Die Eigenschaften und Eigenschaften des elektrischen Feldes werden von fast allen technischen Spezialisten untersucht. Aber ein Universitätslehrgang ist oft in komplexer und unverständlicher Sprache verfasst. Daher werden im Rahmen des Artikels die Eigenschaften elektrischer Felder auf zugängliche Weise beschrieben, damit jeder sie verstehen kann. Darüber hinaus werden wir ein besonderes Augenmerk auf zusammenhängende Konzepte (Superposition) und die Möglichkeiten zur Entwicklung dieses Bereichs der Physik legen.
Allgemeine Informationen
Nach modernen Konzepten interagieren elektrische Ladungen nicht direkt miteinander. Daraus ergibt sich ein interessantes Feature. Jeder geladene Körper hat also sein eigenes elektrisches Feld im umgebenden Raum. Es wirkt sich auf andere Wesenheiten aus. Die Eigenschaften elektrischer Felder sind für uns von Interesse, weil sie die Wirkung des Feldes auf elektrische Ladungen und die Kraft, mit der es ausgeführt wird, zeigen. Welche Schlussfolgerung lässt sich daraus ziehen? Geladene Körper haben keine direkte gegenseitige Wirkung. Dazu werden elektrische Felder verwendet. Wie können sie erforscht werden? Dazu können Sie eine Testladung verwenden - einen kleinen Punktteilchenstrahl, der dies nicht istwird erhebliche Auswirkungen auf die bestehende Struktur haben. Was sind also die Eigenschaften des elektrischen Feldes? Es gibt drei davon: Spannung, Spannung und Potenzial. Jeder von ihnen hat seine eigenen Eigenschaften und Einflussbereiche auf die Partikel.
Elektrisches Feld: Was ist das?
Aber bevor Sie zum Hauptthema des Artikels übergehen, müssen Sie über ein gewisses Maß an Wissen verfügen. Wenn dies der Fall ist, kann dieser Teil getrost übersprungen werden. Betrachten wir zunächst die Frage nach dem Grund für die Existenz eines elektrischen Feldes. Damit dies möglich ist, ist eine Gebühr erforderlich. Außerdem müssen sich die Eigenschaften des Raums, in dem sich der geladene Körper aufhält, von denen unterscheiden, in denen er nicht existiert. Hier gibt es eine solche Funktion: Wenn eine Ladung in einem bestimmten Koordinatensystem platziert wird, treten Änderungen nicht sofort auf, sondern nur mit einer bestimmten Geschwindigkeit. Sie werden sich wie Wellen durch den Raum ausbreiten. Damit einher gehen mechanische Kräfte, die auf andere Träger in diesem Koordinatensystem einwirken. Und hier kommen wir zur Hauptsache! Die entstehenden Kräfte sind nicht das Ergebnis direkter Beeinflussung, sondern der Interaktion durch ein qualitativ verändertes Umfeld. Der Raum, in dem solche Veränderungen stattfinden, wird als elektrisches Feld bezeichnet.
Funktionen
Eine Ladung, die sich in einem elektrischen Feld befindet, bewegt sich in Richtung der auf sie wirkenden Kraft. Ist es möglich, einen Ruhezustand zu erreichen? Ja, es ist ganz echt. Dafür muss aber die Stärke des elektrischen Feldes etwas ausgeglichen werdenanderen Einfluss. Sobald das Ungleichgewicht auftritt, setzt sich die Ladung wieder in Bewegung. Die Richtung hängt in diesem Fall von der größeren Kraft ab. Wenn es jedoch viele von ihnen gibt, wird das Endergebnis etwas Ausgewogenes und Universelles sein. Um sich besser vorstellen zu können, womit man arbeiten muss, sind Kraftlinien eingezeichnet. Ihre Richtungen entsprechen den wirkenden Kräften. Es sollte beachtet werden, dass Kraftlinien sowohl einen Anfang als auch ein Ende haben. Mit anderen Worten, sie schließen sich nicht. Sie beginnen an positiv geladenen Körpern und enden an negativ geladenen. Damit nicht genug, auf die Kraftlinien, deren theoretischen Hintergrund und praktische Umsetzung werden wir im Text noch etwas weiter eingehen und sie zusammen mit dem Coulombschen Gesetz betrachten.
Elektrische Feldstärke
Diese Eigenschaft wird verwendet, um das elektrische Feld zu quantifizieren. Das ist ziemlich schwer zu verstehen. Diese Eigenschaft des elektrischen Feldes (Stärke) ist eine physikalische Größe, die dem Verhältnis der Einwirkungskraft auf eine positive Testladung, die sich an einem bestimmten Punkt im Raum befindet, zu ihrem Wert entspricht. Hier gibt es eine Besonderheit. Diese physikalische Größe ist ein Vektor. Seine Richtung stimmt mit der Richtung der Kraft überein, die auf die positive Prüfladung wirkt. Sie sollten auch eine sehr häufig gestellte Frage beantworten und beachten, dass die Stärke, die das elektrische Feld auszeichnet, genau die Intensität ist. Und was passiert mit unbeweglichen und unveränderlichen Subjekten? Ihr elektrisches Feld wird als elektrostatisch betrachtet. Beim Arbeiten mit einer Punktladung undInteresse am Studium der Spannung bieten Kraftlinien und das Coulombsche Gesetz. Welche Funktionen gibt es hier?
Coulombsches Gesetz und Kraftlinien
Die Kraftcharakteristik des elektrischen Feldes wirkt in diesem Fall nur für eine Punktladung, die sich in einem bestimmten Radius von ihr entfernt befindet. Und wenn wir diesen Wert modulo nehmen, dann haben wir ein Coulomb-Feld. Darin hängt die Richtung des Vektors direkt vom Vorzeichen der Ladung ab. Wenn es also positiv ist, "bewegt" sich das Feld entlang des Radius. Im umgekehrten Fall wird der Vektor direkt auf die Ladung selbst gerichtet. Für ein visuelles Verständnis dessen, was passiert und wie, können Sie sich mit den Zeichnungen vertraut machen, die die Kraftlinien zeigen. Die Hauptmerkmale des elektrischen Feldes in Lehrbüchern sind zwar ziemlich schwer zu erklären, aber die Zeichnungen sollten ihnen gebühren, sie sind von hoher Qualität. Man sollte zwar ein solches Merkmal von Büchern beachten: Beim Erstellen von Zeichnungen von Kraftlinien ist ihre Dichte proportional zum Modul des Spannungsvektors. Das ist ein kleiner Hinweis, der bei der Wissenskontrolle oder Prüfung eine große Hilfe sein kann.
Potential
Die Ladung bewegt sich immer dann, wenn kein Kräftegleichgewicht besteht. Das sagt uns, dass in diesem Fall das elektrische Feld potentielle Energie hat. Mit anderen Worten, es kann etwas Arbeit leisten. Schauen wir uns ein kleines Beispiel an. Ein elektrisches Feld hat eine Ladung von einem Punkt wegbewegtUnd in B. Infolgedessen nimmt die potentielle Energie des Feldes ab. Es geschieht, weil die Arbeit getan wurde. Diese Leistungscharakteristik des elektrischen Feldes ändert sich nicht, wenn die Bewegung unter äußerem Einfluss erfolgt ist. In diesem Fall nimmt die potentielle Energie nicht ab, sondern zu. Darüber hinaus ändert sich diese physikalische Eigenschaft des elektrischen Felds direkt proportional zur angelegten äußeren Kraft, die die Ladung im elektrischen Feld bewegt. Es ist zu beachten, dass in diesem Fall die gesamte geleistete Arbeit darauf verwendet wird, die potenzielle Energie zu erhöhen. Um das Thema zu verstehen, nehmen wir das folgende Beispiel. Wir haben also eine positive Ladung. Es befindet sich außerhalb des betrachteten elektrischen Feldes. Dadurch ist der Einfluss so gering, dass er vernachlässigt werden kann. Es entsteht eine äußere Kraft, die eine Ladung in das elektrische Feld einbringt. Sie erledigt die für den Umzug notwendigen Arbeiten. Dabei werden die Kräfte des Feldes überwunden. Somit entsteht ein Aktionspotential, aber schon im elektrischen Feld selbst. Es sollte beachtet werden, dass dies ein heterogener Indikator sein kann. Die Energie, die sich auf jede spezifische Einheit positiver Ladung bezieht, wird also das Potential des Feldes an diesem Punkt genannt. Es ist zahlenmäßig gleich der Arbeit, die von einer externen Kraft geleistet wurde, um das Subjekt an einen bestimmten Ort zu bewegen. Das Feldpotential wird in Volt gemessen.
Spannung
In jedem elektrischen Feld können Sie beobachten, wie positive Ladungen von Punkten mit hohem Potential zu solchen mit niedrigen Werten dieses Parameters "wandern". Negative folgen diesem Weg in die entgegengesetzte Richtung. Aber in beiden Fällen geschieht dies nur aufgrund der Anwesenheit von potentieller Energie. Daraus wird die Spannung berechnet. Dazu muss man wissen, um welchen Wert die potentielle Energie des Feldes kleiner geworden ist. Die Spannung ist numerisch gleich der Arbeit, die aufgewendet wurde, um eine positive Ladung zwischen zwei bestimmten Punkten zu übertragen. Daraus ist eine interessante Korrespondenz ersichtlich. Spannung und Potentialdifferenz sind in diesem Fall also dieselbe physikalische Größe.
Überlagerung elektrischer Felder
Also haben wir die Haupteigenschaften des elektrischen Feldes betrachtet. Aber um das Thema besser zu verstehen, schlagen wir vor, zusätzlich eine Reihe von Parametern zu berücksichtigen, die wichtig sein können. Und wir beginnen mit einer Überlagerung von elektrischen Feldern. Zuvor haben wir Situationen betrachtet, in denen es nur eine bestimmte Ladung gab. Aber es gibt viele von ihnen auf den Feldern! Stellen wir uns daher in Anbetracht einer realitätsnahen Situation vor, dass wir mehrere Anklagepunkte haben. Dann stellt sich heraus, dass Kräfte, die der Regel der Vektoraddition gehorchen, auf die Versuchsperson einwirken. Auch das Superpositionsprinzip besagt, dass eine komplexe Bewegung in zwei oder mehr einfache unterteilt werden kann. Es ist unmöglich, ein realistisches Bewegungsmodell zu entwickeln, ohne die Überlagerung zu berücksichtigen. Mit anderen Worten, das Teilchen, das wir unter bestehenden Bedingungen betrachten, wird von verschiedenen Ladungen beeinflusst, von denen jede ihre eigene hatelektrisches Feld.
Verwenden
Es sei darauf hingewiesen, dass jetzt die Möglichkeiten des elektrischen Feldes nicht voll ausgeschöpft werden. Genauer gesagt wird sein Potenzial von uns kaum genutzt. Als praktische Umsetzung der Möglichkeiten des elektrischen Feldes kann der Kronleuchter von Chizhevsky angeführt werden. Früher, Mitte des letzten Jahrhunderts, begann die Menschheit, den Weltraum zu erforschen. Aber Wissenschaftler hatten viele ungelöste Fragen. Einer davon ist die Luft und ihre schädlichen Bestandteile. Die Lösung dieses Problems nahm der sowjetische Wissenschaftler Chizhevsky auf, der sich gleichzeitig für die Energiecharakteristik des elektrischen Feldes interessierte. Und es sollte beachtet werden, dass er eine wirklich gute Entwicklung hatte. Dieses Gerät basierte auf der Technik, aeroionische Luftströme aufgrund kleiner Entladungen zu erzeugen. Aber im Rahmen des Artikels interessieren wir uns weniger für das Gerät selbst als für das Funktionsprinzip. Tatsache ist, dass für die Funktion des Chizhevsky-Kronleuchters keine stationäre Stromquelle verwendet wurde, sondern ein elektrisches Feld! Spezielle Kondensatoren wurden verwendet, um die Energie zu konzentrieren. Die Energiecharakteristik des elektrischen Feldes der Umgebung beeinflusste maßgeblich den Erfolg des Gerätes. Das heißt, dieses Gerät wurde speziell für Raumfahrzeuge entwickelt, die buchstäblich mit Elektronik vollgestopft sind. Es wurde von den Ergebnissen der Aktivitäten anderer Geräte angetrieben, die an konstante Stromquellen angeschlossen waren. Es sei darauf hingewiesen, dass die Richtung nicht aufgegeben wurde und jetzt die Möglichkeit untersucht wird, Energie aus dem elektrischen Feld zu entnehmen. Wahrheit,Es sei darauf hingewiesen, dass noch keine nennenswerten Fortschritte erzielt wurden. Es ist auch notwendig, den relativ kleinen Umfang der laufenden Forschung und die Tatsache zu beachten, dass die meisten von ihnen von freiwilligen Erfindern durchgeführt werden.
Welche Eigenschaften werden von elektrischen Feldern beeinflusst?
Warum sie studieren? Wie bereits erwähnt, sind die Eigenschaften eines elektrischen Feldes Stärke, Spannung und Potential. Im Leben eines gewöhnlichen gewöhnlichen Menschen können diese Parameter keinen signifikanten Einfluss haben. Aber wenn Fragen auftauchen, dass etwas Großes und Komplexes getan werden sollte, dann ist es ein Luxus, sie nicht zu berücksichtigen. Tatsache ist, dass eine übermäßige Anzahl elektronischer Felder (oder deren übermäßige Stärke) zu Störungen bei der Übertragung von Signalen durch Geräte führt. Dies führt zu einer Verzerrung der übertragenen Informationen. Es sei darauf hingewiesen, dass dies nicht das einzige Problem dieser Art ist. Neben dem weißen Rauschen der Technik können auch zu starke elektronische Felder die Funktion des menschlichen Körpers negativ beeinflussen. Es sei darauf hingewiesen, dass eine kleine Ionisierung des Raums immer noch als Segen angesehen wird, da sie zur Staubablagerung auf den Oberflächen einer menschlichen Wohnung beiträgt. Aber wenn man sich anschaut, wie viele verschiedene Geräte (Kühlschränke, Fernseher, Boiler, Telefone, Stromsysteme usw.) in unseren Haush alten vorhanden sind, können wir daraus schließen, dass dies leider nicht gut für unsere Gesundheit ist. Es sollte beachtet werden, dass die niedrigen Eigenschaften elektrischer Felder uns fast keinen Schaden zufügenDie Menschheit ist seit langem an kosmische Strahlung gewöhnt. Aber bei der Elektronik ist das schwer zu sagen. Natürlich wird es nicht möglich sein, all dies abzulehnen, aber es ist möglich, die negativen Auswirkungen elektrischer Felder auf den menschlichen Körper erfolgreich zu minimieren. Dafür reicht es übrigens aus, die Prinzipien des energieeffizienten Einsatzes von Technik anzuwenden, die eine Minimierung der Betriebszeit von Mechanismen vorsehen.
Schlussfolgerung
Wir haben untersucht, welche physikalische Größe eine Eigenschaft des elektrischen Feldes ist, wo was zum Einsatz kommt, welches Potenzial an Entwicklungen und deren Anwendung im Alltag besteht. Aber ich möchte noch ein paar abschließende Worte zum Thema hinzufügen. Es sollte beachtet werden, dass eine ziemlich große Anzahl von Menschen an ihnen interessiert war. Eine der sichtbarsten Spuren in der Geschichte hinterließ der berühmte serbische Erfinder Nikola Tesla. Dabei gelang ihm ein beachtlicher Erfolg bei der Umsetzung seiner Pläne, leider nicht bei der Energieeffizienz. Wenn also der Wunsch besteht, in diese Richtung zu arbeiten, gibt es viele unentdeckte Möglichkeiten.
