С помощью чего можно определить наличие электростатического
Перейти к содержимому

С помощью чего можно определить наличие электростатического

  • автор:

С помощью чего можно определить наличие электростатического

Электрическое поле существует в пространстве вокруг любого заряженного тела. Его нельзя потрогать или увидеть, но оно так же материально, как и любой другой передатчик взаимодействия (например пружина между телами). Электрическое поле условились изображать графически в виде стрелок, выходящих из положительных зарядов и заканчивающихся на отрицательных зарядах.

Все заряженные тела взаимодействуют друг с другом посредством электрического поля. Наличие электрического поля можно определить только с помощью действия на заряд (то есть на другое электрическое поле). По величине силы действия на пробный заряд можно судить о напряженности электрического поля (силовая характеристика поля).

Электрическое поле потенциально (т. е. его работа не зависит от формы траектории). На любой замкнутой траектории работа электрического поля равна нулю. Работа поля по перемещению заряда, отнесенная к перемещаемому заряду определяет разность потенциалов (энергетическая характеристика поля).

Разность потенциалов между выбранной точкой и точкой, потенциал которой считается равной нулю называется потенциалом электростатического поля. Выбор точки с нулевым потенциалом условен и производится из соображений удобства.

Так, как любое тело содержит заряженные частицы, то при нахождении тела в электрическом поле они испытывают на себе его действие. При этом частицы, слабо удерживающиеся на своих местах (как, например электроны в проводниках) начинают перемещаться под действием сил электрического поля. При этом в телах происходит разделение положительных и отрицательных зарядов. В электропроводящих телах наблюдается явление электростатической индукции , а в непроводящих телах (диэлектриках)- поляризация.

Красноярский край, Мотыгинский район, п.Орджоникидзе,
«ЭлИТ»

Что такое электростатическое поле

Электрическим полем называется материя, существующая вокруг электрозарядов и проявляющаяся в действии на них. Статическое электричество поначалу изучалось не так активно, как электрические токи. Считалось, что оно приносит мало пользы на практике. Интерес к этой области научных исследований повысился с началом применения полимерных материалов в быту и производстве.

Свойства электростатического поля

Свойства электростатического поля

Физический смысл электростатики

Электрические поля создаются в результате влияния заряженных частиц (электронов и протонов) друг на друга. Движение частиц останавливается, если на них не действует никакая сила. Раздел физики, который изучает характеристики, свойства и законы взаимного влияния заряженных уравновешенных частиц, называется электростатикой.

Постоянные электрические поля можно обнаружить:

  • в результате контакта поверхностей: трения двух материалов друг о друга, отделения или намотки;
  • при резких перепадах температур;
  • в ходе химических реакций;
  • под действием радиации.

Источники природного электростатического поля — это разряды молний, движение воздушных масс, прохождение вод сквозь пористые горные породы, движение литосферных плит, вулканические извержения и т. п.

Природные явления, связанные с электростатическим полем

Природные явления, связанные с электростатическим полем

Примеры, когда электростатическое поле создано искусственно: аккумуляторы, источники постоянного тока, силовые линии электропередач, технологические процессы, связанные с дроблением или передачей веществ по трубам.

Заряд и его свойства

Электрическим зарядом называют состояние материи, при котором она теряет свою нейтральность из-за избытка протонов или электронов. Вопросом обнаружения его существования впервые озадачился Ш. Кулон в 1875 году. Заряд — это дискретная величина, значение которой не зависит от системы отсчета или скорости движения. Величину заряда, принятого за элементарный, считают константой, равной 1.6*10 -19 Кл.

Процесс потери атомом отрицательных или положительных частиц называют ионизацией. Электрические частицы являются источниками всех электростатических полей.

Главным их свойством считают подчинение закону сохранения заряда, сформулированному М.Фарадеем: в совокупности заряженных частиц, которые не подвержены влиянию внешних магнитных сил, сумма зарядов всегда одинакова.

Электростатическое поле и его основные свойства

Поле называется электростатическим, если заряды, создающие его, статичны, то есть, неподвижны. Статическое электричество делят на самоприобретенное и наведенное, полученное от другого предмета бесконтактным способом, который называют методом индукции.

Основные свойства электростатического поля:

  • Статическое электричество возникает около всякого заряда.
  • Заряд обладает статичной скоростью распространения, которую можно измерить.
  • С увеличением дистанции взаимное влияние частиц становится хуже. Эта зависимость описана в законе Кулона — основном законе электростатики.
  • Четких пределов, за которыми заканчивается поле, не существует.

Схематическое изображение кулоновских сил

Схематическое изображение кулоновских сил

Поле, которое создается заряженными частицами, делится на:

  • однородное поле статического электричества — напряженность одинакова в различных точках;
  • статическое неоднородное электрическое поле — напряженность и направленность поля разные.

Виды электрополей

Виды электрополей

С помощью чего можно определить наличие электростатического поля:

  • использования любого другого заряженного тела;
  • электромагнитного датчика.

Электростатическое поле и его характеристики

Электростатическое поле является частным случаем электрического поля, поэтому у него такие же основные характеристики — потенциал и напряженность.

Потенциал

Основной энергетической характеристикой поля является потенциал — потенциальная энергия точечного электрозаряда с известными координатами. Определение потенциала осуществляется довольно просто:

Определение потенциала

Определение потенциала

Эту характеристику иногда называют кулоновским потенциалом, а единицей измерения считают вольт. Разность потенциалов между двумя зарядами рассчитывают по напряженности.

Напряженность

Электростатическое направленное поле имеет такую силовую характеристику, как напряженность. Это название получила сила, влияющая на элементарный заряд, которая рассчитывается для каждой точки поля отдельно и измеряется в В/м:

Формула напряженности

Формула напряженности

Напряженность является векторной величиной и выражается касательной к силовым линиям в определенной точке поля.

Вектор напряженности

Вектор напряженности

Если рассматривается поле точечного заряда, расположенного на некотором расстоянии от него, то напряженность определяется по формуле:

Напряженность поля, созданного точечным электрозарядом

Напряженность поля, созданного точечным электрозарядом

В расчете поля, созданного несколькими зарядами, применяют метод суперпозиции: напряженность, создаваемая группой заряженных частиц, высчитывается по сумме напряженностей всех заряженных частиц в заданной точке поля.

Суммарное значение напряженностей

Суммарное значение напряженностей

Работа по перемещению заряда

Иногда высчитывают работу, которая выполняется электростатическим полем:

Работа, связанная с перемещением электрозаряда

Работа, связанная с перемещением электрозаряда

Из понятия работы по перемещению заряда исходит понятие напряжения — это силовая характеристика, которая выражается отношением работы к перемещаемому заряду:

Формула напряжения

Формула напряжения

Электрическая емкость

Способность накапливать статическое электричество называют электроемкостью. Единица измерения — фарад. Вычисляется с помощью формулы:

Электрическая емкость

Электрическая емкость

Понятие электроемкости привело к созданию конденсаторов — элементов, задачей которых является накопление заряда. Простейший конденсатор состоит из двух металлических пластин с диэлектриком посередине.

Схема конденсатора

Схема конденсатора

Графическое отображение

Статическое природное или искусственное поле изображают, указывая силовые линии или эквипотенциали. Наносят линии напряженности от положительного заряда (анода) к отрицательному (катоду). Они обладают следующими особенностями:

  • не начинаются и не заканчиваются на пустом месте;
  • не пересекаются и не сходятся;
  • перпендикулярны поверхности проводника.

Линии напряженности

Линии напряженности

Эквипотенциалями называют геометрическое отображение всех точек поля с одинаковым потенциалом. Их принято проводить в одной поверхности с проводником и так, чтобы расстояние между соседними линиями была одинаковым. С помощью эквипотенциалей можно понять, какое поле действует и как оно распределено в пространстве. Чем дальше от заряда, тем больше расстояние между силовыми линиями. Это означает, что сила поля уменьшается, то есть, заряженные частицы взаимодействуют слабее. Если линии напряженности параллельные, то электростатическое поле в этом случае является однородным.

Однородное поле

Однородное поле

Польза электростатических явлений

  • Статическое электричество в хозяйстве является исключительно полезным. В технике часто применяют способность мелких частиц, попадающих под действие поля, притягивать ионы и электроны:
  • Покраска изделий. Детали, которые окрашивают на конвейере, заряжают положительно, а частицы краски — отрицательно. В результате этого процесса краска формирует тонкий и плотный слой, а сам пигмент расходуется экономно.
  • Очищение воздуха и сбор пыли. В металлическую трубку помещают проволоку. Проводник заряжают положительно, а стенки трубы — отрицательно. Дым, пыль и другие примеси берут потенциал от проволоки, а после оседают на внутренней поверхности трубы.
  • Смешение веществ. Вещества для смешивания наделяются противоположными зарядами, за счет чего процесс проходит равномернее и лучше.
  • Создание ворса. На проводящую отрицательно заряженную пластину кладут материал, на который наносится клей. Сами ворсинки пропускают через решетку с противоположным зарядом. Элементы ворса быстро ориентируются в электростатическом равномерном поле и оседают на поверхности строго перпендикулярно.

Схема очищения воздуха

Схема очищения воздуха

Вредные влияния электростатических полей

Существует статическое электричество, которое является опасным и наносит вред производственным процессам. Рассмотрим основные проблемы, которые возникают при работе с ним.

Опасность для электроники

Опасность повреждения электроники статическим зарядом идет от человека. Во время возникновения статического разряда можно обнаружить тепло, из-за которого происходит выжигание дорожек и компонентов платы. Элементы устройства иногда перестают работать не сразу, а через время. При работе с чувствительными устройствами следует избавляться от накопленного заряда.

Пожароопасность

Оборудование без заземления часто являются источником воспламенения. В местах, где используются или хранятся легковоспламеняющиеся вещества и материалы, должна проводиться работа по защите от искрения и накопления статического заряда.

С помощью каких опытов можно обнаружить наличие электрического поля?

по действию на электрически заряженные тела, например, на электрически заряженные пылинки, ворсинки и пр. самый простой опыт в домашних условиях-попытаться причесать сухие волосы пластмассовой расческой. после первого же проведения по волосам волосы и расческа электризуются, приобретая разноименные заряды, и начинают притягиваться друг к другу. причем волосы приобретают одноименные заряды и отталкиваются друг от друга, вставая дыбом-попробуй приложи

Остальные ответы

С помощью метода проб и ошибок. А если точнее, то электрическое магнитное поле можно ощютить попробовав его на язык.

Все зависит от того, сколько вольт в проводнике образуют электромагнитное поле! Определите номинал и там будем дальше думать!

Электрическое поле и электрический ток

Взаимодействие электрических зарядов объясняется тем, что вокруг каждого заряда существует электрическое поле.

Электрическое поле

Электрическое поле заряда – это материальный объект, оно непрерывно в пространстве и способно действовать на другие электрические заряды. Электрическое поле неподвижных зарядов называется электростатическим. Электростатическое поле создается только электрическими зарядами, существует в пространстве, окружающем эти заряды и неразрывно с ними связано.

Если к электроскопу, не касаясь его оси, поднести на некотором расстоянии заряженную палочку, то стрелка все равно будет откланяться. Это и есть действие электрического поля.

Напряженность электрического поля

Заряды, находясь на некотором расстоянии один от другого, взаимодействуют. Это взаимодействие осуществляется посредством электрического поля. Наличие электрического поля можно обнаружить, помещая в различные точки пространства электрические заряды. Если на заряд в данной точке действует электрическая сила, то это означает, что в данной точке пространства существует электрическое поле. Графически силовые поля изображают силовыми линиями.

Силовая линия – это линия, касательная в каждой точке которой совпадает с вектором напряженности электрического поля в этой точке.

Напряженность электрического поля – это физическая величина, численно равная силе, действующей на единичный заряд, помещенный в данную точку поля. За направление вектора напряженности принимают направление силы, действующей на точечный положительный заряд.

Однородное электрическое поле – это такое поле, во всех точках которого напряженность имеет одно и то же абсолютное значение и направление. Приблизительно однородным является электрическое поле между двумя разноименно заряженными металлическими пластинами. Силовые линии такого поля являются прямыми одинаковой густоты.

Потенциал. Разность потенциалов. Кроме напряженности, важной характеристикой электрического поля является потенциал j. Потенциал j – это энергетическая характеристика электрического поля, тогда как напряженность E – это его силовая характеристика, потому что потенциал равен потенциальной энергии, которой обладает единичный заряд в данной точке поля, а напряженность равна силе, с которой поле действует на этот единичный заряд.

Диэлектрики в электрическом поле

Диэлектриками или изоляторами называются тела, которые не могут проводить через себя электрические заряды. Это объясняется отсутствием в них свободных зарядов.

Если одни конец диэлектрика внести в электрическое поле, то перераспределения зарядов не произойдет, т. к. в диэлектрике нет свободных носителей заряда. Оба конца диэлектрика будут нейтральны. Притяжение незаряженного тела из диэлектрика к заряженному телу объясняется тем, что в электрическом поле происходит поляризация диэлектрика, т. е. смещение в противоположные стороны разноименных связанных зарядов, входящих в состав атомов и молекул вещества.

Полярные и неполярные диэлектрики

Виды диэлектриков

К неполярным относятся диэлектрики, в атомах или молекулах которых центр отрицательно заряженного электронного облака совпадает с центром положительного атомного ядра. Например, инертные газы, кислород, водород, бензол.

Полярные диэлектрики состоят из молекул, у которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов не совпадают. Например, спирты, вода. Их молекулы можно рассматривать как совокупность двух точечных зарядов, равных по модулю и противоположных по знаку, находящихся на некотором расстоянии друг от друга. Такую в целом нейтральную систему называют электрическим диполем.

Проводники в электрическом поле

Проводниками называются тела, способные пропускать через себя электрические заряды. Это свойство проводников объясняется наличием в них свободных носителей заряда. Примерами проводников могут быть металлы и растворы электролитов.

Если взять металлический проводник и один его конец поместить в электрическое поле, то на данном конце появится электрический заряд. Согласно закону сохранения электрического заряда, на другом конце проводника появится равный ему по модулю и противоположный по знаку заряд. Явление разделения разноименных зарядов в проводнике, помещенном в электрическое поле, называется электростатической индукцией.

При внесении в электрическое поле проводника свободные заряды в нем приходят в движение. Перераспределение зарядов вызывает изменение электрического поля. Движение зарядов прекращается только тогда, когда напряженность электрического поля внутри проводника становится равной нулю. Свободные заряды перестают перемещаться вдоль поверхности проводящего тела при достижении такого распределения, при котором вектор напряженности электрического поля в любой точке перпендикулярен поверхности тела. Электростатическое поле внутри проводника равно нулю, весь статический заряд проводника сосредоточен на его поверхности.

Электроемкость и конденсатор

Электроемкость – количественная мера способности проводника удерживать заряд.

Простейшие способы разделение разноименных электрических зарядов – электризация и электростатическая индукция – позволяют получить на поверхности тел не большое количество свободных электрических зарядов. Для накопления значительных количеств разноименных электрических зарядов применяются конденсаторы.

Конденсатор – это система из двух проводников (обкладок), разделенных слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников. Так, например, две плоские металлические пластины, расположенные параллельно и разделенные слоем диэлектрика, образуют плоский конденсатор.

Если пластинам плоского конденсатора сообщить равные по модулю заряды противоположного знака, то напряженность электрического поля между пластинами будет в два раза больше, чем напряженность поля у одной пластины. Вне пластин напряженность электрического поля равна нулю, т. к. равные заряды разного знака на двух пластинах создают вне пластин электрические поля, напряженности которых равны по модулю, но противоположны по направлению.

Электрический ток

Это направленное движение заряженных частиц. В металлах носителями тока являются свободные электроны, в электролитах – отрицательные и положительные ионы, в полупроводниках – электроны и дырки, в газах – ионы и электроны. Количественной характеристикой тока является сила тока.

Источниками могут служить – гальванический элемент(происходят хим. реакции и внутренняя энергия, превращается в электрическую) и аккумулятор(для зарядки через него пропускают постоянный ток, в результате химической реакции один электрод становиться положительно заряженным, другой – отрицательно.

Действия электрического тока: тепловое, химическое, магнитное.

Направление электрического тока: от + к –

Направленное движение заряженных частиц

Направленное движение заряженных частиц

Поэтому достаточным условием для существования тока является наличие электрического поля и свободных носителей заряда. О наличии тока можно судить по явлениям, которые его сопровождают: Проводник, по которому течет ток, нагревается. Электрический ток может изменять химический состав проводника.

Силовое воздействие на соседние точки и намагниченные тела.

При существовании электрического поля внутри проводника, на концах его существует разность потенциалов. Если она не меняется, то в проводнике устанавливается постоянный электрический ток.

Сила тока

Сила тока – отношение заряда, пронесенного через поперечное сечение проводника за интервал времени, к этому интервалу времени.

Сила тока, как и заряд, величина скалярная. Она может быть как положительной, так и отрицательной. За положительное направление силы тока принято движение положительных зарядов. Если с течением времени сила тока не меняется, то ток называется постоянным .

Электродвижущая сила

Для того, чтобы в проводнике существовал электрический ток длительное время, необходимо поддерживать неизменными условия, при которых возникает электрический ток.

Во внешней цепи электрические заряды движутся под действием сил электрического поля. Но, чтобы поддерживать разность потенциалов на концах внешней цепи, необходимо перемещать электрические заряды внутри источника тока против сил электрического поля. Такое перемещение может осуществляться только под действием сил неэлектростатической природы.

Силы, вызывающие перемещение электрических зарядов внутри источника постоянного тока против направления действия сил электростатического поля, называются сторонними силами. Сторонние силы в гальваническом элементе или аккумуляторе возникают в результате электрохимических процессов, происходящих на границе раздела электрод – электролит. В машине постоянного тока сторонней силой является сила Лоренца.

Последовательное и параллельное соединение проводников

Проводники в электрических цепях постоянного тока могут соединяться последовательно и параллельно.

При последовательном соединении электрическая цепь не имеет разветвлений, все проводники включают в цепь поочередно друг за другом.

Сила тока во всех проводниках одинакова, так как в проводниках электрический заряд не накапливается и через поперечное сечение проводника за определенное время проходит один и тот же заряд.

При последовательном соединении проводников их общее электрическое сопротивление равно сумме электрических сопротивлений всех проводников.

При параллельном соединении электрическая цепь имеет разветвления (точку разветвления называют узлом). Начала и концы проводников имеют общие точки подключения к источнику тока.

При этом напряжение на всех проводниках одинаково. Сила тока равна сумме сил токов во всех параллельно включенных проводниках, так как в узле электрический заряд не накапливается, поступающий за единицу времени в узел заряд равен заряду, уходящему из узла за то же время.

Соединение источников тока

Соединение источников тока

Соединение источников тока

Химические источники э. д. с. (аккумуляторы, элементы) включаются между собой последовательно, параллельно и смешанно.

Последовательное соединение источников э. д. с. На рисунке представлены три соединенных между собой аккумулятора. Такое соединение аккумуляторов, когда минус каждого предыдущего источника соединен с плюсом последующего источника, называется последовательным соединением. Группа соединенных между собой аккумуляторов или элементов называется батареей.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *