Un campo elettrico è chiamato materia, che assicura l'interazione delle cariche elettriche in esso. Può essere generato sia da una carica elettrica che da un flusso magnetico variabile. Nel primo caso, si chiama elettrostatico, nel secondo - vortice. Senza questo campo, la corrente elettrica non può nascere, ma per sapere come nasce è necessario familiarizzare con le caratteristiche di base del campo elettrico.
Contenuto
- La natura del fenomeno
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Caratteristiche principali
- intensità di campo
- Potenziali e loro differenza
- Induzione elettrica
- Campo statico e vorticoso
La natura del fenomeno
È impossibile vedere il campo elettrico con gli occhi: può essere rilevato dalla sua azione sui corpi carichi. In questo caso, tale effetto non richiede il contatto diretto dei potenziali portatori, ma ha natura di forza. Pertanto, i capelli elettrizzati saranno attratti verso altri oggetti.
L'osservazione dei campi elettrici mostra che funzionano in modo simile a quelli gravitazionali. Questo è descritto dalla legge di Coulomb, che in generale si presenta così:
F = q₁ q₂ / 4 π ε ε₀ r²,
dove q₁ e q₂ sono i valori delle cariche in coulomb, è la costante dielettrica del mezzo, è la costante elettrica, pari a 8.854 * 10⁻¹² F / m, r è la distanza tra le cariche in metri, e F è la forza con cui interagiscono le cariche, in newton.
Quindi, più lontano dal centro, meno si sentirà l'effetto del campo.
È possibile visualizzare graficamente un campo sotto forma di linee di forza. La loro posizione dipenderà dalla geometria del supporto. Esistono due tipi di campi:
- Omogeneo quando le linee di forza sono parallele tra loro. Il caso ideale sono infinite piastre cariche parallele.
- Disomogeneo, un caso speciale del quale è il campo attorno a un punto o carica sferica; le sue linee di forza divergono radialmente dal centro se è positiva, e al centro se è negativa.
Le linee di forza del campo elettrico indotto dalla carica elettrica non sono chiuse. Sono chiusi solo nel campo di vortici, che si forma attorno al cambiamento del flusso magnetico.
Queste sono le proprietà di base di un campo elettrico. Per familiarizzare con le sue caratteristiche, vale la pena considerare l'opzione più semplice: l'elettrostatica, che è formata da cariche costanti e stazionarie. Per comodità, saranno puntiformi in modo che i loro contorni non complichino i calcoli. La carica di prova, che apparirà anche in futuro, sarà anch'essa puntiforme e infinitamente piccola.
Caratteristiche principali
Possono essere descritti utilizzando modelli matematici e alcuni possono essere espressi graficamente. Queste ultime caratteristiche sono vettoriali, cioè hanno una direzione. Questo è importante, poiché nella risoluzione di problemi pratici è spesso necessario operare non con la grandezza della grandezza, ma con la proiezione del vettore su qualche asse prescelto.
I parametri principali del campo sono:
- tensione;
- potenziale;
- induzione.
intensità di campo
Questa è la caratteristica di forza del campo elettrico. La grandezza è vettoriale, e caratterizza la forza con cui il campo agisce sulla carica in un determinato punto. Matematicamente, questo è espresso come segue:
= F̄ / q.
Se sostituiamo qui la formula della legge di Coulomb, otteniamo:
Ē = q₀ / 4 π ε ε₀ r ².
Quindi, in ogni punto del campo, la sua forza è diversa e dipende dalla carica che crea, dalle condizioni dell'ambiente e dal valore inversamente proporzionale al quadrato della distanza dal punto.
Se il campo viene creato da due cariche, la forza risultante viene calcolata graficamente, aggiungendo i vettori di forza da ogni singola fonte. Questo metodo è chiamato principio di sovrapposizione.
Potenziali e loro differenza
Un campo elettrico è in grado di fare lavoro. Se l'addebito di prova viene spostato sul campo, il lavoro svolto tramite e-mail. campo, dipenderà dalla distanza iniziale e finale dalla carica di prova al centro dell'e-mail. campi. Questo può essere paragonato a una persona che sta per saltare da un tetto. Mentre si trova all'altezza del decimo piano, la sua energia potenziale sarà pari a:
W = -GMm / Rr.
Oppure se teniamo conto della proporzionalità tra terra e uomo:
W = mgh.
Fino a quando una persona non salta, ha energia potenziale. Quando finalmente cadrà, il campo gravitazionale lavorerà, numericamente uguale al valore di cui sopra. Questo non tiene conto del movimento orizzontale: questo lavoro è stato svolto dal defunto stesso.
Un campo elettrico funziona in modo simile. La carica di prova q₁, posta al suo interno, ha energia potenziale:
W = q₁ q₀ / 4 π ε ε₀ r.
Quando ci si sposta in un altro punto, quando la distanza r è diversa, il campo eseguirà un lavoro pari a:
A = W₁ - W₂ = q₁ q₀ / 4 π ε ε₀ r₁ - q₁ q₀ / 4 π ε ε₀ r₂.
Se selezioniamo un parametro da entrambi i termini che si riferisce direttamente al campo, e non all'addebito di prova, apparirà così:
φ₁ = q₀ / 4 π ε ε₀ r₁; φ₂ = q₀ / 4 π ε ε₀ r₂.
E questo è chiamato potenziale di campo in un punto. Sulla base di tutte le formule scritte sopra, puoi esprimere questo valore come segue:
φ ₁ = W₁ / q₁; φ₂ = W₂ / q₁.
Pertanto, il lavoro che il campo farà sarà espresso come segue:
A = W₁ - W₂ = φ₁ q₁ - φ₂ q₁ = q₁ (φ₁ - φ₂).
L'espressione tra parentesi sarà chiamata differenza di potenziale o tensione. Mostra che tipo di lavoro farà il campo per spostare la carica di prova.
A / q = (φ₁ - φ₂).
L'unità di questo valore, J/Kl, è stata denominata Volt, in onore dello scienziato Alessandro Volta. La dimensione di altre grandezze in elettrostatica ed elettrodinamica viene misurata da questa unità. Ad esempio, l'intensità del campo viene misurata in V / m.
Induzione elettrica
Questo valore caratterizza il campo elettrico, come si dice, nella sua forma pura. In realtà si tratta di un campo in vari mezzi con una certa costante dielettrica. Nonostante per la maggior parte delle sostanze questo sia un valore tabulare, in alcuni casi è instabile e la sua dipendenza da parametri ambientali (temperatura, umidità, ecc.) ) non è lineare.
Questo fenomeno è tipico del sale di Rochelle, del titanato di bario, del niobato di litio e di molti altri.
L'induzione elettrica si misura in C/m2 e il suo valore è espresso dalla formula:
D = ε ε₀ E.
Anche questa è una grandezza vettoriale, la cui direzione coincide con la direzione della tensione.
Campo statico e vorticoso
Come accennato all'inizio di questo articolo, un campo elettrico può verificarsi attorno a un campo magnetico alternato. Crea persino una corrente, che può essere ottenuta in due modi:
- un cambiamento nell'intensità del campo magnetico che passa attraverso il contorno del conduttore in esso;
- cambiando la posizione del conduttore stesso.
In questo caso, il conduttore non deve essere affatto chiuso: la corrente al suo interno continuerà a fluire.
Per illustrare le differenze tra campi statici e vortici si può stilare una tabella.
| Parametro | elettrostatico | Vortice |
| forma della linea di campo | aprire | Chiuso |
| cosa viene creato | carica stazionaria | flusso magnetico variabile |
| fonte di tensione | carica | assente |
| lavoro di movimento ad anello chiuso | zero | crea EMF di induzione |
Questo non vuol dire che il primo e il secondo campo non siano collegati in alcun modo. Questo non è vero. In realtà funziona il seguente schema: una carica stazionaria crea un campo elettrostatico che muove la carica nel conduttore; una carica in movimento genera un campo magnetico costante. Se la carica si muove con velocità e direzione variabili, allora il campo magnetico diventa variabile e ne crea uno elettrico secondario. Pertanto, il campo elettrico e le sue caratteristiche influenzano la possibilità del verificarsi di un campo magnetico e dei suoi parametri.
