Elektrivälja põhiomadused ja selle omadused: intensiivsus, potentsiaal, induktsioon

Elektrivälja nimetatakse aineks, mis tagab selles olevate elektrilaengute vastastikmõju. Seda saab tekitada nii elektrilaeng kui ka muutuv magnetvoog. Esimesel juhul nimetatakse seda elektrostaatiliseks, teisel juhul - keeristeks. Ilma selle väljata ei saa tekkida elektrivoolu, kuid selleks, et teada saada, kuidas see tekib, tuleks end kurssi viia elektrivälja põhiomadustega.

Nähtuse olemus

Elektrivälja on silmadega võimatu näha: seda saab tuvastada selle mõjul laetud kehadele. Sellisel juhul ei nõua selline mõju potentsiaalsete kandjate otsest kontakti, vaid sellel on jõu iseloom. Seega tõmmatakse elektriseerunud juuksed teiste objektide poole.

Elektriväljade vaatlemine näitab, et need töötavad sarnaselt gravitatsiooniga. Seda kirjeldab Coulombi seadus, mis üldiselt näeb välja järgmine:

F = q₁ q₂ / 4 π ε ε₀ r²,

kus q₁ ja q₂ on laengute väärtused kulonides, ε on keskkonna dielektriline konstant, ε₀ on elektrikonstant, võrdne 8,854 * 10⁻¹² F / m, r on laengute vaheline kaugus meetrites ja F on jõud, millega laengud interakteeruvad, njuutoneid.

Seega, mida kaugemal keskusest, seda vähem on välja mõju tunda.

Saate kuvada välja graafiliselt jõujoonte kujul. Nende asukoht sõltub kandja geomeetriast. Väljasid on kahte tüüpi:

1. Homogeenne, kui jõujooned on üksteisega paralleelsed. Ideaalne juhtum on lõpmatud paralleelselt laetud plaadid.
2. Ebahomogeenne, mille erijuhuks on väli punkt- või sfäärilise laengu ümber; selle jõujooned lahknevad radiaalselt keskpunktist, kui see on positiivne, ja keskpunkti, kui see on negatiivne.

Elektrilaengu poolt indutseeritud elektrivälja jõujooned ei ole suletud. Need on suletud ainult keerisväljas, mis tekib muutuva magnetvoo ümber.

Need on elektrivälja põhiomadused. Selle omadustega tutvumiseks tasub kaaluda lihtsaimat võimalust - elektrostaatilist, mille moodustavad pidevad ja statsionaarsed laengud. Mugavuse huvides on need punktitaolised, nii et nende kontuurid ei muudaks arvutusi keeruliseks. Testlaeng, mis samuti tulevikus ilmub, saab olema samuti punktitaoline ja lõpmata väike.

Peamised omadused

Neid saab kirjeldada matemaatiliste mustrite abil ja mõnda saab väljendada graafiliselt. Viimased karakteristikud on vektorid, st neil on suund. See on oluline, kuna praktiliste ülesannete lahendamisel on sageli vaja opereerida mitte suuruse suuruse, vaid vektori projektsiooniga mõnele valitud teljele.

Välja peamised parameetrid on:

1. pinge;
2. potentsiaal;
3. induktsioon.

Välja tugevus

See on elektrivälja tugevusomadus. Suurus on vektor ja see iseloomustab jõudu, millega väli teatud punktis laengule mõjub. Matemaatiliselt väljendatakse seda järgmiselt:

Ē = F̄ / q.

Kui asendame siinse Coulombi seaduse valemi, saame:

Ē = q₀ / 4 π ε ε₀ r².

Seega on välja igas punktis selle tugevus erinev ja see sõltub selle tekitatavast laengust, keskkonnatingimustest ja väärtusest, mis on pöördvõrdeline punkti kauguse ruuduga.

Kui välja tekitavad kaks laengut, siis arvutatakse saadud tugevus graafiliselt – iga üksiku allika tugevusvektorite liitmise teel. Seda meetodit nimetatakse superpositsiooni põhimõtteks.

Potentsiaalid ja nende erinevus

Elektriväli on võimeline tööd tegema. Kui proovitasu põllul liigutada, siis töö tehtud meili teel. välja, sõltub esialgsest ja lõplikust kaugusest testtasu ja meili keskpunkti vahel. väljad. Seda võib võrrelda inimesega, kes hakkab katuselt alla hüppama. Kui ta on kümnenda korruse kõrgusel, on tema potentsiaalne energia võrdne:

W = -GMm/Rr.

Või kui võtta arvesse maa ja inimese proportsionaalsust:

W = mgh.

Kuni inimene pole hüpanud, on tal potentsiaalne energia. Kui see lõpuks langeb, teeb gravitatsiooniväli tööd, mis on arvuliselt võrdne ülaltoodud väärtusega. Siin ei võeta arvesse horisontaalset liikumist – selle töö tegi lahkunu ise.

Elektriväli toimib sarnaselt. Sellesse asetatud testlaengul q₁ on potentsiaalne energia:

W = q₁ q₀ / 4 π ε ε₀ r.

Liikudes teise punkti, kui kaugus r on erinev, teostab väli tööd, mis on võrdne:

A = W1 - W2 = q₁ q₀ / 4 π ε ε₀ r₁ - q₁ q₀ / 4 π ε ε₀ r₂.

Kui valime mõlema termini hulgast parameetri, mis viitab otse väljale, mitte testtasule, näeb see välja järgmine:

φ₁ = q₀ / 4 π ε ε₀ r₁; φ₂ = q₀ / 4 π ε ε₀ r₂.

Ja seda φ nimetatakse väljapotentsiaaliks punktis. Kõigi ülaltoodud valemite põhjal saate seda väärtust väljendada järgmiselt:

φ ₁ = W₁ / q₁; φ₂ = W₂ / q₁.

Seega väljendub valdkonna tehtav töö järgmiselt:

A = W₁ - W₂ = φ₁ q₁ - φ₂ q₁ = q₁ (φ₁ - φ₂).

Sulgudes olevat avaldist nimetatakse potentsiaalide erinevuseks või pingeks. See näitab, millist tööd väli katselaengu liigutamiseks teeb.

A / q = (φ₁ - φ₂).

Selle väärtuse ühik J / Kl sai teadlase Alessandro Volta auks nimeks Volt. Sellest ühikust mõõdetakse teiste elektrostaatika ja elektrodünaamika suuruste mõõtmeid. Näiteks mõõdetakse väljatugevust V / m.

Elektriline induktsioon

See väärtus iseloomustab elektrivälja, nagu öeldakse, puhtal kujul. Tegelikkuses on meil tegemist teatud dielektrilise konstandiga väljaga erinevates meediumites. Hoolimata asjaolust, et enamiku ainete puhul on see tabeliväärtus, on see mõnel juhul ebastabiilne ja selle sõltuvus keskkonnaparameetritest (temperatuur, niiskus jne) ) on mittelineaarne.

See nähtus on tüüpiline Rochelle'i soolale, baariumtitanaadile, liitiumniobaadile ja paljudele teistele.

Elektrilist induktsiooni mõõdetakse ühikutes C / m2 ja selle väärtust väljendatakse järgmise valemiga:

D = ε ε₀ E.

See on ka vektorsuurus, mille suund langeb kokku pinge suunaga.

Staatiline ja keerisväli

Nagu selle artikli alguses mainitud, võib vahelduva magnetvälja ümber tekkida elektriväli. See loob isegi voolu, mida saab saavutada kahel viisil:

• selles oleva juhi kontuuri läbiva magnetvälja intensiivsuse muutus;
• muutes juhi enda asendit.

Sel juhul ei pea juht olema üldse suletud - vool selles ikka voolab.

Staatilise ja keerisevälja erinevuste illustreerimiseks võib koostada tabeli.

Parameeter	Elektrostaatiline	Vortex
väljajoone kuju	avatud	suletud
mis on loodud	statsionaarne laeng	muutuv magnetvoog
pinge allikas	tasu	puudub
suletud ahela liikumistöö	null	tekitab induktsiooni EMF-i

See ei tähenda, et esimene ja teine ​​väli pole kuidagi seotud. See ei ole tõsi. Tegelikkuses töötab järgmine muster: statsionaarne laeng tekitab elektrostaatilise välja, mis liigutab laengut juhis; liikuv laeng tekitab konstantse magnetvälja. Kui laeng liigub muutuva kiiruse ja suunaga, muutub magnetväli muutuvaks ja tekitab sekundaarse elektrilise. Seega mõjutavad elektriväli ja selle omadused magnetvälja tekkimise võimalust ja selle parameetreid.