Ciri-ciri medan elektrik

Artikel ini menerangkan ciri utama medan elektrik: potensi, voltan dan keamatan.

Apakah medan elektrik

Untuk mencipta medan elektrik, perlu mencipta cas elektrik. Sifat-sifat ruang di sekeliling cas (badan bercas) berbeza daripada sifat ruang yang tiada cas. Pada masa yang sama, sifat-sifat ruang, apabila cas elektrik dimasukkan ke dalamnya, tidak berubah serta-merta: perubahan bermula dari cas dan merebak dengan kelajuan tertentu dari satu titik di angkasa ke yang lain.

Dalam ruang yang mengandungi cas, daya mekanikal yang bertindak pada cas lain yang dimasukkan ke dalam ruang itu ditunjukkan. Daya-daya ini bukanlah hasil daripada tindakan langsung satu cas pada yang lain, tetapi tindakan melalui medium yang diubah secara kualitatif.

Ruang di sekeliling cas elektrik, di mana daya yang bertindak ke atas cas elektrik yang dimasukkan ke dalamnya ditunjukkan, dipanggil medan elektrik.

Satu cas dalam medan elektrik bergerak mengikut arah daya yang bertindak ke atasnya dari sisi medan.Keadaan rehat cas sedemikian hanya mungkin apabila beberapa daya luaran (luaran) dikenakan pada cas yang mengimbangi kekuatan medan elektrik.

Sebaik sahaja keseimbangan antara daya luar dan kekuatan medan terganggu, cas mula bergerak semula. Arah pergerakannya sentiasa bertepatan dengan arah daya yang lebih besar.

Untuk kejelasan, medan elektrik biasanya diwakili oleh apa yang dipanggil garis medan elektrik. Garisan ini bertepatan dengan arah daya yang bertindak dalam medan elektrik. Pada masa yang sama, ia telah dipersetujui untuk melukis begitu banyak garisan sehingga bilangannya bagi setiap 1 cm2 kawasan yang dipasang berserenjang dengan garisan adalah berkadar dengan kekuatan medan pada titik yang sepadan.

Arah medan biasanya diambil sebagai arah kekuatan medan yang bertindak pada cas positif yang diletakkan dalam medan tertentu. Caj positif ditolak oleh caj positif dan tertarik kepada caj negatif. Oleh itu, medan diarahkan daripada caj positif kepada negatif.

Arah garisan daya ditunjukkan dalam lukisan dengan anak panah. Sains telah membuktikan bahawa garis-garis daya medan elektrik mempunyai permulaan dan penghujung, iaitu, ia tidak ditutup dengan sendirinya. Berdasarkan arah yang diandaikan medan, kita dapati bahawa garis daya bermula dengan cas positif (badan bercas positif) dan berakhir dengan yang negatif.

nasi. 1. Contoh imej medan elektrik menggunakan garis daya: a — medan elektrik dengan satu cas positif, b — medan elektrik dengan satu cas negatif, c — medan elektrik dua cas bertentangan, d — an medan elektrik dua cas serupa

Dalam rajah.1 menunjukkan contoh medan elektrik yang digambarkan menggunakan garis daya. Perlu diingat bahawa garisan medan elektrik hanyalah cara untuk mewakili medan secara grafik. Tiada bahan yang lebih besar kepada konsep garis daya di sini.

undang-undang Coulomb

Kekuatan interaksi antara dua cas bergantung pada saiz dan susunan bersama cas, serta pada sifat fizikal persekitarannya.

Untuk dua badan fizikal elektrik, yang dimensinya tidak penting berbanding dengan jarak antara badan, penyembuhan interaksi ditentukan secara matematik seperti berikut:

di mana F ialah daya interaksi cas dalam newton (N), k — jarak antara cas dalam meter (m), Q1 dan Q2 — magnitud cas elektrik dalam coulomb (k), k ialah pekali perkadaran, nilainya bergantung pada sifat medium yang mengelilingi cas.

Rumus di atas berbunyi seperti ini: daya interaksi antara dua cas titik adalah berkadar terus dengan hasil darab magnitud cas ini dan berkadar songsang dengan kuasa dua jarak antara mereka (hukum Coulomb).

Untuk menentukan faktor perkadaran k, gunakan ungkapan k = 1 /(4πεεО).

Potensi medan elektrik

Medan elektrik sentiasa memberikan gerakan kepada cas jika daya medan yang bertindak ke atas cas tidak diimbangi oleh sebarang daya luar. Ini menunjukkan bahawa medan elektrik mempunyai tenaga berpotensi, iaitu keupayaan untuk melakukan kerja.

Dengan memindahkan cas dari satu titik di angkasa ke yang lain, medan elektrik berfungsi, akibatnya bekalan tenaga berpotensi ke medan berkurangan.Jika cas bergerak dalam medan elektrik di bawah tindakan beberapa daya luar yang bertindak bertentangan dengan daya medan, maka kerja dilakukan bukan oleh daya medan elektrik, tetapi oleh daya luar. Dalam kes ini, tenaga potensi medan bukan sahaja tidak berkurangan, tetapi, sebaliknya, meningkat.

Kerja yang dilakukan oleh daya luar yang menggerakkan cas dalam medan elektrik adalah berkadar dengan magnitud daya medan yang menentang gerakan itu. Kerja yang dilakukan dalam kes ini oleh kuasa luar sepenuhnya dibelanjakan untuk meningkatkan tenaga potensi medan. Untuk mencirikan medan dari sisi tenaga keupayaannya, kuantiti yang dipanggil potensi medan elektrik dipanggil.

Intipati kuantiti ini adalah seperti berikut. Katakan cas positif berada di luar medan elektrik yang sedang dipertimbangkan. Ini bermakna medan itu boleh dikatakan tidak mempunyai kesan ke atas caj yang diberikan. Biarkan daya luar memasukkan cas ini ke dalam medan elektrik dan, mengatasi rintangan terhadap gerakan yang dikenakan oleh daya medan, menggerakkan cas ke titik tertentu dalam medan. Kerja yang dilakukan oleh daya, dan oleh itu jumlah tenaga potensi medan telah meningkat, bergantung sepenuhnya pada sifat medan. Oleh itu, kerja ini boleh mencirikan tenaga medan elektrik yang diberikan.

Tenaga medan elektrik yang berkaitan dengan unit cas positif yang diletakkan pada titik tertentu dalam medan dipanggil potensi medan pada titik tertentu.

Jika potensi dilambangkan dengan huruf φ, cas dengan huruf q dan kerja yang dibelanjakan untuk menggerakkan cas dengan W, maka potensi medan pada titik tertentu akan dinyatakan dengan formula φ = W / q.

Ia berikutan bahawa potensi medan elektrik pada titik tertentu secara berangka sama dengan kerja yang dilakukan oleh daya luar apabila satu unit cas positif bergerak keluar dari medan ke arah titik tertentu. Potensi medan diukur dalam volt (V). Jika semasa pemindahan satu coulomb elektrik di luar medan ke titik tertentu, daya luar telah melakukan kerja sama dengan satu joule, maka potensi pada titik tertentu dalam medan adalah sama dengan satu volt: 1 volt = 1 joule / 1 coulomb

Kekuatan medan elektrik

Dalam mana-mana medan elektrik, cas positif bergerak dari titik berpotensi lebih tinggi ke titik potensi lebih rendah. Sebaliknya, caj negatif bergerak dari titik berpotensi rendah ke titik berpotensi lebih tinggi. Dalam kedua-dua kes, kerja dilakukan dengan mengorbankan tenaga potensi medan elektrik.

Jika kita mengetahui kerja ini, iaitu, jumlah tenaga potensi medan telah berkurangan apabila cas positif q bergerak dari titik 1 medan ke titik 2, maka mudah untuk mencari voltan antara titik-titik ini. bidang U1,2:

U1,2 = A / q,

di mana A ialah kerja yang dilakukan oleh daya medan apabila cas q dipindahkan dari titik 1 ke titik 2. Voltan antara dua titik dalam medan elektrik adalah secara berangka sama dengan kerja yang dilakukan oleh sifar untuk memindahkan unit cas positif dari satu titik di lapangan kepada yang lain.

Seperti yang dapat dilihat, voltan antara dua titik medan dan beza keupayaan antara titik yang sama mewakili unit fizikal yang sama... Oleh itu, istilah voltan dan beza keupayaan adalah sama. Voltan diukur dalam volt (V).

Voltan di antara dua titik adalah sama dengan satu volt jika, apabila memindahkan satu coulomb elektrik dari satu titik medan ke titik lain, daya medan berfungsi sama dengan satu joule: 1 volt = 1 joule / 1 coulomb

Kekuatan medan elektrik

Ia berikutan daripada undang-undang Coulomb bahawa kekuatan medan elektrik bagi cas tertentu yang bertindak pada cas lain yang diletakkan dalam medan ini adalah tidak sama di semua titik medan. Medan elektrik pada mana-mana titik boleh dicirikan oleh magnitud daya yang ia bertindak pada cas positif unit yang diletakkan pada titik tertentu.

Mengetahui nilai ini, daya F yang bertindak pada setiap cas Q boleh ditentukan. Anda boleh menulis bahawa F = Q x E, di mana F ialah daya yang bertindak ke atas cas Q yang diletakkan pada satu titik dalam medan oleh medan elektrik, E ialah daya yang bertindak ke atas satu unit cas positif yang diletakkan pada titik yang sama dalam medan. Kuantiti E secara berangka sama dengan daya yang dialami oleh cas positif unit pada titik tertentu dalam medan dipanggil kekuatan medan elektrik.