В статье описаны главные свойства электронного поля: потенциал, напряжение и напряженность.

Что такое электронное поле

Для того, чтоб сделать электронное поле, нужно сделать электронный заряд. Характеристики места вокруг зарядов (заряженных тел) отличаются от параметров места, в каком нет зарядов. При всем этом характеристики места при внесении в него электронного заряда меняются не одномоментно: изменение начинается у заряда и с определенной скоростью распространяется от одной точки места к другой.

В пространстве, содержащем заряд, появляются механические силы, действующие на другие заряды, внесенные в это место. Эти силы есть итог не конкретного деяния 1-го заряда на другой, а деяния через отменно изменившуюся среду.

Место, окружающее электронные заряды, в каком появляются силы, действующие на внесенные в него электронные заряды, именуется электронным полем.

Заряд, находящийся в электронном поле, движется в направлении силы, действующей на него со стороны поля. Состояние покоя такового заряда может быть только тогда, когда к заряду приложена какая-либо наружняя (посторонняя) сила, уравновешивающая силу электронного поля.

Как нарушается равновесие меж посторонней силой и силой поля, заряд опять приходит в движение. Направление его движения всегда совпадает с направлением большей силы.

Для наглядности электронное поле принято изображать так именуемыми силовыми линиями электронного поля. Эти полосы совпадают с направлением сил, действующих в электронном поле. При всем этом договорились проводить столько линий, чтоб их число на каждый 1 см2 площадки, установленной перпендикулярно к линиям, было пропорционально силе поля в соответственной точке.

За направление поля условно принято направление силы поля, действующей на положительный заряд, помещенный в данное поле. Положительный заряд отталкивается от положительных зарядов и притягивается к отрицательным. Как следует, поле ориентировано от положительных зарядов к отрицательным.

Направление силовых линий обозначается на чертежах стрелками. Наукой подтверждено, что силовые полосы электронного поля имеют начало и конец, т. е. они не замкнуты сами на себя. Исходя из принятого направления поля, устанавливаем, что силовые полосы начинаются на положительных зарядах (положительно заряженных телах) и завершаются на отрицательных.

Рис. 1. Примеры изображения электронного поля с помощью силовых линий: а — электронное поле одиночного положительного заряда, б — электронное поле одиночного отрицательного заряда, в — электронное поле 2-ух разноименных зарядов, г — электронное поле 2-ух одноименных зарядов

На рис. 1 показаны примеры электронного поля, изображенного с помощью силовых линий. Необходимо держать в голове, что силовые полосы электронного поля — это только метод графического изображения поля. Большего содержания в понятие силовой полосы тут не вкладывается.

Закон Кулона

Сила взаимодействия 2-ух зарядов находится в зависимости от величины и обоюдного расположения зарядов, также от физических параметров окружающей их среды.

Для 2-ух наэлектризованных физических тел, размеры которых пренебрежимо малы по сопоставлению с расстоянием меж телами, хила взаимодействия математически определяется последующим образом:

где F — сила взаимодействия зарядов в ньютонах (Н), k — расстояние меж зарядами в метрах (м), Q1 и Q2 — величины электронных зарядов в кулонах (к) , k — коэффициент пропорциональности, величина которого находится в зависимости от параметров среды, окружающей заряды.

Приведенная формула читается так: сила взаимодействия меж 2-мя точечными зарядами прямо пропорциональна произведению величин этих зарядов и назад пропорциональна квадрату расстояния меж ними (закон Кулона).

Для определения коэффициента пропорциональности k служит выражение k = 1/(4πεε_о).

Потенциал электронного поля

Электронное поле всегда докладывает движение заряду, если силы поля, действующие на заряд, не уравновешиваются какими-либо посторонними силами. Это гласит о том, что электронное поле обладает возможной энергией, т. е. способностью совершать работу.

Перемещая заряд из одной точки места в другую, электронное поле совершает работу, в итоге чего припас возможной энергии поля миниатюризируется. Если заряд перемещается в электронном поле под действием какой-нибудь посторонней силы, действующей навстречу силам поля, то работа совершается не силами электронного поля, а посторонними силами. В данном случае возможная энергия поля не только лишь не миниатюризируется, а, напротив, возрастает.

Работа, которую совершает посторонняя сила, перемещая в электронном поле заряд, пропорциональна величине сил поля, противодействующих этому перемещению. Совершаемая при всем этом посторонними силами работа стопроцентно расходуется на повышение возможной энергии поля. Для свойства поля со стороны его возможной энергии принята величина, именуемая потенциалом электронного поля.

Суть этой величины состоит в последующем. Представим, что положительный заряд находится за пределами рассматриваемого электронного поля. Это означает, что поле фактически не действует на данный заряд. Пусть посторонняя сила заносит этот заряд в электронное поле и, преодолевая сопротивление движению, оказываемое силами поля, переместит заряд в данную точку поля. Работа, совершаемая силой, а означает, и величина, на которую возросла возможная энергия поля, зависит всецело от параметров поля. Как следует, эта работа может охарактеризовывать энергию данного электронного поля.

Энергия электронного поля, отнесенная к единице положительного заряда, помещенного в данную точку поля, и именуется потенциалом поля в данной его точке.

Если потенциал обозначить буковкой φ, заряд — буковкой q и затраченную на перемещение заряда работу — W, то потенциал поля в данной точке выразится формулой φ = W/q.

Из произнесенного следует, что потенциал электронного поля в данной его точке численно равен работе, совершаемой посторонней силой при перемещении единицы положительного заряда из-за пределов поля в данную точку. Потенциал поля измеряется в вольтах (В). Если при переносе 1-го кулона электричества из-за пределов поля в данную точку посторонние силы сделали работу, равную одному джоулю, то потенциал в данной точке поля равен одному вольту: 1 вольт = 1 джоуль / 1 кулон

Напряжение электронного поля

В любом электронном поле положительные заряды передвигаются от точек с более высочайшим потенциалом к точкам с потенциалом более низким. Отрицательные заряды передвигаются, напротив, от точек с наименьшим потенциалом к точкам с огромным потенциалом. B обоих случаях работа совершается за счет возможной энергии электронного поля.

Если нам известна эта работа, т. е. величина, на которую уменьшилась возможная энергия поля при перемещении положительного заряда q из точки 1 поля в точку 2, то просто отыскать напряжение меж этими точками поля U1,2:

U_1,2 = A/q,

где А — работа сил поля при переносе заряда q из точки 1 в точку 2. Напряжение меж 2-мя точками электронного поля численно равно работе, которую совершает ноле для переноса единицы положительного заряда из одной точки поля в другую.

Как видно, напряжение меж 2-мя точками поля и разность потенциалов меж этими же точками представляют собой одну и ту же физическую суть. Потому определения напряжение и разность потенциалов сущность одно и то же. Напряжение измеряется в вольтах (В).

Напряжение меж 2-мя точками равно одному вольту, если при переносе 1-го кулона электричества из одной точки поля в другую силы поля совершают работу, равную одному джоулю: 1 вольт = 1 джоуль / 1 кулон

Напряженность электронного поля

Из закона Кулона следует, что величина силы электронного поля данного заряда, действующей на помещенный в этом поле другой заряд, не во всех точках поля схожа. Охарактеризовывать электронное поле в каждой его точке можно величиной силы, с которой оно действует на единичный положительный заряд, помещенный в данной точке.

Зная данную величину, можно найти силу F, действующую на хоть какой заряд Q. Можно написать, что F = Q х Е, где F — сила, действующая со стороны электронного поля на заряд Q, помещенный в данную точку поля, Е — сила, действующая на единичный положительный заряд, помещенный в эту же точку поля. Величина Е, численно равная силе, которую испытывает единичный положительный заряд в данной точке поля, именуется напряженностью электронного поля.