Что такое электрическое поле?
Подвесим на нити заряженную гильзу и поднесем к ней наэлектризованную стеклянную палочку. Даже при отсутствии непосредственного контакта гильза на нити отклоняется от вертикального положения, притягиваясь к палочке (рис. 13).
Заряженные тела, как видим, способны взаимодействовать друг с другом на расстоянии. Как при этом передается действие от одного из этих тел к другому? Может быть, все дело в воздухе, находящемся между ними? Выясним это на опыте.
Поместим заряженный электроскоп (с вынутыми стеклами) под колокол воздушного насоса, после чего выкачаем из-под него воздух. Мы увидим, что и в безвоздушном пространстве листочки электроскопа по-прежнему будут отталкиваться друг от друга (рис. 14). Значит, в передаче электрического взаимодействия воздух не участвует. Тогда посредством чего все-таки осуществляется взаимодействие заряженных тел? Ответ на этот вопрос дали в своих работах английские ученые М. Фарадей (1791-1867) и Дж. Максвелл (1831-1879).
Согласно учению Фарадея и Максвелла, пространство, окружающее заряженное тело, отличается от пространства, находящегося вокруг ненаэлектризованных тел. Вокруг заряженных тел существует электрическое поле. С помощью этого поля и осуществляется электрическое взаимодействие.
Электрическое поле представляет собой особый вид материи, отличающийся от вещества и существующий вокруг любых заряженных тел.
Ни увидеть его, ни потрогать невозможно. О существовании электрического поля можно судить лишь по его действиям.
Основные свойства электрического поля
Простые опыты позволяют установить основные свойства электрического поля .
1. Электрическое поле заряженного тела действует с некоторой силой на всякое другое заряженное тело, оказавшееся в этом поле .
Об этом свидетельствуют все опыты по взаимодействию заряженных тел. Так, например, заряженная гильза, оказавшаяся в электрическом поле наэлектризованной палочки (см. рис. 13), подверглась действию силы притяжения к ней.
2. Вблизи заряженных тел создаваемое ими поле сильнее, а вдали слабее .
Чтобы убедиться в этом, снова обратимся к опыту с заряженной гильзой (см. рис. 13). Начнем приближать подставку с гильзой к заряженной палочке. Мы увидим, что по мере приближения гильзы к палочке угол отклонения нити от вертикали будет становиться все больше и больше (рис. 15). Увеличение этого угла свидетельствует о том, что, чем ближе гильза к источнику электрического поля (наэлектризованной палочке), тем с большей силой действует на нее это поле. Это и означает, что вблизи заряженного тела создаваемое им поле сильнее, чем вдали.
Следует иметь в виду, что не только заряженная палочка своим электрическим полем действует на заряженную гильзу, но и гильза, в свою очередь, своим электрическим полем действует на палочку. В таком взаимном действии друг на друга и проявляется электрическое взаимодействие заряженных тел.
Электрическое поле проявляется и в опытах с диэлектриками. Когда диэлектрик оказывается в электрическом поле, положительно заряженные части его молекул (атомные ядра) под действием поля смещаются в одну сторону, а отрицательно заряженные части (электроны) - в другую сторону. Это явление называют поляризацией диэлектрика . Именно поляризацией объясняются простейшие опыты по притяжению наэлектризованным телом легких кусочков бумаги. Эти кусочки в целом нейтральны. Однако в электрическом поле наэлектризованного тела (например, стеклянной палочки) они поляризуются. На той поверхности кусочка, что ближе к палочке, появляется заряд, противоположный по знаку заряду палочки. Взаимодействие с ним и приводит к притяжению кусочков бумаги к наэлектризованному телу.
Электрическая сила
Силу, с которой электрическое поле действует на заряженное тело (или частицу), называют электрической силой :
Fэл - электрическая сила.
Под действием этой силы частица, оказавшаяся в электрическом поле, приобретает ускорение а , которое можно определить с помощью второго закона Ньютона:
где m - масса данной частицы.
Со времен Фарадея для графического изображения электрического поля принято использовать силовые линии .
Силовые линии электрического поля - это линии, указывающие направление силы, действующей в этом поле на помещаемую в него положительно заряженную частицу. Силовые линии поля, создаваемого положительно заряженным телом, показаны на рисунке 16, а. На рисунке 16, б изображены силовые линии поля, создаваемого отрицательно заряженным телом.
Подобную картину можно наблюдать с помощью простого устройства, называемого электрическим султаном . Сообщив ему заряд, мы увидим, как все его бумажные полоски разойдутся в разные стороны и расположатся вдоль силовых линий электрического поля (рис. 17).
Когда заряженная частица попадает в электрическое поле, ее скорость в этом поле может как увеличиться, так и уменьшиться. Если заряд частицы q>0, то при движении вдоль силовых линий она будет разгоняться, а при движении в противоположном направлении тормозить. Если же заряд частицы q<0, то все будет наоборот ее скорость будет уменьшаться при движении в направлении силовых линий и увеличиваться при движении в противоположном направлении.
Это интересно знать
Из сегодняшней темы об электрическом поле мы с вами узнали, что оно существует в пространстве, которое находится вокруг электрического заряда.
Давайте посмотрим, как с помощью силовых линий, имеющих направление можно изобразить это электрическое поле с помощью графиков:
Вам, наверное, будет интересно узнать, что в нашей атмосфере функционируют различной силы электрические поля. Если рассматривать электрическое поле с точки зрения вселенной, то обычно Земля имеет отрицательный заряд, а вот низ облаков положительный. А такие заряженные частицы, как ионы, содержаться в воздухе и его содержание меняется в зависимости от различных факторов. Эти факторы зависят, как от времени года, так и от метеоусловий и частоты атмосферы.
А так как атмосфера пронизана этими частицами, которые находясь в непрерывном движении и которым свойственны изменения то на положительные, то на отрицательные ионы, имеют свойство влиять на самочувствие и здоровье человека. А самое интересное то, что большое преобладание положительных ионов в атмосфере способны вызывать неприятные ощущения в нашем организме.
Биологическое действие электромагнитного поля
А сейчас давайте с вами поговорим о биологическом действии ЭМП на здоровье человека и его влияние на живые организмы. Оказывается, что живые организмы, которые находятся в зоне воздействия электромагнитного поля, подвержены сильным факторам его влияния.
Негативно сказывается на здоровье и самочувствии человека его длительное пребывание в области электромагнитного поля. Так, например, у человека с аллергическими заболеваниями, такое воздействие ЭМП может вызвать приступ эпилепсии. А в случае пребывания человека в электромагнитном поле более длительного времени, могут развиться заболевания не только сердечнососудистой и нервной системы, но и вызвать онкологические заболевания.
Ученые доказали, что там, где имеется сильное действие электрического поля, можно наблюдать изменения поведения и у насекомых. Это негативное воздействие может проявляться в виде агрессии, беспокойства и снижения работоспособности.
Под таким воздействием аномальное развитие можно наблюдать и среди растений. Под влиянием электромагнитного поля у растений могут измениться размеры, его форма и количество лепестков.
Интересные факты, связанные с электричеством
Открытия в области электричества является одним из важнейших достижений человека, ведь современную жизнь без этого открытия сейчас даже трудно представить.
А известно ли вам, что в некоторых районах Африки и Южной Америки есть селения, где электричество отсутствует до сих пор. И знаете, как люди выходят из этого положения? Оказывается, они освещают свои жилища с помощью таких насекомых, как светлячки. Они наполняют стеклянные банки этими насекомыми и с помощью светлячков получают свет.
Знаете ли вы, о способности пчел во время полета накапливать положительный заряд электричества? А вот у цветов электрический заряд отрицательный и благодаря этому их пыльца сама притягивается на тело пчелы. Но самое интересное, что поле такого контакта пчелы с цветком, у растения меняется электрическое поле и как бы дает сигнал другим пчелиным особям об уже отсутствии пыльцы на этом растении.
А вот в мире рыб, самыми известными электрическими охотниками, являются скаты. Чтобы обезвредить свою жертву, скат при помощи электрических разрядов парализует ее.
Известно ли вам, что самым сильным электрическим разрядом обладают электрические угри. Эти пресноводные рыбы обладают напряжение тока при разряде которого он может достигать 800 В.
Домашнее задание
1. Что такое электрическое поле?
2. Чем отличается поле от вещества?
3. Перечислите основные свойства электрического поля.
4. Что указывают силовые линии электрического поля?
5. Как находится ускорение заряженной частицы, движущейся в электрическом поле?
6. В каком случае электрическое поле увеличивает скорость частицы и в каком уменьшает ее?
7. Почему нейтральные кусочки бумаги притягиваются к наэлектризованному телу?
8. Объясните, почему после сообщения электрическому султану заряда его бумажные полоски расходятся в разные стороны.
Экспериментальное задание.
Наэлектризуйте о волосы расческу, после чего коснитесь ею маленького кусочка ваты (пушинки). Что при этом произойдет с ватой? Стряхните пушинку с расчески и, когда она окажется в воздухе, заставьте ее парить на одной и той же высоте, подставляя снизу на некотором расстоянии наэлектризованную расческу. Почему пушинка перестает падать? Что будет удерживать ее в воздухе?
С.В. Громов, И.А. Родина, Физика 9 класс
Вокруг заряда или заряженного тела в пространстве возникает электрическое поле. В этом поле на любой заряд действует электростатическая сила Кулона. Полем называется форма материи, передающая силовые взаимодействия между макроскопическими телами или частицами, входящими в состав вещества. В электростатическом поле осуществляется силовое взаимодействие заряженных тел. Электростатическое поле - стационарное электрическое поле, является частным случаем электрического поля, созданного неподвижными зарядами.
Электрическое поле характеризуется в каждой точке пространства двумя характеристиками: силовой - вектором электрической напряженности и энергетической – потенциалом , являющимся скалярной величиной. Напряженностью данной точки электрического поля называется векторная физическая величина, численно равная и совпадающая по направлению с силой , действующей со стороны поля на единичный положительный заряд , помещенный в рассматриваемую точку поля:
Силовой линией электрического поля называется линия, касательные к которой в каждой точке определяют направления векторов напряженности соответствующих точек электрического поля. Число 0силовых линий, проходящих через единицу площади, нормальной к этим линиям, численно равно величине вектора напряженности электрического поля в центре этой площади. Линии напряженности электростатического поля начинаются на положительном заряде и уходят в бесконечность для поля, создаваемого этим зарядом. Для поля создаваемого отрицательным зарядом, силовые линии приходят из бесконечности к заряду.
Потенциалом электростатического поля в данной точке называется скалярная величина, численно равная потенциальной энергии единичного положительного заряда, помещенного данную точку поля:
Работа, которая совершается силами электростатического поля при пе0ремещении точечного электрического заряда , равна произведению этого заряда на разность потенциалов между начальной и конечной точками пути:
где и - потенциалы начальной и конечной точек поля при перемещении заряда.
Напряженность связана с потенциалом электростатического поля соотношением:
Градиент потенциала, указывает направление наиболее быстрого изменения потенциала при перемещении в направлении, перпендикулярном к поверхности равного потенциала.
Напряженность поля численно равна изменению потенциала на единицу длины , отсчитанному в направлении, перпендикулярном к поверхности равного потенциала, и направлена в сторону его убывания (знак минус):
Геометрическое место точек электрического поля, потенциалы которых одинаковы, называется эквипотенциальной поверхностью или поверхностью равного потенциала. Вектор напряженности каждой точки электрического поля нормален к эквипотенциальной поверхности, проведенной через эту точку. На рис. 1 графически изображено электрическое поле, образованное положительным точечным зарядом и отрицательно заряженной плоскостью Р .
Сплошные линии эквипотенциальные поверхности с потенциалами , , и т.д., пунктирные липни - силовые линии поля, их направление показано стрелкой.
что позволяет утверждать что вокруг заряженного тела существует электрическое поле?
- Наличие электромагнитного напряжения и вихревых полей.
- действие электрического поля на заряд.
простой опыт:
1.берёшь деревянную палочку привязываешь к ней шёлковой нитью гильзу, сделанную из блестящей шоколадной обвертки.
2. ручку трешь о волосы или шерсть
3. подносишь ручку к гильзе-гильза отклонится
это и позволяет утверждать, что вокруг заряженного тела (в данном случае ручки, существует электрическое поле))) - ктонибудь помогите задачу решить
http://otvet.mail.ru/question/94520561 - в учебнике всё есть)
- Ссылка (electrono.ru Напряженность электрического поля, электрическое. .)
- В пространстве вокруг электрически заряженного тела существует электрическое поле, представляющее собой один из видов материи. Электрическое поле обладает запасом электрической энергии, которая проявляется в виде электрических сил, действующих на находящиеся в поле заряженные тела.
Электрическое поле условно изображают в виде электрических силовых линий, которые показывают направления действия электрических сил, создаваемых электрическим полем.
Электрические силовые линии расходятся в разные стороны от положительно заряженных тел и сходятся у тел, обладающих отрицательным зарядом. Поле, созданное двумя плоскими разноименно заряженными параллельными пластинами, называется однородным.
Электрическое поле можно сделать видимым, если поместить в него взвешенные в жидком масле частички гипса: они поворачиваются вдоль поля, располагаясь по его силовым линиям. Однородное поле - это электрическое поле, в котором напряжённость одинакова по модулю и направлению во всех точках пространства.Википедия: Для количественного определения электрического поля вводится силовая характеристика - напряжённость электрического поля - векторная физическая величина, равная отношению силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд, помещённый в данную точку пространства, к величине этого заряда. Направление вектора напряженности совпадает в каждой точке пространства с направлением силы, действующей на положительный пробный заряд.
Приблизительно однородным является поле между двумя разноимённо заряженными плоскими металлическими пластинами. В однородном электрическом поле линии напряжённости направлены параллельно друг другу. - Зарядись и высыпи на себя пух из подушки. Очень всё будет наглядно.
- Если поднести к первому электрически заряженному предмету другой, тоже эл. заряженный предмет, то можно увидеть их взаимодействие, что и доказывает существование электрического поля.
- Позволяют считать законы физики
- Электрическое поле - особая форма материи, существующая вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом, а также в свободном виде в электромагнитных волнах. Электрическое поле непосредственно невидимо, но может наблюдаться по его действию и с помощью приборов. Основным действием электрического поля является ускорение тел или частиц, обладающих электрическим зарядом.
Электрическое поле можно рассматривать как математическую модель, описывающую значение величины напряженности электрического поля в данной точке пространства. Дуглас Джанколи писал так: «Следует подчеркнуть, что поле не является некой разновидностью вещества; правильнее сказать, это чрезвычайно полезная концепция… Вопрос о «реальности» и существовании электрического поля на самом деле - это философский, скорее даже метафизический вопрос. В физике представление о поле оказалось чрезвычайно полезным - это одно из величайших достижений человеческого разума».
Электрическое поле является одной из составляющих единого электромагнитного поля и проявлением электромагнитного взаимодействия.
Физические свойства электрического поля
В настоящее время наука ещё не достигла понимания физической сущности таких полей, как электрическое, магнитное и гравитационное, а также их взаимодействия друг с другом. Пока еще только описаны результаты их механического воздействия на заряженные тела, а также существует теория электромагнитной волны, описываемая Уравнениями Максвелла.Эффект поля - Эффект поля заключается в том, что при воздействии электрического поля на поверхность электропроводящей среды в её приповерхностном слое изменяется концентрация свободных носителей заряда. Этот эффект лежит в основе работы полевых транзисторов.
Основным действием электрического поля является силовое воздействие на неподвижные (относительно наблюдателя) электрически заряженные тела или частицы. Если заряженное тело фиксировано в пространстве, то оно под действием силы не ускоряется. На движущиеся заряды силовое воздействие оказывает и магнитное поле (вторая составляюшая силы Лоренца) .
Наблюдение электрического поля в быту
Для того, чтобы создать электрическое поле, необходимо создать электрический заряд. Натрите какой-нибудь диэлектрик о шерсть или что-нибудь подобное, например, пластиковую ручку о собственные волосы. На ручке создастся заряд, а вокруг - электрическое поле. Заряженная ручка будет притягивать к себе мелкие обрывки бумаги. Если натирать о шерсть предмет бо’льшей ширины, например, резиновую ленту, то в темноте можно будет видеть мелкие искры, возникающие вследствие электрических разрядов.Электрическое поле часто возникает возле телевизионного экрана при включении или выключении телеприёмника. Это поле можно почувствовать по его действию на волоски на руках или лице.
Как известно, характерная особенность проводников заключается в том, что в них всегда имеется большое количество подвижных носителей зарядов, т. е. свободных электронов или ионов.
Внутри проводника эти носители зарядов, вообще говоря, движутся хаотически. Однако если в проводнике есть электрическое поле, то на хаотическое движение носителей накладывается их упорядоченное перемещение в сторону действия электрических сил. Это направленное перемещение подвижных носителей зарядов в проводнике под действием поля всегда происходит так, что поле внутри проводника ослабляется. Поскольку число подвижных носителей зарядов в проводнике велико металла содержится порядка свободных электронов), их перемещение под действием поля происходит до тех пор, пока поле внутри проводника не исчезнет совсем. Выясним подробнее, как это происходит.
Пусть металлический проводник, состоящий из двух плотно прижатых друг к другу частей, помещен во внешнее электрическое поле Е (рис. 15.13). На свободные электроны в этом проводнике действуют силы поля направленные влево, т. е. противоположно вектору напряженности поля. (Объясните, почему.) В результате смещения электронов под действием этих сил на правом конце проводника возникает избыток положительных зарядов, а на левом - избыток электронов. Поэтому между концами проводника возникает внутреннее поле (поле смещенных зарядов), которое на рис. 15.13 изображено пунктирными линиями. Внутри
проводника это поле направлено навстречу внешнему и на каждый оставшийся внутри проводника свободный электрон действует с силой направленной вправо.
Сначала сила больше силы и их равнодействующая направлена влево. Поэтому электроны внутри проводника продолжают смещаться влево, а внутреннее поле постепенно усиливается. Когда на левом конце проводника скопится достаточно много свободных электронов (они составляют все же ничтожную долю от их общего числа), сила сравняется с силой и их равнодействующая будет равна нулю. После этого оставшиеся внутри проводника свободные электроны будут двигаться уже только хаотически. Это и означает, что напряженность поля внутри проводника равна нулю, т. е. что поле внутри проводника исчезло.
Итак, когда проводник попадает в электрическое поле, то он электризуется так, что на одном его конце возникает положительный заряд, а на другом - такой же по величине отрицательный заряд. Такая электризация называется электростатической индукцией или электризацией влиянием. Отметим, что в этом случае перераспределяются только собственные заряды проводника. Поэтому, если такой проводник удалить из поля, его положительные и отрицательные заряды вновь равномерно распределятся по всему объему проводника и все его части станут электрически нейтральными.
Легко убедиться, что на противоположных концах проводника, наэлектризованного влиянием, действительно имеются равные количества зарядов противоположного знака. Разделим этот проводник на две части (рис. 15.13) и затем удалим их из поля. Соединив каждую из частей проводника с отдельным электроскопом, мы убедимся, что они заряжены. (Подумайте, как можно показать, что эти заряды имеют противоположные знаки.) Если снова соединить обе части так, чтобы они составляли один проводник, то мы обнаружим, что заряды нейтрализуются. Значит, до соединения заряды на обеих частях проводника были одинаковы по величине и противоположны по знаку.
Время, в течение которого происходит электризация проводника влиянием, настолько мало, что равновесие зарядов на проводнике возникает практически мгновенно. При этом напряженность, а значит, и разность потенциалов внутри проводника всюду становятся равными нулю. Тогда для любых двух точек внутри проводника справедливо соотношение
Следовательно, при равновесии зарядов на проводнике потенциал всех его точек одинаков. Это относится и к проводнику, наэлектризованному соприкосновением с заряженным телом. Возьмем проводящий шар и поместим в точку М на его поверхности заряд (рис. 15.14). Тогда в проводнике на короткое время возникает поле, а в точке М - избыток заряда. Под действием сил этого поля
заряд равномерно распределяется по всей поверхности шара, что приводит к исчезновению поля внутри проводника.
Итак, независимо от того, каким способом наэлектризован проводник, при равновесии зарядов поля внутри проводника нет, а потенциал всех точек проводника одинаков (как внутри, так и на поверхности проводника). В то же время поле вне наэлектризованного проводника, конечно, существует, а его линии напряженности нормальны (перпендикулярны) к поверхности проводника. Это видно из следующих рассуждений. Если бы линия напряженности была где-либо наклонна к поверхности проводника (рис. 15.15), то силу действующую на заряд в этой точке поверхности, можно было разложить на составляющие Тогда под действием силы направленной вдоль поверхности, заряды двигались бы по поверхности проводника, чего при равновесии зарядов не должно быть. Следовательно, при равновесии зарядов на проводнике его поверхность является эквипотенциальной поверхностью.
Если поле внутри заряженного проводника отсутствует, то объемная плотность зарядов в нем (количество электричества в единице объема) всюду должна равняться нулю.
Действительно, если бы в каком-либо малом объеме проводника находился заряд то вокруг этого объема существовало бы электрическое поле.
В теории поля доказано, что при равновесии весь избыточный заряд наэлектризованного проводника расположен на его поверхности. Это означает, что всю внутреннюю часть этого проводника можно удалить и в расположении зарядов на его поверхности ничего не изменится. Например, если одинаково наэлектризовать два равных по размерам уединенных металлических шара, один из которых сплошной, а другой полый, то поля вокруг шаров будут одинаковы. На опыте это впервые доказал М. Фарадей.
Итак, если полый проводник поместить в электрическое поле или наэлектризовать соприкосновением с заряженным телом, то
при равновесии зарядов поле внутри полости существовать не будет. На этом основана электростатическая защита. Если какой-либо прибор поместить в металлический футляр, то внешние электрические поля проникать внутрь футляра не будут, т. е. работа и показания такого прибора не будут зависеть от наличия и изменения внешних электрических полей.
Выясним теперь, как располагаются заряды по внешней поверхности проводника. Возьмем металлическую сетку на двух изолирующих ручках, к которой приклеены бумажные листочки (рис. 15.16). Если зарядить сетку и затем растянуть ее (рис. 15.16, а), то листочки с обеих сторон сетки разойдутся. Если же согнуть сетку кольцом, то отклоняются только листочки с внешней стороны сетки (рис. 15.16, б). Придавая сетке различный изгиб, можно убедиться, что заряды располагаются только на выпуклой стороне поверхности, причем в тех местах, где поверхность больше искривлена (меньше радиус кривизны), скапливается больше зарядов.
Итак, заряд распределяется равномерно только по поверхности проводника сферической формы. При произвольной форме проводника поверхностная плотность зарядов а, а значит, и напряженность поля вблизи поверхности проводника больше там, где больше кривизна поверхности. Особенно велика плотность зарядов на выступах и на остриях проводника (рис. 15.17). В этом можно убедиться, касаясь пробником различных точек наэлектризованного проводника, а затем электроскопа. Наэлектризованный проводник, имеющий заострения или снабженный острием, быстро теряет свой заряд. Поэтому проводник, на котором заряд необходимо сохранять долгое время, не должен иметь заострений.
(Подумайте, почему стержень электроскопа заканчивается шариком.)
