Электрическое поле — что это такое, понятие в физике
Содержание
Одной из основ электротехники и физики является такое явление, как электрическое поле. Оно играет огромную роль не только в фундаментальной физической науке, но и широко применяется в различных практических областях: электротехнике, приборостроении, радиолюбительстве, медицине.
Электрополе
Определение
Классическое определение гласит, что электрическое поле (электрополе) – это особый вид материи, посредством которой происходит взаимодействие разно,- или одноименно заряженных частиц.
История развития электрического поля
Основными вехами истории развития учения о данном явлении являются следующие открытия:
- 1773 г. – французский астроном Ж.Л. Лангранж впервые применяет такое понятие, как «потенциал». Примененное относительно небесных тел это понятие в дальнейшем стало широко использоваться в физике.
- 1785 – Шарль Кулон сформулировал названный позднее его именем закон, описывающий взаимодействие заряженных частиц;
- 1812 – французский физик С.М. Пуассон применил понятие «потенциал» в описании электрических, электромагнитных процессов и явлений;
- 1819 – датский физик Х.К. Эрстед опытным путем показал влияние протекающего по проводнику тока на отклонение магнитной стрелки, происходящее под воздействием образующегося вокруг него электрополя;
- 1827 – Г. Омом сформулирован названный его именем основной закон электротехники, описывающий соотношение основных характеристик протекающего по проводнику электрического тока (напряжения, силы, сопротивления);
- 1831 – М. Фарадей, ученик известного британского ученого Гемфри Дэви, в своем труде по электромагнетизму описывает взаимодействие двух составляющих электромагнитного поля;
- 1873 –Д.К. Максвелл издает свой знаменитый фундаментальный труд «Трактат об электричестве и магнетизме», в котором ученый подробно описывает взаимодействие электрического и магнитного полей, приводит уравнения, описывающие их закономерность.
Важно! Данное явление часто называют ошибочно электронным полем. Подобного понятия в физике не существует.
Виды полей
В зависимости от модуля и вектора напряженности различают следующие виды электрополей:
- Однородное – модуль и вектор напряженности одинаковы (однородные) в любой точке поля;
- Неоднородное – модуль и вектор напряженности отличаются (неоднородные) в различных его точках.
В зависимости от того, каким источником тока создается поле, различают такие его виды, как:
- Создаваемое постоянным током – вектор напряженности имеет неизменное во времени направление;
- Создаваемое переменным током – вектор напряженности изменяется во времени.
Как устроено и действует электрическое поле
Проводники и диэлектрики в электрополях
Взаимодействие электрического поля на проводники и диэлектрики вследствие их разной электропроводности отличается:
- Если в электростатическое поле, образованное двумя плоскостями, внести проводник, под воздействием кулоновских сил находящиеся в нем заряды сконцентрируются на его поверхности. В это же самое время внутри проводника возникнет собственное поле, вектор напряженности которого противоположен, а модуль равен аналогичной характеристике внешнего. Вследствие этого проводник, несмотря на внешнее воздействие на него, будет оставаться нейтральным. Данное свойство широко используют для защиты приборов от воздействия на них электрического и магнитного полей.
- Если такие же манипуляции произвести с диэлектриком, образующееся внутри него поле будет иметь модуль напряженности меньше, чем внешнее. Соотношение модуля напряженности внутреннего и внешнего полей является постоянным для каждого диэлектрического материала значением, его принято называть диэлектрической проницаемости.
Также в диэлектриках в данной ситуации наблюдается такое явление, как поляризация – ограниченное перемещение связанных зарядов или диполей.
Конденсатор
Статическое распределение зарядов
Самый простой электростатический (однородный) вид данного явления образуется двумя неподвижными заряженными частицами сферической формы и графически обозначается силовыми линиями, направленными от положительного заряда к отрицательному.
Характеристики поля
Основными характеристиками описываемого явления являются напряженность, потенциал и напряжение.
Потенциал
Потенциал электрополя равен отношению потенциальной энергии помещенной в него пробной заряженной частицы к ее заряду. Если объяснять понятным большинству физиков и ученых языком, то данная характеристика равна отношению работы, совершаемой полем по перемещению заряженной частицы из одной точки в другую, к значению заряда данной частицы. Измеряется она в Вольтах (В).
Напряженность
Данная характеристика представляет собой силу, действующую на внесенный в определенную точку поля пробный статический положительный заряд. Имеет численное значение (модуль) и направление (вектор). Измеряется в Н/Кл.
Напряжение
Напряжение – эта применимая на практике характеристика, равная разности потенциалов между двумя образующими поле заряженными частицами. Как и потенциал, измеряется в Вольтах (В).
Наблюдение электрического поля в быту
Электрическое поле внутри проводников с избыточными зарядами
Если в проводнике избыток электронов, то под воздействием электростатического поля они концентрируются на его поверхности. При этом пределы тела электроны не покидают, благодаря наличию внутри проводника собственного поля, компенсирующего внешнее.
Электрическое поле внутри проводников с недостатком собственных электронов
Если в проводнике дефицит электронов, то являющиеся основными носителями заряда «дырки» под действием эл поля скапливаются на поверхности металла.
Сфера применения
Описываемое в данной статье явление обладает большой ролью в таких сферах, как медицина, химия, электротехника.
Использование в медицине
В медицине данное явление используется для улучшения кровообращения, восстановления поврежденных тканей, точечного прогревания, повышения температуры тела.
Медицинский УВЧ аппарат для прогревания
Применение в химии
В химии это явление применяется для разделения разнородных по составу жидкостей, фильтрации воды, удаления растворенных в веществах загрязнителей.
Электротехника
В электротехнике эта форма материи используется для беспроводной зарядки различных гаджетов (мобильных телефонов, планшетов) с помощью специального зарядного устройства, определения наличия в проводке напряжения бесконтактным способом (индикаторные отвертки на полевых транзисторах).
Возможности применения в будущем
Очень многие ученые считают, что электрическое поле – это очень важное явление, которое в будущем поможет совершить прорыв в области телекоммуникационных технологий, телепортации объектов на большие расстояния. В данных направлениях в настоящее время ведутся серьезные исследования и изыскания.
Таким образом, разобравшись в том, что такое представляет собой электрическое поле, можно не только понять и объяснить другим суть, а также основные характеристики данного явления, но и почерпнуть много полезных знаний о том, где оно применяется, какие перспективы в будущем имеет.
