Postavljen u datu tačku u polju, veličina ovog naboja je:

.

Iz ove definicije jasno je zašto napetost električno polje ponekad se naziva i karakteristika sile električnog polja (zaista, cijela razlika od vektora sile koja djeluje na nabijenu česticu je samo u konstantnom faktoru).

U svakoj tački u prostoru ovog trenutka vremena, postoji sopstvena vektorska vrednost (uopšteno govoreći, različita je u različitim tačkama u prostoru), dakle, to je vektorsko polje. Formalno, to je izraženo u notaciji

predstavljajući jačinu električnog polja kao funkciju prostornih koordinata (i vremena, budući da se može mijenjati s vremenom). Ovo polje, zajedno sa poljem vektora magnetske indukcije, je elektromagnetno polje, a zakoni kojima se ono povinuje predmet su elektrodinamike.

Jačina električnog polja u SI mjeri se u voltima po metru [V/m] ili njutnima po kulonu.

Jačina električnog polja u klasičnoj elektrodinamici

Iz navedenog je jasno da je jačina električnog polja jedna od glavnih fundamentalnih veličina klasične elektrodinamike. U ovoj oblasti fizike, samo vektor magnetske indukcije (zajedno sa vektorom jakosti električnog polja, koji formira tenzor elektromagnetskog polja) i električni naboj mogu se nazvati uporedivim po vrednosti. S neke tačke gledišta, potencijali elektromagnetnog polja (koji zajedno čine jedan elektromagnetski potencijal) izgledaju jednako važni.

  • Preostali pojmovi i količine klasične elektrodinamike, kao što su električna struja, gustina struje, gustina naelektrisanja, vektor polarizacije, kao i pomoćno električno indukciono polje i jačina magnetnog polja – iako prilično važni i značajni, njihov značaj je mnogo manji, a zapravo mogu se smatrati korisnim i smislenim, ali pomoćnim veličinama.

Dajemo kratak pregled glavnih konteksta klasične elektrodinamike u pogledu jačine električnog polja.

Sila kojom elektromagnetno polje djeluje na nabijene čestice

Ukupna sila kojom elektromagnetno polje (uključujući, općenito govoreći, električnu i magnetsku komponentu) djeluje na nabijenu česticu izražava se formulom Lorentzove sile:

Gdje q - električni nabojčestica, - njena brzina, - vektor magnetne indukcije (glavna karakteristika magnetnog polja), kosi krst označava vektorski proizvod. Formula je data u SI jedinicama.

Kao što vidimo, ova formula je u potpunosti konzistentna sa definicijom jakosti električnog polja datom na početku članka, ali je opštija, jer također uključuje djelovanje magnetskog polja na nabijenu česticu (ako se kreće).

U ovoj formuli se pretpostavlja da je čestica tačkasta. Međutim, ova formula omogućava izračunavanje sila koje djeluju sa strane elektromagnetno polje na tijela bilo kojeg oblika sa bilo kojom raspodjelom naboja i struja - samo trebate koristiti uobičajenu fizičku tehniku ​​razbijanja složenog tijela na male (matematički - beskonačno male) dijelove, od kojih se svaki može smatrati točkastim i tako uključen u opseg primenljivosti formule.

Preostale formule koje se koriste za izračunavanje elektromagnetskih sila (kao što je, na primjer, formula Amperove sile) mogu se smatrati posljedicama osnovne formule Lorentzove sile, posebnih slučajeva njene primjene itd.

Međutim, da bi se ova formula mogla primijeniti (čak iu najjednostavnijim slučajevima, kao što je izračunavanje sile interakcije između dva točkasta naboja), potrebno je znati (umijeti izračunati) i čemu su posvećeni sljedeći paragrafi.

Maxwellove jednadžbe

Zajedno sa formulom Lorentzove sile, dovoljna teorijska osnova za klasičnu elektrodinamiku su jednačine elektromagnetskog polja, nazvane Maxwellove jednačine. Njihov standardni tradicionalni oblik su četiri jednadžbe, od kojih tri uključuju vektor jakosti električnog polja:

Ovdje je gustina naboja, gustina struje i univerzalne konstante (jednačine su ovdje napisane u SI jedinicama).

Evo najosnovnijeg i najjednostavnijeg oblika Maxwellovih jednadžbi - takozvanih "jednačina za vakuum" (iako su, suprotno nazivu, prilično primjenjive za opisivanje ponašanja elektromagnetnog polja u mediju). Detalji o drugim oblicima pisanja Maxwellovih jednadžbi -.

Ove četiri jednačine, zajedno sa petom - jednačinom Lorentzove sile - u principu su dovoljne da u potpunosti opišu klasičnu (tj. ne kvantnu) elektrodinamiku, odnosno predstavljaju njene kompletne zakone. Da bi se uz njihovu pomoć riješili konkretni stvarni problemi, potrebne su i jednadžbe gibanja "materijalnih čestica" (u klasičnoj mehanici to su Newtonovi zakoni), a često i Dodatne informacije o konkretnim svojstvima fizička tijela i medija koji su uključeni u razmatranje (njihova elastičnost, električna provodljivost, polarizabilnost itd. itd.), kao i o drugim silama uključenim u problem (na primjer, gravitacija), međutim, sve ove informacije više nisu unutar opseg elektrodinamike kao takve, iako se često ispostavlja da je potrebno konstruisati zatvoreni sistem jednačina koje omogućavaju rešavanje određenog problema u celini.

"Materijalne jednačine"

Takve dodatne formule ili jednadžbe (obično ne egzaktne, već približne, često samo empirijske) koje nisu direktno uključene u područje elektrodinamike, ali se u njemu neizbježno koriste radi rješavanja specifičnih praktični problemi, nazvane "materijalne jednačine", su, posebno:

  • Zakon polarizacije
  • u različitim slučajevima, mnoge druge formule i relacije.

Veza sa potencijalima

Odnos između jakosti električnog polja i potencijala u općem slučaju je sljedeći:

gdje su skalarni i vektorski potencijali. Radi potpunosti, ovdje predstavljamo odgovarajući izraz za vektor magnetske indukcije:

U posebnom slučaju stacionarnih (koja se ne mijenjaju s vremenom) polja, prva jednadžba se pojednostavljuje na:

Ovo je izraz za komunikaciju elektrostatičko polje sa elektrostatičkim potencijalom.

Elektrostatika

Važan poseban slučaj u elektrodinamici sa praktične i teorijske tačke gledišta je slučaj kada su naelektrisana tela stacionarna (na primer, ako se proučava stanje ravnoteže) ili je brzina njihovog kretanja dovoljno mala da je moguće približno koristiti one metode proračuna koje vrijede za nepokretna tijela. Ovim posebnim slučajem bavi se grana elektrodinamike koja se zove elektrostatika.

Jednačine polja (Maxwellove jednadžbe) su također uvelike pojednostavljene (jednačine s magnetnim poljem se mogu eliminirati, a divergencija se može zamijeniti u jednačinu) i svedene na Poissonovu jednačinu:

a u područjima bez nabijenih čestica - Laplaceovoj jednadžbi:

Uzimajući u obzir linearnost ovih jednadžbi, a samim tim i primjenjivost principa superpozicije na njih, dovoljno je pronaći polje jediničnog naboja u jednoj tački da bi se zatim pronašao potencijal ili jačina polja stvorena bilo kojom raspodjelom naboja (zbrajanjem rješenja za tačkasto punjenje).

Gaussova teorema

Pokazalo se da je Gaussova teorema vrlo korisna u elektrostatici, čiji se sadržaj svodi na integralni oblik jedine netrivijalne Maxwellove jednadžbe za elektrostatiku:

gdje se integracija vrši preko bilo koje zatvorene površine S(izračunavanje fluksa kroz ovu površinu), Q- ukupni (ukupni) naboj unutar ove površine.

Ova teorema pruža izuzetno jednostavan i zgodan način za izračunavanje jakosti električnog polja u slučaju kada izvori imaju dovoljno visoku simetriju, odnosno sferni, cilindrični ili zrcalni + translacija. Konkretno, polje tačkastog naboja, sfere, cilindra, ravni može se lako pronaći na ovaj način.

Jačina električnog polja tačkastog naboja

U SI jedinicama

Za tačkasto naelektrisanje u elektrostatici, Coulombov zakon je tačan

. .

Istorijski gledano, prvi je otkriven Coulombov zakon, iako su sa teorijske tačke gledišta Maxwellove jednadžbe fundamentalnije. Sa ove tačke gledišta, to je njihova posljedica. Najlakši način da se dobije ovaj rezultat temelji se na , uzimajući u obzir sfernu simetriju problema: odaberite površinu S u obliku kugle sa centrom u tačkastom naelektrisanju, uzmite u obzir da će pravac biti očigledno radijalan, a veličina ovog vektora je ista svuda na odabranoj sferi (dakle E može se izvaditi iz predznaka integrala), a zatim, uzimajući u obzir formulu za površinu sfere poluprečnika r: , imamo:

gde odmah dobijamo odgovor E.

Odgovor za tada se dobija integracijom E:

Za GHS sistem

Formule i njihovo izvođenje su slične, razlika od SI je samo u konstantama.

Jačina električnog polja proizvoljne raspodjele naboja

Prema principu superpozicije za jačinu polja skupa diskretnih izvora imamo:

gdje je svaki

Zamjenom dobijamo:

Za kontinuiranu distribuciju slično je:

Gdje V- područje prostora u kojem se nalaze naboji (gustina naboja različita od nule), ili cijeli prostor, - vektor radijusa tačke za koju izračunavamo, - radijus vektor izvora, koji prolazi kroz sve tačke područja V prilikom integracije, dV- element zapremine. Možete zamijeniti x,y,z umjesto, umjesto, umjesto dV.

Sistemi jedinica

U sistemu SGS, jačina električnog polja se meri u SGSE jedinicama, u sistemu

Prije nego što shvatite kako odrediti jačinu električnog polja, neophodno je razumjeti suštinu ovog fenomena.

Svojstva električnog polja

Pokretna i stacionarna naelektrisanja učestvuju u stvaranju električnog polja. Prisustvo polja se manifestuje u njegovom snažnom dejstvu na njih. Osim toga, polje je sposobno stvoriti indukciju naboja smještenih na površini vodiča. Kada je polje stvoreno stacionarnim naelektrisanjem, ono se smatra stacionarnim električnim poljem. Drugi naziv je elektrostatičko polje. To je jedan od tipova elektromagnetnog polja, uz pomoć kojeg se javljaju sve interakcije sila koje se javljaju između nabijenih čestica.

Kako se mjeri jačina električnog polja?

Napetost je vektorska veličina koja djeluje silom na nabijene čestice. Veličina je definirana kao omjer sile usmjerene s njegove strane i veličine električnog naboja u određenoj tački u ovom polju. Ispitni električni naboj se uvodi u električno polje posebno da bi se mogao izračunati intenzitet.

Pored teorije, postoje praktične načine kako odrediti jačinu električnog polja:

  1. U proizvoljnom električnom polju potrebno je uzeti tijelo koje sadrži električni naboj. Dimenzije ovog tijela moraju biti manje od dimenzija tijela uz pomoć kojeg se stvara električno polje. U tu svrhu možete koristiti malu metalnu kuglicu s električnim nabojem. Potrebno je izmjeriti naboj lopte pomoću elektrometra i postaviti je u polje. Sila koja djeluje na loptu mora se izbalansirati dinamometrom. Nakon toga, očitavanja izražena u njutnima se uzimaju sa dinamometra. Ako se vrijednost sile podijeli sa vrijednošću punjenja, dobićete vrijednost napona izraženu u voltima/metar.
  2. Jačina polja u određenoj tački, na nekoj udaljenosti od naboja, prvo se određuje mjerenjem udaljenosti između njih. Zatim se vrijednost podijeli s rezultujućom razdaljinom na kvadrat. Na dobijeni rezultat primjenjuje se koeficijent 9*10^9.
  3. U kondenzatoru, određivanje napona počinje mjerenjem napona između njegovih ploča pomoću voltmetra. Zatim morate izmjeriti udaljenost između ploča. Vrijednost u voltima podijeljena je razmakom između ploča u metrima. Dobiveni rezultat će biti vrijednost jakosti električnog polja.

Tenzija Električno polje je vektorska veličina, što znači da ima numeričku veličinu i smjer. Veličina jačine električnog polja ima svoju dimenziju, koja zavisi od načina njenog izračunavanja.

Električna sila interakcije naelektrisanja opisuje se kao nekontaktno djelovanje, odnosno odvija se djelovanje na daljinu, odnosno djelovanje na daljinu. Da bi se opisali takvo djelovanje velikog dometa, zgodno je uvesti pojam električnog polja i uz njegovu pomoć objasniti djelovanje na daljinu.

Uzmimo električni naboj koji ćemo označiti simbolom Q. Ovaj električni naboj stvara električno polje, odnosno izvor je sile. Budući da u svemiru uvijek postoji barem jedan pozitivan i barem jedan negativan naboj, koji djeluju jedno na drugo na bilo kojoj, čak i beskonačno udaljenoj udaljenosti, onda je svaki naboj izvor snage, što znači da je prikladno opisati električno polje koje stvaraju. U našem slučaju, naplata Q je izvor električnom polju i smatraćemo ga upravo kao izvor polja.

Jačina električnog polja izvor naboj se može izmjeriti korištenjem bilo kojeg drugog naboja koji se nalazi negdje u njegovoj blizini. Naboj koji se koristi za mjerenje jakosti električnog polja naziva se test punjenje, jer se koristi za ispitivanje jačine polja. Probno punjenje ima određenu količinu napunjenosti i označeno je simbolom q.

Kada se postavi suđenje naboj u električno polje izvor snage(naplata Q), suđenje naboj će doživjeti djelovanje električne sile – bilo privlačenje ili odbijanje. Sila se može označiti simbolom kako se to obično prihvata u fizici F. Tada se veličina električnog polja može jednostavno definirati kao omjer sile i veličine suđenje naplatiti.

Ako je jačina električnog polja označena simbolom E, tada se jednačina može prepisati u simboličkom obliku kao

Standardne metričke jedinice za mjerenje jačine električnog polja proizilaze iz njegove definicije. Dakle, jačina električnog polja definirana je kao sila jednaka 1 Newton(H) podijeljeno sa 1 privjesak(Cl). Jačina električnog polja se mjeri u Newton/Coulomb ili na drugi način N/Kl. U SI sistemu se takođe meri u Voltmetar. Da bi se shvatila suština takvog predmeta, koliko je važnija dimenzija u metričkom sistemu u N/C, jer ova dimenzija odražava porijeklo takve karakteristike kao što je jačina polja. Notacija Volt/Metar čini koncept potencijala polja (Volt) osnovnim, što je korisno u nekim oblastima, ali ne u svim.

Gornji primjer uključuje dvije optužbe Q (izvor) I q suđenje. Oba ova naboja su izvor sile, ali koji bi se trebao koristiti u gornjoj formuli? U formuli postoji samo jedno punjenje i to je suđenje naplatiti q(nije izvor).

Ne zavisi od količine suđenje naplatiti q. Ovo može izgledati zbunjujuće na prvi pogled, ako stvarno razmislite o tome. Problem je što nemaju svi dobra navika misliti i ostati u takozvanom blaženom neznanju. Ako ne razmišljate, onda nećete imati ovu vrstu zabune. Dakle, kako jačina električnog polja ne zavisi od toga q, Ako q prisutan u jednačini? Odlično pitanje! Ali ako malo razmislite, možete odgovoriti na ovo pitanje. Povećanje količine suđenje naplatiti q- recimo, 2 puta - imenilac jednačine će se takođe povećati 2 puta. Ali u skladu sa Coulombovim zakonom, povećanje naboja će takođe proporcionalno povećati generisanu silu F. Naboj će se povećati 2 puta, a zatim snaga Fće se povećati za isti iznos. Budući da se imenilac u jednačini povećava za faktor dva (ili tri, ili četiri), brojilac će se povećati za isti faktor. Ove dvije promjene jedna drugu poništavaju, pa možemo sa sigurnošću reći da jačina električnog polja ne ovisi o količini suđenje naplatiti.

Dakle, bez obzira koliko suđenje naplatiti q koristi se u jednadžbi, jačina električnog polja E na bilo koji dati poen oko punjenja Q (izvor) će biti isti kada se izmjeri ili izračuna.

Saznajte više o formuli jakosti električnog polja

Gore smo se dotakli definicije jakosti električnog polja u načinu na koji se mjeri. Sada ćemo pokušati da istražimo detaljniju jednačinu sa varijablama kako bismo jasnije zamislili samu suštinu izračunavanja i merenja jačine električnog polja. Iz jednačine možemo tačno vidjeti na šta se utiče, a na šta ne. Da bismo to učinili, prvo se trebamo vratiti na jednačinu Coulombovog zakona.

Coulombov zakon to kaže električna sila F između dva naelektrisanja direktno je proporcionalna umnošku broja ovih naelektrisanja i obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti između njihovih centara.

Ako dodamo naša dva naboja u jednačinu Coulombovog zakona Q (izvor) I q (suđenje naplatiti), tada dobijamo sljedeći unos:


Ako je izraz za električnu silu F kako se određuje Coulombov zakon zamijeniti u jednadžbu za jačina električnog polja E koji je dat gore, onda dobijamo sljedeću jednačinu:

Zapiši to suđenje naplatiti q je smanjen, odnosno uklonjen i iz brojnika i iz nazivnika. Nova formula za jačinu električnog polja E izražava jačinu polja u terminima dvije varijable koje na nju utiču. Jačina električnog polja zavisi od iznosa početne naknade Q i sa udaljenosti od ovog naboja d na tačku u prostoru, odnosno geometrijsku lokaciju u kojoj je određena vrijednost napetosti. Tako imamo priliku da okarakterišemo električno polje kroz njegov intenzitet.

Zakon obrnutog kvadrata

Kao i sve formule u fizici, formule za jačinu električnog polja mogu se koristiti algebarski rješavanje problema (problema) fizike. Kao i svaka druga formula u njenoj algebarskoj notaciji, možete proučavati formulu za jačinu električnog polja. Ovakva istraživanja doprinose dubljem razumijevanju suštine fizički fenomen i karakteristike ovog fenomena. Jedna od karakteristika formule jačine polja je da ona ilustruje inverzni kvadratni odnos između jačine električnog polja i udaljenosti do tačke u prostoru od izvora polja. Jačina električnog polja stvorenog u izvoru naboja Q obrnuto proporcionalno kvadratu udaljenosti od izvora. Inače kažu da je željena količina obrnuto proporcionalno kvadratu .

Jačina električnog polja ovisi o geometrijskom položaju u prostoru, a njena vrijednost opada s povećanjem udaljenosti. Tako, na primjer, ako se udaljenost poveća za 2 puta, tada će se intenzitet smanjiti za 4 puta (2 2), ako se udaljenosti između smanji za 2 puta, tada će se jačina električnog polja povećati za 4 puta (2 2). Ako se udaljenost poveća za 3 puta, tada se jačina električnog polja smanjuje za 9 puta (3 2). Ako se udaljenost poveća za 4 puta, tada se jačina električnog polja smanjuje za 16 (4 2).

Smjer vektora jakosti električnog polja

Kao što je ranije spomenuto, jačina električnog polja je vektorska veličina. Za razliku od skalarne veličine, vektorska veličina nije u potpunosti opisana osim ako nije specificiran njen smjer. Veličina vektora električnog polja izračunava se kao veličina sile na bilo kojem mjestu suđenje naelektrisanje koje se nalazi u električnom polju.

Sila koja deluje na suđenje naboj može biti usmjeren ili prema izvoru naboja ili direktno od njega. Tačan smjer sile ovisi o predznacima probnog naboja i izvora naboja, da li imaju isti predznak naboja (javlja se odbijanje) ili su im predznaci suprotni (dolazi do privlačenja). Za rješavanje problema smjera vektora električnog polja, bilo da je usmjeren prema izvoru ili dalje od izvora, usvojena su pravila koja koriste svi naučnici svijeta. Prema ovim pravilima, smjer vektora je uvijek od naboja sa pozitivnim predznakom polariteta. To se može predstaviti u obliku linija sile koje izlaze iz naboja pozitivnih predznaka i ulaze u naboje negativnih predznaka.

Formule elektriciteta i magnetizma. Proučavanje osnova elektrodinamike tradicionalno počinje električnim poljem u vakuumu. Da biste izračunali silu interakcije između dva točkasta naboja i da biste izračunali jačinu električnog polja stvorenog tačkastim nabojem, morate biti u stanju primijeniti Coulombov zakon. Za izračunavanje jačine polja koje stvaraju proširena naelektrisanja (nabijena nit, ravan, itd.), koristi se Gaussova teorema. Za sistem električnih naboja potrebno je primijeniti princip

Prilikom proučavanja teme „Jednosmerna struja" potrebno je uzeti u obzir Ohmove i Joule-Lenzove zakone u svim oblicima.Prilikom proučavanja „Magnetizma" potrebno je imati na umu da magnetsko polje nastaje pokretnim naelektrisanjem i deluje na pokretna naelektrisanja. Ovdje treba obratiti pažnju na Biot-Savart-Laplaceov zakon. Posebnu pažnju treba posvetiti Lorentzovoj sili i razmotriti kretanje nabijene čestice u magnetskom polju.

Električni i magnetne pojave povezani su posebnim oblikom postojanja materije – elektromagnetnim poljem. Osnova teorije elektromagnetnog polja je Maxwellova teorija.

Tabela osnovnih formula elektriciteta i magnetizma

Fizički zakoni, formule, varijable

Formule elektriciteta i magnetizma

Coulombov zakon:
Gdje q 1 i q 2 - vrijednosti tačkastih naboja,ԑ 1 - električna konstanta;
ε - dielektrična konstanta izotropne sredine (za vakuum ε = 1),
r je rastojanje između naelektrisanja.

Jačina električnog polja:

gdje Ḟ - sila koja djeluje na naboj q 0 , koji se nalazi na datoj tački polja.

Jačina polja na udaljenosti r od izvora polja:

1) punkt

2) beskonačno duga nabijena nit s linearnom gustinom naboja τ:

3) jednolično nabijena beskonačna ravan s površinskom gustinom naboja σ:

4) između dve suprotno naelektrisane ravni

Potencijal električnog polja:

gdje je W - potencijalna energija naplatiti q 0 .

Potencijal polja tačkastog naboja na udaljenosti r od naboja:

Prema principu superpozicije polja, napetost:

Potencijal:

gdje je Ē i i ϕ i- napetost i potencijal u datoj tački polja, kreirao i-th naplatiti.

Rad koji vrše sile električnog polja da pomaknu naboj q iz tačke s potencijalomϕ 1 do tačke sa potencijalomϕ 2:

Odnos između napetosti i potencijala

1) za neujednačeno polje:

2) za jednoobrazno polje:

Električni kapacitet usamljenog provodnika:

Kapacitet kondenzatora:

Električni kapacitet ravnog kondenzatora:

gdje je S površina ploče (jedne) kondenzatora,

d je rastojanje između ploča.

Energija napunjenog kondenzatora:

Snaga struje:

Gustoća struje:

gdje je S površina presjek kondukter.

Otpor provodnika:

l je dužina provodnika;

S je površina poprečnog presjeka.

Ohmov zakon

1) za homogeni dio lanca:

2) u diferencijalnom obliku:

3) za dio kola koji sadrži EMF:

gdje ε - EMF izvor struja,

R i r - vanjski i unutrašnji otpor kola;

4) za zatvoreno kolo:

Joule-Lenzov zakon

1) za homogeni dio lanca jednosmerna struja:
gdje je Q količina topline koja se oslobađa u provodniku sa strujom,
t - trenutno vrijeme prolaska;

2) za dio kola sa strujom koja varira tokom vremena:

Trenutna snaga:

Odnos između magnetne indukcije i jačine magnetnog polja:

gdje je B vektor magnetske indukcije,
μ √ magnetna permeabilnost izotropne sredine, (za vakuum μ = 1),
µ 0 - magnetna konstanta,
H - jačina magnetnog polja.

Magnetna indukcija(indukcija magnetnog polja):
1) u centru kružne struje
gdje je R radijus kružne struje,

2) polja beskonačno duge prednje struje
gdje je r najkraća udaljenost do ose provodnika;

3) polje koje stvara komad provodnika koji nosi struju
gdje su ɑ 1 i ɑ 2 - uglovi između segmenta provodnika i linije koja spaja krajeve segmenta i tačku polja;
4) polja beskonačno dugog solenoida
gdje je n broj zavoja po jedinici dužine solenoida.

Jačina električnog polja može biti od velike važnosti kada se koriste kondenzatori i druge komponente kola. Žašto je to? Pogledajmo ovaj koncept sa stanovišta fizike.

Zašto je uveden sam koncept jačine električnog polja?

Karakterizira posebnu vrstu materije koja postoji oko bilo kojeg električnog naboja i manifestira se utjecajem na druge slične čestice. Napetost je karakteristika datog polja. Ovaj koncept je neophodno uzeti u obzir zbog činjenice da postoji uticaj na elektronske komponente bilo kog kola koji se nalazi u bilo kojoj elektrotehnici. A ako zanemarite ovaj aspekt, mašine koje ih imaju otkazat će vrlo brzo, možda čak i trenutno - pri prvom pokretanju. Kako savremena nauka smatra jačinu električnog polja?

Šta je napetost u smislu fizike?

Ovom konceptu je posvećena velika pažnja – naravno, jer moć naše civilizacije sada uveliko zavisi od razumevanja ovih procesa. Podrazumijeva se kao vektorska veličina koja se koristi za karakterizaciju električnog polja u jednoj tački. Ona je numerički jednaka omjeru sile koja djeluje na nepokretni tačkasti naboj koji se razmatra prema njegovoj veličini:

N=S/VZ, gdje je:

  1. N - napetost.
  2. S - snaga.
  3. VZ - iznos naknade koji se razmatra.

Evo kako odrediti jačinu električnog polja. I zato se to ponekad može nazvati njegovom snagom. Koja je jedina razlika? Ovaj slučaj se razlikuje od vektora sile koji djeluje na nabijenu česticu prisustvom konstantnog množitelja. Šta možete reći o njegovoj veličini?

Vrijednost vektora u svakoj tački u prostoru

Mora se uzeti u obzir da se ova vrijednost mijenja zajedno sa promjenama u koordinatama. Formalno, sve tačke vektorskog volumena mogu se izraziti na sljedeći način: E = E (x, y, z, t). Predstavlja jačinu električnog polja kao funkciju prostornih koordinata. A sada je potrebno na njih postaviti vektore magnetske indukcije. Kao rezultat, moguće je dobiti elektromagnetno polje, koje će zajedno sa svojim zakonima predstavljati predmet elektrodinamike. Kako se mjeri napetost datog objekta? Da biste to učinili, koristite indikator volta po metru ili njutnu po kulonu (bilježeći V/m ili N/C, respektivno).

Jačina električnog polja u klasičnoj elektrodinamici

Ona je prepoznata kao jedna od glavnih fundamentalnih veličina. Uporedivi po važnosti su vektor magnetne indukcije i električni naboj. U nekim slučajevima potencijali elektromagnetnog polja mogu dobiti sličan značaj. Štoviše, ako ih kombinirate zajedno, možete dobiti vrijednost koja pokazuje mogućnost utjecaja na druge objekte. Zove se elektromagnetski potencijal. Postoje i drugi koncepti. Električna struja, njena gustoća, vektor polarizacije, jačina magnetnog polja - svi su oni prilično značajni i važni, ali se smatraju samo pomoćnim veličinama. Pogledajmo nakratko osnovni kontekst koji klasična elektrodinamika pruža u pogledu jačine električnog polja.

Sila na nabijene čestice

Da bih izrazio opći pokazatelj utjecaja magnetskog polja, koristim Lorentzovu formulu:

C = EZCH*VS+EZCH*Sk*^VMI.

C je sila magnetskog polja na nabijenu česticu.

EPC je električni naboj jedne čestice.

VMI je vektor magnetske indukcije.

Sk je brzina kretanja čestica.

*^ - vektorski proizvod.

Ako pogledate formulu, možete vidjeti da je potpuno u skladu s prethodno datom definicijom jačine električnog polja. Ali sama jednadžba je generalizirana, budući da uključuje djelovanje magnetskog polja na nabijenu česticu dok se kreće. Takođe se pretpostavlja da je predmet koji se razmatra je tačkasti objekat. Formula vam omogućava da izračunate sile koje elektromagnetno polje djeluje na tijelo bilo kojeg oblika u kojem postoji proizvoljna raspodjela naboja i struja. Potrebno je samo razbiti složeni objekt na male dijelove, od kojih se svaki može smatrati točkom, a zatim postaje moguće primijeniti formulu na njega.

Šta možete reći o ostalim proračunima?

Ostale jednadžbe koje se koriste u proračunu elektromagnetnih sila smatraju se posljedicama Lorentzove formule. Nazivaju se i posebnim slučajevima njegove primjene. Iako za praktična primjenačak iu većini jednostavni zadaci Međutim, još uvijek je potrebno imati malu količinu znanja, o čemu će sada biti riječi.

Elektrostatika

Bavi se posebnim slučajevima kada su nabijena tijela nepomična, ili im je brzina kretanja toliko mala da se takvima smatraju. Kako izračunati jačinu električnog polja u ovom slučaju? Skalarni potencijal će nam pomoći u tome:

NEP = -∆SP.

NEP - jačina električnog polja.

SP - skalarni potencijal.

Vrijedi i suprotno. Rezultirajuća vrijednost naziva se elektrostatički potencijal. Također, ovaj pristup pojednostavljuje Maxwellovu jednačinu i pretvara se u Poissonovu formulu. Za posebne slučajeve površina bez nabijenih čestica koriste se proračuni Laplaceovom metodom. Imajte na umu da su sve jednadžbe linearne i da se na njih primjenjuje princip superpozicije. Da biste to učinili, morate pronaći polje samo jedne tačke jediničnog naboja. Zatim treba izračunati jačinu polja ili potencijal koji se stvara njihovom distribucijom. Znate li kako se zove rezultat? Sigurno ne. A njegovo ime je jačina električnog polja tačkastog naboja.

Maxwellove jednadžbe

Oni, zajedno sa formulom Lorentzove sile, čine teorijsku osnovu klasične elektrodinamike. Tradicionalna forma predstavljeno. Pošto je opis svakog od njih dug, predstaviću ih u obliku slike. Vjeruje se da su ove četiri jednadžbe i formula Lorentzove sile dovoljne da u potpunosti opišu klasičnu (samo klasičnu, ne kvantnu) elektrodinamiku. Ali šta je sa praksom? Da biste riješili stvarne probleme, možda će vam trebati i jednadžba koja opisuje kretanje materijalnih čestica (u klasičnoj mehanici svoju ulogu igraju Newtonovi zakoni). Također će vam trebati informacije o specifičnim svojstvima medija i fizičkih tijela koja se razmatraju (njihova elastičnost, električna provodljivost, polarizacija, itd.). Za rješavanje problema mogu se koristiti i druge sile koje nisu obuhvaćene elektrodinamikom (kao što je gravitacija), ali koje su neophodne za konstruiranje zatvorenog sistema jednačina ili rješavanje određenog problema.

Zaključak

Pa, da rezimiramo, možemo reći da je jakost električnog polja razmotrena prilično u potpunosti, kako općenito tako i u nekim posebnim slučajevima. Podaci predstavljeni u članku trebali bi biti više nego dovoljni za izračunavanje parametara za vaše buduće dizajne. O grafička slika možemo reći da su vektori jakosti električnog polja prikazani pomoću linija sile, koje se smatraju tangentima na svaku tačku. Ovu metodu opisa prvi je uveo Faraday. Ovdje autor završava o jačini električnog polja i hvala vam na pažnji.