тіл, які мають негативним зарядом. Поле, створене двома плоскими разноименно зарядженими паралельними пластинами (рис. 4, г), називається однорідним.
Електричне поле можна зробити видимим, якщо помістити в нього зважені в рідкому маслі частинки гіпсу: вони повертаються вздовж поля, розташовуючись по його силовим лініям (рис. 5).

Напруженість електричного поля. Електричне поле діє на внесений в нього заряд q (рис. 6) з деякою силою F. Отже, про інтенсивність електричного поля можна судити за значенням сили, з якою притягується або відштовхується певний електричний заряд, прийнятий за одиницю. В електротехніці інтенсивність поля характеризують напруженістю електричного поля Е. Під напруженістю розуміють відношення сили F, що діє на заряджене тіло в даній точці поля, до заряду q цього тіла:

E = F / q (1)
Рис. 5. Картина розподілу силових ліній електричного поля: а – заряджений кулю; б – разноименно заряджені кулі; в – разноименно заряджені паралельні пластини Рис. 5. Картина розподілу силових ліній електричного поля: а – заряджений кулю; б – разноименно заряджені кулі; в – разноименно заряджені паралельні пластини
Поле з великою напруженістю Е зображується графічно силовими лініями великий густоти; поле з малою напруженістю – рідко розташованими силовими лініями. У міру віддалення від зарядженого тіла силові лінії електричного поля розташовуються рідше, т. Е. Напруженість поля зменшується (див. Рис. 4 а, б і в). Тільки в однорідному електричному полі (див. Рис. 4, г) напруженість однакова у всіх його точках.

Рис. 6. Схема дії електричного поля на внесений в нього електричний заряд qРіс. 6. Схема дії електричного поля на внесений в нього електричний заряд q

Електричний потенціал. Електричне поле володіє певним запасом енергії, т. Е. Здатністю здійснювати роботу. Як відомо, енергію можна також накопичити в пружині, для чого її потрібно стиснути або розтягнути. За рахунок цієї енергії можна отримати певну роботу. Якщо звільнити один з кінців пружини, то він зможе перемістити на деяку відстань пов’язане з цим кінцем тіло. Точно так само енергія електричного поля може бути реалізована, якщо внести в нього який-небудь заряд. Під дією сил поля цей заряд буде переміщатися по напрямку силових ліній, здійснюючи певну роботу.
Для характеристики енергії, запасеної в кожній точці електричного поля, введено спеціальне поняття – електричний потенціал. Електричний потенціал? поля в даній точці дорівнює роботі, яку можуть здійснити сили цього поля при переміщенні одиниці позитивного заряду з цієї точки за межі поля.
Поняття електричного потенціалу аналогічно поняттю рівня для різних точок земної поверхні. Очевидно, що для підйому локомотива в точку Б (рис. 7) потрібно затратити велику роботу, ніж для підйому його в точку А. Тому локомотив, піднятий на рівень Н2, при спуску зможе здійснити велику роботу, ніж локомотив, піднятий на рівень Н2 За нульовий рівень, від якого починається відлік висоти, приймають зазвичай рівень моря.

Рис. 7. Різниця рівнів в полі земного тяготеніяРіс. 7. Різниця рівнів в полі земного тяжіння

Рис. 8. Різниця потенціалів U між точками А і Б електричного поля визначає роботу, яка витрачається на переміщення заряду q між цими точкаміРіс. 8. Різниця потенціалів U між точками А і Б електричного поля визначає роботу, яка витрачається на переміщення заряду q між цими точками

Точно так само за нульовий потенціал умовно приймають потенціал, який має поверхню землі.
Електрична напруга. Різні точки електричного поля володіють різними потенціалами. Зазвичай нас мало цікавить абсолютна величина потенціалів окремих точок електричного поля, але нам дуже важливо знати різницю потенціалів? 1-? 2 між двома точками поля А і Б (рис. 8). Різниця потенціалів? 1 і? 2 двох точок поля характеризує собою роботу, витрачену силами поля на переміщення одиничного заряду з однієї точки поля з великим потенціалом в іншу точку з меншим потенціалом. Точно так же нас на практиці мало цікавлять абсолютні висоти Н1і Н2 точок А і Б над рівнем моря (див. Рис. 7), але для нас важливо знати різницю рівнів І між цими точками, так як на підйом локомотива з точки А в точку Б треба затратити роботу, залежну від величини Я. Різниця потенціалів між двома точками поля носить назву електричної напруги. Електрична напруга позначають буквою U (і). Воно чисельно дорівнює відношенню роботи W, яку потрібно затратити на переміщення позитивного заряду q з однієї точки поля в іншу, до цього заряду, т. Е.

U = W / q (2)

Отже, напруга U, чинне між різними точками електричного поля, характеризує запасені в цьому полі енергію, яка може бути віддана шляхом переміщення між цими точками електричних зарядів.
Електрична напруга – найважливіша електрична величина, що дозволяє обчислювати роботу і потужність, що розвивається при переміщенні зарядів в електричному полі. Одиницею електричної напруги служить вольт (В). У техніці напруга іноді вимірюють у тисячних частках вольта – мілівольтах (мВ) і мільйонних частках вольта – мікровольтах (мкВ). Для вимірювання високих напруг користуються більшими одиницями – кіловольт (кВ) – тисячами вольт.
Напруженість електричного поля при однорідному полі являє собою відношення електричної напруги, що діє між двома точками поля, до відстані l між цими точками:

E = U / l (3)

Напруженість електричного поля вимірюють у вольтах на метр (В / м). При напруженості поля в 1 В / м на заряд в 1 Кл діє сила, рівна 1 Ньютону (1 Н). У деяких випадках застосовують більші одиниці вимірювання напруженості поля В / см (100 В / м) і В / мм (1000 В / м).

Посилання на основну публікацію