Електрично поле
от Уикипедия, свободната енциклопедия
Тази статия се нуждае от подобрение.
Всички тела се състоят от голям брой градивни частици - атоми и молекули. Молекулите от своя страна са съставени от два или повече атома. Всеки атом има положително заредено ядро около което се движат отрицателно заредените електрони.
Атомите могат да се разглеждат като носители на електрични заряди. Колкото положителни заряди има в един атом, толкова са и отрицателните. Атомите като цяло са електронеутрални.
Когато се разхождаме по пода, който е покрит с мокет и след това докоснем металната дръжка на вратата често прескача малка искра. Ако натрием гребен или химикалка с парче кожа, виждаме как започват да привличат малки късчета хартия - казваме че са наелектризирани. Част от електроните от коженото парче са отишли в гребена (или химикалката). По този начин върху гребена има повече електрони - той се наелектризира отрицателно, а върху кожата има по-малко електрони - тя се наелектризира положително.
Светкавиците се дължат на бързото преминаване на електрични заряди от един облак към друг или от облак към земята.
[редактиране] Регистриране на заряди
Съществуват различни устройства, с които от едно тяло може да се отнемат електрони и да се придадат на друго. Такива устройства са електростатичната машина. Дали едно тяло е наелектризирано може да установим с електроскоп.
[редактиране] Единица за измерване на електричен заряд
Единицата за измерване на електричен заряд се кулон, в чест на френския физик Шарл Кулон (Charles Coulomb). Отбелязва се с буквата "C". Например: Q = 1C, означава зарядът Q е един Кулон. Когато гребенът се наелктризира, неговият заряд е около 10-6 Кулона.
[редактиране] Електричен ток
Електричен ток - движение на заряди. Във всички случай, когато електрични заряди се преместват в пространството, казваме че протича електричен ток. В зависимост от това колко заряди преминават за единица време през определено сечение, силата на тока е различна. Силата на тока се бележи с I. Може да кажем:
I = Q/Δt
Силата на тока I е равна на заряда Q, преминал за единица време Δt през напречното сечение на проводника. Единицата за сила на тока се нарича ампер, пак в чест на друг френски физик - Ампер (Ampere). Токът е един ампер тогава, когато за една секунда през напречното сечение на проводника преминава заряд един кулон.
[редактиране] Каква сила действа между електричните заряди
Да закачим две леки кухи метални сфери с конец за статив. Първоначално те са допрени една до друга. Да ги наелектризираме едноименно. Това може да стане с помощта на генератора на ван де Грааф, с електростатична машина или с наелектризирана пръчка (обикновено се използват ебонитови пръчки). Същият опит може да се направи с малки топчета от алуминиево фолио и гребен. След наелектризиране между топчетата започват да действат сили на отблъскване.
Ако зарядите са разноименни, между тях действат сили на привличане. В течение на дълги години Шарл Кулон е провеждал опити с т.нар. "Кулонова везна" и е стигнал до извод, който носи неговото име - закон на Кулон.Смисълът му е:
Силата, действаща между два електрични заряда е пропорционална на произведението им и обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях. Коефициентът на пропорционалност зависи от средата, в която се намират зарядите - не е едно и също дали те се намират във вакуум или са потопени в машинно масло. За вакуум (и за въздух приблизително също).
Нещо важно: законът на Кулон е валиден за точкови заряди.
[редактиране] Определяне посоката на силата
Силата е записана като вектор. С други думи освен големина тя има посока и е приложена в определена точка.
Когато заредените телата са две, направлението на силата е по правата която свързва центровете на масите им. Посоката се определя в зависимост от знака на зарядите.
[редактиране] Онагледяване. Как може да установим каква е посоката на силата на различни места около заредено тяло?
Върху блокче от стиропор са забодени картонени стрелкички с карфици. Стрелкичките трябва да се въртят свободно, но да не падат върху стиропора. Когато постановката е близо до заредено тяло, стрелкичките се ориентират по посока на действащата сила.
Полето се онагледява посредством силови линии.
Във всяка една точка от полето електричната сила е допирателна към силовите линии.
[редактиране] Характеристики на електричното поле
Една от основните величини, която характеризира електростатичното поле се нарича интензитет. (Всъщност интензитетът характеризира не само полето, създадено от неподвижни заряди, а всяко електрично поле). Големината на интензитета в дадена точка може да се определи като в тази точка поставим положителен заряд q и видим каква сила му действа:
Интензитетът също е векторна величина. Единицата за интензитет е волт на метър - V/m. Да разгледаме електричното поле, създадено между плочите на кондензатор. Двете плочи да се наелектризират като се свържат с разноименните полюси на електростатична машина или с полюсите на високоволтов източник.
Между тях може да поставим стиропореното блокче със стрелкички и да наблюдаваме какво ще се случи при зареждане на плочите.
Между плочите силовите линии са успоредни - такова поле наричаме хомогенно. В краищата на кондензатора се наблюдава изкривяване на силовите линии - там полето е нехомогенно. Ако заредим метален цилиндър или цилиндър, направен от метална мрежа, то вътре в него интензитетът на полето ще бъде нула.
Приспособлението се нарича фарадеев кафез и се използва за екраниране от външни електрични полета.
[редактиране] Още нещо за полето
Често в дадена част от пространството има много заряди и всеки от тях създава поле с интензитет E1, E2, E3 и т.н. В дадена точка интензитетът е сума от интензитетите на отделните заряди:
С това се изразява принципът на суперпозицията.
[редактиране] Работа на електричните сили. Енергия на полето
Да внесем между плочите на кондензатора малък положителен заряд q. Върху него започва да действа сила F = qE и той се премества на разстояние d.
При преместването електричната сила извършва работа A = Fd = qEd. Зареждането на кондензатора е свързано с извършване на определена работа и той се превръща в нещо като резервоар на енергия или кондензатор на енергия - оттук идва и името му. Внасянето на заряда между плочите и придвижването му в посока, противоложна на електричната сила също е свързано с извършване на определена работа. Когато зарядът стигне до отрицателно заредената плоча, нейният заряд намалява - намалява и енергията на кондензатора - намалява с толкова, колкото е извършената работа. (Подобна е ситуацията, когато издигнем камък над земната повърхност. Ако сме го издигнали на височина h, това означава, че сме извършили работа A = Gh = mgh и камъкът има потенциална енергия Еp = mgh. При пускането му той се насочва към земната повърхност под влияние на гравитационното поле и гравитационната сила извършва работа A = Gh = mgh - потенциалната енергия на камъка се превръща в кинетична.)
При внасяне на заряда между плочите, той има потенциална енергия qEd. При движението му тя намалява и се превръща в кинетична. Може да кажем, че когато даден заряд е поставен в дадена точка от електрично поле с интензитет E, той притежава потенциална енергия Ep = qEd - т.е. той има възможност да извърши работа.
Разликата в потенциалите на положителната и отрицателната плоча на кондензатора се нарича "напрежение межу плочите на кондензатора". Напрежението и потенциалът са скаларни величини. Единицата, която се измерват се нарича волт, в чест на Алесандро Волта (A. Volta) - италиански физик.
Казахме, че полето между плочите на плоския кондензатор е хомогенно.
Тази статия се нуждае от подобрение.