Направление силовых линий в пределах электрического поля

В физике электрический заряд принято называть скалярной величиной. С её помощью можно определить, могут ли тела рассматриваться в качестве источника электромагнитных полей и взаимодействовать между собой. Изучением этого направления в физике занимались многие учёные. Благодаря этому в 1785 году силовые линии электрического поля впервые были введены в закон Кулона. Единица измерения заряда числится в Международной системе (СИ).

Оглавление:

• Краткое описание
• Силовые линии и их значение
• Основные свойства ЭП
• Характеристика векторной величины
• Поиск электрического поля

В физике электрический заряд принято называть скалярной величиной. С её помощью можно определить, могут ли тела рассматриваться в качестве источника электромагнитных полей и взаимодействовать между собой. Изучением этого направления в физике занимались многие учёные. Благодаря этому в 1785 году силовые линии электрического поля впервые были введены в закон Кулона. Единица измерения заряда числится в Международной системе (СИ).

Краткое описание

Электрические и магнитные поля незримо связаны между собой. Эти две материи можно расценивать как составляющие элементы электромагнитных полей. Они мгновенно заполняют свободное пространство вблизи заряженных объектов. Электрическое поле (ЭП) представляет собой материю, которая имеет собственную энергию, являющуюся составным элементом векторного электромагнитного поля. ЭП не имеет чётких границ, но значение его силового воздействия приравнивается к нулю, когда отмечается удаление от заряженного тела или точечных зарядов.

Действующему закону сохранения подчиняется скалярная физическая величина. Основной силовой характеристикой является напряжённость. Изучаемое в физике электрическое поле обладает следующими свойствами:

1. Только по итогам продолжительного наблюдения за конкретным процессом будет доступно научное определение.
2. Электрические и магнитные поля взаимодействуют между собой.
3. В пределах действия ЭП могут перемещаться заряды (положительные, а также отрицательные ионы в металлических проводниках).
4. Векторное поле реагирует на имеющиеся заряженные частицы.

ЭП всегда окружает неподвижные статичные заряды, которые не меняют своих характеристик со временем, из-за чего могут называться электростатическим полем. Многочисленные опыты подтверждают, что в обоих случаях действуют одинаковые силы. Если поднести наэлектризованную эбонитовую палочку к мелким предметам, тогда можно будет не на картинке, а наглядно увидеть электростатическое взаимодействие полей. Наэлектризованные частицы могут притягиваться или отталкиваться, так как всё зависит от их полярности.

Рядом с мощными электрическими разрядами образуются сильные электростатические поля. Если проводник находится в активной зоне, на его поверхности произойдёт перераспределение зарядов.

Силовые линии и их значение

На организм человека ЭП не оказывает никакого воздействия. К тому же его нельзя увидеть. Получить представление о принципе распределения поля можно, если попробовать нарисовать векторы напряжённости. Нужно задействовать сразу несколько точек пространства. Более чёткий результат можно получить, если изобразить линии непрерывными. Такой подход поможет лучше понять тему, чтобы решение задач по физике не вызывало трудностей.

О наличии силовых линий (СЛ) можно говорить, если в каждой точке касательная совпадает с вектором напряжённости ЭП. Других правил на этот случай нет. Направление СЛ позволяет определить, куда именно проложен вектор в разных точках поля. Дополнительные параметры поможет узнать густота силовых линий. Чем больше будет количество СЛ на единице площади, тем выше векторная физическая величина поля. Например, если по условиям задачи густота линий напряжённости в точке С больше, чем в А, правильной будет следующая формула: Е→с>Е→ А.

Ошибочно полагать, что СЛ существуют в реальной жизни вроде хорошо растянутых линий. Такую трактовку предлагал Фарадей. Линии напряжённости помогают только наглядно представить распределение ЭП в пространстве. Их нельзя увидеть, как и параллельные линии и меридианы.

Заметными для человека СЛ можно сделать, если в касторовом масле тщательно перемешать кристаллы имеющегося в наличии изолятора (к примеру, хинина). В полученную смесь необходимо поместить заряженные тела. Если всё сделано правильно, все кристаллы выстроятся в ряд вдоль линии напряжённости.

Однородным принято называть электрическое поле, у которого векторная физическая величина одинакова сразу во всех точках. Имеющиеся в наличии данные могут указывать, что показателям напряжённости внутри этой области свойственны незначительные изменения. В условиях ограниченного пространства ЭП можно расценивать как приближенно однородное.

Линии напряжённости не замкнуты между собой, так как они начинаются на положительных зарядах, а заканчиваются на отрицательных. СЛ являются непрерывными, к тому же они не пересекаются между собой. В противном случае отсутствовало бы направление векторной физической величины в одной из точек.

Основные свойства ЭП

Обнаружить электрическое поле можно только благодаря силам, действующим на заряд. С уверенностью утверждать, что о скалярной величине всё известно, могут только те, кто знает, как именно силовые линии действуют на любой заряд в пределах поля. Лучше всего использовать такую характеристику электрического поля, знание которой поможет безошибочно определить реальное значение СЛ.

Силовые линии ЭП обладают несколькими ключевыми свойствами:

1. Не пересекаются. Точкой старта для линии напряжённости является положительный заряд.
2. Используемые СЛ не замкнуты, но для произвольного электрического поля это утверждение является неверным.
3. Густота силовых линий пропорциональна напряжённости Е→.

Если попробовать по очереди поместить в одну точку заряженные объекты небольшого размера, можно понять, что сила, которая действует на заряд со стороны поля, абсолютно пропорциональна задействованному заряду. В 10 классе на уроках физики изучают, что электрическое поле образуется точечным зарядом q1. Если следовать закону Кулона, можно понять, что на точечный заряд q влияет сила, которая прямо пропорциональна заряду. Отношение СЛ можно расценивать как общую характеристику электрического поля.

Напряжённостью принято называть отношение силы, которая действует на находящийся в этой зоне точечный заряд. Большой буквой Е→ обозначают векторную величину. Чтобы определить силу, которая действует на заряд q со стороны векторного поля, нужно использовать специальную формулу. Например: F → = qF →. Итоговое направление силы, которая действует на положительный заряд, совпадает с вектором Е→. Единица напряжённости в Международной системе обозначается с помощью Н/Кл.

Характеристика векторной величины

Для электрического поля свойственны определённые показатели. При решении поставленных задач по физике не обойтись без использования напряжённости. По действующему в физике закону Кулона сила взаимодействия двух зарядов может быть описана формулой: F = k * (|q1||q2| / er2). А вот Максвелл считал по-другому. В своих работах он указал, что нужно учитывать конечное время: t = f/d. Расшифровка выглядит следующим образом:

• Расстояние между заряженными частицами — f.
• Скорость, с которой распространяются электромагнитные волны — d.

В качестве примера можно рассмотреть задачу, когда 2 заряда взаимодействуют между собой. Благодаря положительному заряду +q0 будет образовано электрическое поле. В пределах его действия расположен пробный точечный положительный заряд +q. Для решения задачи нужно следовать закону Кулона.

Интенсивность электростатического взаимодействия, которая создаёт ЭП, будет влиять на используемый пробный заряд. Этот процесс будет оказывать своё воздействие на параметры электрического поля в конкретной точке. Если попробовать задействовать больший заряд, тогда и показатель силы взаимодействия будет увеличен. Аналогичным способом влияние векторного поля определяется, если используется пробный отрицательный заряд. В этом случае применяется следующая формула: E→ = F→/qn.

Полученный в итоге показатель называется напряжённостью электрического поля. Векторное значение не зависит от свойств пробного заряда. Для правильного определения единицы напряжённости используется формула: [E] = Н/Кл. Векторная величина представляет собой силовую характеристику ЭП. В итоге напряжённость можно будет направить в том же направлении, что и сила электростатического взаимодействия. Если правильно решить поставленную задачу, можно определить, как именно ЭП влияет на расположенный в радиусе его действия заряд.

Поиск электрического поля

Человек не может воспринять ЭП, полагаясь только на органы чувств. Такое явление недоступно для зрения, к тому же его нельзя определить по запаху. Можно заметить только, как волосы реагируют на линию напряжённости. Электрическое поле можно уловить специальным электроскопом.

Проще всего обнаружить ЭП при помощи обычного туристического компаса, так как стрелка устройства всегда будет расположена вдоль линии напряжённости. Но также были выпущены специальные электроприборы, которые помогают выявить электростатические поля в считаные секунды.

Для правильного расчёта ЭП применяются различные способы численного и аналитического типа:

1. Эквивалентные заряды (физическая скалярная величина, определяющая способность тел принимать участие в электромагнитном взаимодействии).
2. Сетки или конечные разности (термин, широко применяющийся в методах вычисления при интерполировании).
3. Вариационные методы.
4. Применение сложных интегральных уравнений.

Выбор наиболее подходящего способа расчёта ЭП зависит от сложности поставленной задачи. Но на практике чаще всего применяются численные методы.

Благодаря многофункциональности электрических полей было выпущено различное оборудование, которое используется в медицинской отрасли, электротехнике, в химической промышленности.

Специалистами разработаны приборы, которые применяются для передачи энергии к конечному потребителю беспроводным способом. Например, устройства для зарядки смартфонов, планшетов.