Содержание:
Теория электрического поля, разработанная Фарадеем и Максвеллом в 19 веке, определяет характер взаимодействие электрических зарядов. Согласно исследованиям каждый из них генерирует рядом поле. Оно влияет на любые другие электрозаряды, оказывая на них силовое воздействие.
Для переноса действия электрическому полю не требуется какая-либо особая среда. Эксперименты показывают, что его действие проявляется как в веществе, так и в вакууме. Само поле является формой существования материи альтернативной веществу.
Изучение характеристик электрополя проводится с помощью элементарного заряда. Элементарный заряд — объект, который выявляет действие поля, но сам при это влияния на поле не оказывает. Если рассматривать вопрос с более реалистичных позиций, то влияние элементарного заряда оказывает действие, но оно настолько незначительное, что его влиянием можно пренебречь без ущерба для точности расчётов и верности определения параметров электрического поля.
Определение 1
Для количественного определения влияния поля на элементарный заряд, вводится понятие о напряженности электростатического поля. Это величина прямо пропорциональная действующей на элементарный заряд силе и обратно пропорциональная величине самого заряда.
А значит количественно она вычисляется:
$ \overrightarrow {Е} = \frac {\overrightarrow {F} } {q} $
Напряжённость электрополя является величиной векторной. Её действие имеет то же направление, что и сила, вызываемая полем при воздействии на элементарный плюсовой заряд.
Определение 2
Электрическое поле, продуцируемое неизменными во времени и не двигающимися в пространстве зарядами, именуется электростатическим.
Электрическое поле формируется около не двигающегося и постоянного по величине заряда. Теперь оно может оказывать влияние на любые другие электрические заряды попадающие в его зону действия. Если имеется несколько заряженных объектов, то результирующее поле проявится как результат слияния нескольких полей. Итоговое силовое воздействие — совокупность влияния отдельных зарядов, являющееся суммой сил, действующих со стороны каждого отдельного поля.
Определение 3
Когда несколько заряженных объектов создают в рассматриваемой области электростатическое поле, то итоговая напряженность будет равна сумме напряженностей полей, продуцируемых каждым отдельным источником:
$ \overrightarrow {Е} = \overrightarrow {Е_1} + \overrightarrow {Е_2} + … $
Правило называется принцип суперпозиции. И любые электростатические поля полностью подчиняются ему, независимо от внешних условий.
Определение 4
Чтобы вычислить напряжённость электрополя, генерируемого элементарным зарядом на дистанции r, достаточно воспользоваться формулой
$ E = \frac {1} {4\pi\epsilon_0} \frac {Q} {r^2} $.
Формула является прямым следствием закона Кулона, а само поле носит название кулоновское.
Чтобы понимать куда направлен вектора напряжённости электростатического поля, достаточно знать знак заряда. Если Q>0, то направление — в сторону противоположную от заряда. Когда Q<0, то направление — к заряду.
Графическое представление электрополя — это набор силовых линий, каждая из них начинается у объекта заряженного положительно и оканчивается, либо уходя в пустоту, либо заканчиваясь около отрицательно заряженного объекта. Силовые линии позволяют определить направление вектора напряженности. Он является касательной к силовой линии в заданной точке. Количество же силовых линий характеризует величину напряженности. В местах где линий больше, больше будет и напряженность электростатического поля.
Электростатическое поле любого объекта может быть представлено в виде совокупности элементарных зарядов. Так, используя затем принцип суперпозиции, можно вычислять параметры полей любых форм и размеров.
Рассмотрим поле элементарного точечного заряда, величиной Q. Для записи его в векторной форме используем радиус-вектор $\overrightarrow{r}$. Он проходит от точки, где сконцентрирован заряд к изучаемой точке. Ситуация разделится на два возможных случая:
Если Q>0 то векторы $ \overrightarrow {Е} $ и $ \overrightarrow {r} $ окажутся сонаправлены.
Если Q<0 то $ \overrightarrow {Е} $ и $ \overrightarrow {r} $ будут направлены в противоположные стороны
Исходя из вышесказанного можем сделать запись::
$ \overrightarrow {E} = \frac {1} {4\pi \epsilon_0} \frac {Q} {r^3} \overrightarrow {r} $.
При этом величина r соответствует модулю векторной величины $ \overrightarrow {r} $. С помощью приведенного определения можно без особого труда рассчитать напряженность в любой точке.
Даже в простых задачах по электростатике расчёты могут получаться слишком громоздкими. Чтобы упростить вычисления, применяется теорем Гаусса. Она однозначно определяет зависимость напряжённости от сложения электрических зарядов, продуцирующих поле в рассматриваемой области.
Определение 5
В электростатике название диполь присвоено системе состоящей из положительного и отрицательно заряженных элементов, разнесённых на определённое расстояние друг от друга. Также понятие «диполь» часто применяется в химии при изучении отдельного типа молекул.
Диполь при изучении электрических полей является хорошим примером применения принципа суперпозиции. С помощью принципа несложно рассчитать напряженность поля в любой заданной точке.
$ \overrightarrow{Е} = \overrightarrow{Е_1} + \overrightarrow{Е_2} $
Важный параметр диполя — его момент $\overrightarrow{p}$. Он вычисляется как:
$ \overrightarrow{p} = \overrightarrow{l} q$,
В формуле использованы следующие параметры:
q — заряд;
$\overrightarrow{l}$ – перемещение, векторная величина, направление которой: к положительному заряду от отрицательного, по модулю вектор перемещения соответствует расстоянию между зарядами.
При изучении химических элементов часто встречаются молекулы, представляющие собой диполь. Одной из типичных элементов такого рода является молекула воды $H_2 O$. При этом атомы водорода и атом кислорода расположены не на одной прямой, а составялют треугольник, в котором угол между направлениями от кислорода к водороду (одному и другому) составляет угол $105_o$.
Расчётный дипольный момент $H_2 O$ составляет $p = 6 , 2\dot 10_{ – 30} Кл\dot м$.
Статьи по теме
Поможем выполнить
любую работу
