Карактеристике електричног поља

У чланку су описане главне карактеристике електричног поља: потенцијал, напон и интензитет.

Шта је електрично поље

За стварање електричног поља потребно је створити електрични набој. Особине простора око наелектрисања (наелектрисаних тела) разликују се од својстава простора у коме нема наелектрисања. Истовремено, својства простора, када се у њега унесе електрични набој, не мењају се тренутно: промена почиње од наелектрисања и шири се одређеном брзином од једне тачке у простору до друге.

У простору који садржи наелектрисање испољавају се механичке силе које делују на друга наелектрисања која се уносе у тај простор. Ове силе нису резултат директног дејства једног наелектрисања на друго, већ дејства кроз квалитативно измењени медиј.

Простор око електричних наелектрисања, у коме се испољавају силе које делују на електрична наелектрисања унета у њега, назива се електрично поље.

Наелектрисање у електричном пољу креће се у правцу силе која на њега делује са стране поља.Стање мировања таквог наелектрисања могуће је само када се на наелектрисање примени нека спољна (спољна) сила која уравнотежује јачину електричног поља.

Чим се поремети равнотежа између спољашње силе и јачине поља, наелектрисање почиње поново да се креће. Правац њеног кретања увек се поклапа са смером веће силе.

Ради јасноће, електрично поље је обично представљено такозваним линијама електричног поља. Ове линије се поклапају са правцем сила које делују у електричном пољу. Истовремено, договорено је да се нацрта толико линија да њихов број за сваки 1 цм2 површине постављене окомито на линије буде пропорционалан јачини поља у одговарајућој тачки.

За смер поља се обично узима смер јачине поља које делује на позитивно наелектрисање постављено у датом пољу. Позитивна наелектрисања се одбијају позитивним наелектрисањем и привлаче негативним наелектрисањем. Дакле, поље је усмерено од позитивних ка негативним наелектрисања.

Правац линија силе је на цртежима означен стрелицама. Наука је доказала да линије силе електричног поља имају почетак и крај, односно да нису саме по себи затворене. На основу претпостављеног правца поља, налазимо да линије силе почињу позитивним наелектрисањем (позитивно наелектрисана тела) а завршавају се негативним.

Пиринач. 1. Примери слике електричног поља помоћу линија силе: а — електрично поље са једним позитивним наелектрисањем, б — електрично поље са једним негативним наелектрисањем, ц — електрично поље са два супротна наелектрисања, д — ан електрично поље два слична наелектрисања

На сл.1 приказује примере електричног поља приказаног помоћу линија силе. Мора се имати на уму да су линије електричног поља само начин графичког представљања поља. Овде нема веће суштине концепта линије силе.

Кулонов закон

Јачина интеракције између два наелектрисања зависи од величине и међусобног распореда наелектрисања, као и од физичких својстава њиховог окружења.

За два наелектрисана физичка тела, чије су димензије безначајне у поређењу са растојањем између тела, исцељење интеракције се одређује математички на следећи начин:

где је Ф сила интеракције наелектрисања у њутнима (Н), к — растојање између наелектрисања у метрима (м), К1 и К2 — величина електричног наелектрисања у кулонима (к), к је коефицијент пропорционалности, чија је вредност зависи од својстава средине која окружује наелектрисања.

Горња формула гласи овако: сила интеракције између два тачкаста наелектрисања је директно пропорционална производу величина ових наелектрисања и обрнуто пропорционална квадрату растојања између њих (Кулонов закон).

За одређивање фактора пропорционалности к употребите израз к = 1 /(4πεεО).

Потенцијал електричног поља

Електрично поље увек даје кретање наелектрисању ако силе поља које делују на наелектрисање нису уравнотежене никаквим спољним силама. То подразумева да електрично поље има потенцијалну енергију, односно способност да обавља рад.

Померањем наелектрисања из једне тачке у простору у другу, електрично поље ради, услед чега се снабдевање поља потенцијалном енергијом смањује.Ако се наелектрисање креће у електричном пољу под дејством неке спољне силе која делује супротно силама поља, онда рад не врше силе електричног поља, већ спољне силе. У овом случају, потенцијална енергија поља не само да се не смањује, већ се, напротив, повећава.

Рад који изврши спољна сила која помера наелектрисање у електричном пољу пропорционалан је величини сила поља које се супротстављају том кретању. Рад који у овом случају обављају спољне силе у потпуности се троши на повећање потенцијалне енергије поља. Да би се окарактерисало поље са стране његове потенцијалне енергије, назива се величина која се зове потенцијал електричног поља.

Суштина ове количине је следећа. Претпоставимо да је позитивно наелектрисање изван електричног поља које се разматра. То значи да поље практично нема утицаја на дато наелектрисање. Нека спољна сила унесе ово наелектрисање у електрично поље и, савладавајући отпор кретању који врше силе поља, помери наелектрисање до дате тачке у пољу. Рад силе, а самим тим и количина за коју се повећала потенцијална енергија поља, у потпуности зависи од својстава поља. Дакле, овај рад може окарактерисати енергију датог електричног поља.

Енергија електричног поља повезана са јединицом позитивног наелектрисања постављеном у датој тачки поља назива се потенцијал поља у датој тачки.

Ако је потенцијал означен словом φ, наелектрисање словом к и рад утрошен на померање наелектрисања са В, тада ће потенцијал поља у датој тачки бити изражен формулом φ = В / к.

Из тога следи да је потенцијал електричног поља у датој тачки нумерички једнак раду спољне силе када се јединично позитивно наелектрисање помери из поља ка датој тачки. Потенцијал поља се мери у волтима (В). Ако су при преношењу једног кулона електрицитета изван поља у дату тачку, спољне силе извршиле рад једнак једном џулу, тада је потенцијал у датој тачки поља једнак једном волту: 1 волт = 1 џул / 1 цоуломб

Јачина електричног поља

У било ком електричном пољу, позитивна наелектрисања се крећу од тачака већег потенцијала до тачака нижег потенцијала. Напротив, негативна наелектрисања се крећу од тачака нижег потенцијала до тачака већег потенцијала. У оба случаја рад се обавља на рачун потенцијалне енергије електричног поља.

Ако знамо овај рад, односно износ за који се смањила потенцијална енергија поља када се позитивни набој к помери из тачке 1 поља у тачку 2, онда је лако пронаћи напон између ових тачака поља. поље У1,2:

У1,2 = А / к,

где је А рад који врше силе поља када се наелектрисање к пренесе из тачке 1 у тачку 2. Напон између две тачке у електричном пољу је бројчано једнак раду нуле на преносу јединичног позитивног наелектрисања из једне тачке. у пољу другом.

Као што се може видети, напон између две тачке поља и разлика потенцијала између истих тачака представљају исту физичку јединицу... Дакле, појмови напон и потенцијална разлика су исти. Напон се мери у волтима (В).

Напон између две тачке је једнак једном волту ако при преношењу једног кулона електричне енергије из једне тачке поља у другу, силе поља раде једнак једном џулу: 1 волт = 1 џул / 1 кулон

Јачина електричног поља

Из Кулоновог закона следи да јачина електричног поља датог наелектрисања које делује на друго наелектрисање постављено у ово поље није иста у свим тачкама поља. Електрично поље у било којој тачки може се окарактерисати величином силе којом делује на јединично позитивно наелектрисање постављено у датој тачки.

Знајући ову вредност, може се одредити сила Ф која делује на свако наелектрисање К. Можете написати да је Ф = К к Е, где је Ф сила која делује на наелектрисање К постављено у тачку поља од стране електричног поља, Е је сила која делује на јединично позитивно наелектрисање постављено у истој тачки поља. Количина Е бројчано једнака сили коју доживљава јединично позитивно наелектрисање у датој тачки поља назива се јачина електричног поља.