Jak existuje elektrické pole?

Mnoho lidí se ptá, co přesně je elektrické pole? Jaký je rozdíl mezi elektrickým polem a elektromagnetickým polem? A nejdůležitější otázkou je, jak může pole ovlivňovat okolní předměty a lidi a jak lze měřit sílu tohoto vlivu?

Na jeden koncept je spousta otázek, takže je potřeba chápat vše postupně. K tomu je nejlepší striktně oddělit všechny pojmy, co se k čemu vztahuje.

Elektrické a elektromagnetické pole

Především je třeba poznamenat, že tyto dva pojmy by se neměly zaměňovat, přestože jsou si mírně podobné. V přírodě existují elektrická a magnetická pole, která se vzájemně ovlivňují a za určitých podmínek se mohou navzájem generovat.

Elektromagnetické pole je výsledkem interakce elektrických a magnetických polí, základního fyzikálního pole, které vzniká kolem nabitých těles. Elektrické pole je tedy součástí elektromagnetického pole, které zase generuje elektromagnetické vlny, které se šíří prostorem rychlostí světla. Nejde o nic jiného než o poruchy elektromagnetického pole.

Elektrické pole

Jak již bylo zmíněno dříve, elektrické pole je součástí základního elektromagnetického pole, je to zvláštní typ hmoty, která existuje kolem nabitých těles nebo částic.

Může také existovat ve volné formě, když nastanou změny v magnetickém poli, protože na sobě přímo závisí a vzájemně se ovlivňují. Příkladem takové změny mohou být elektromagnetické vlny.

Elektrické pole tedy vzniká v prostoru kolem nabitých těles a je to druh hmoty neviditelný pro běžné lidské vidění. Ale lze jej také zaznamenávat a měřit díky vlastnostem, které má.

Elektrické síly neustále působí na tělesa v poli; určují množství energie, kterou má dané elektrické pole. V diagramech je elektrické pole znázorněno ve formě souvislých siločar – to je tradiční zobrazení, které je přijímáno po celém světě.

Ley linky nejsou fikce, ve skutečnosti existují. Pokud umístíte částice sádry, dříve suspendované v oleji, do elektrického pole, budou se otáčet podél čar, takže můžete určit směr.

Síla elektrického pole

Elektrické pole lze měřit. Jako kvantitativní ukazatel se zavádí pojem síla elektrického pole – to je jeho výkonová charakteristika. Podstatou této charakteristiky je, že pole působí na jakýkoli náboj uvnitř něj určitou silou, a proto lze tuto sílu měřit a určit intenzitu jejího působení.

Jinými slovy, napětí je poměr síly působící na náboj k velikosti tohoto náboje. V elektrotechnice se intenzita elektrického pole používá k charakterizaci jeho intenzity. Napětí lze nazvat hlavní charakteristikou elektrického pole, jeho „síla a síla“

Elektrický potenciál

Elektrické pole může měřit různé kvantitativní charakteristiky, lze určit jeho intenzitu a sílu vlivu. Podle těchto ukazatelů lze posoudit, jaký vliv může mít na těla a na lidi.

Elektrické pole má ale i další charakteristiku, kterou lze nazvat energetickou rezervou. Tato energetická rezerva je schopnost elektrického pole konat práci.

Co se tím přesně myslí? Energii lze naakumulovat, například pružinu stlačíte nebo natáhnete a pružina udělá určitou práci díky energii, která se v ní objeví.

Úplně stejná situace je s elektrickým polem. Jakmile se do něj vnese nabité těleso nebo částice, okamžitě se uvolní zásoba energie. Náboj se začne pohybovat podél siločar, a proto vykoná určité množství práce. Energie se koncentruje v každém bodě elektrického pole a může se v takových okamžicích uvolnit.

Pro tuto charakteristiku elektrického pole byl zaveden speciální pojem – elektrický potenciál. Existuje pro každý konkrétní bod a jeho hodnota se bude rovnat práci, kterou síly vykonají při pohybu náboje.

Při zvažování pojmu elektrický potenciál můžeme také mluvit o rozdílu potenciálu. Můžete si představit člověka, který šplhá po žebříku. K výstupu do desátého patra bude potřebovat více energie než k výstupu do sedmého.

Stejně tak v elektrickém poli platí, že čím dále je třeba náboj posunout, tím více energie je třeba vynaložit.

Obecně je elektrický potenciál charakteristikou elektrického pole, která vyjadřuje jeho sílu. Určuje „potenciál“, dodávku energie, práci, kterou lze vykonat.

Mimochodem, v některých speciálních případech, kdy nedochází ke změně elektrického a magnetického pole, se elektrický potenciál nazývá elektrostatický. Toto je jednodušší případ a napětí se vypočítá pomocí jednoduššího vzorce.

Elektricheskoe napryazhenie

Po zvážení pojmu elektrického potenciálu můžeme přejít k další charakteristice elektrického pole – napětí. Jak již bylo zmíněno dříve, každý bod v elektrickém poli má potenciál a mezi dvěma různými body se tvoří potenciálový rozdíl.

Potenciální rozdíl je zpravidla mnohem důležitější, protože s touto charakteristikou se nejčastěji musíme vypořádat. Když se náboj pohybuje v poli, potenciál určuje práci, která je vykonána.

Napětí je tedy určeno poměrem práce elektrického pole A k výši poplatku q, který se v něm pohybuje. Pokud si vzpomeneme na příklad, kdy člověk leze po schodech, tak nás v tomto případě málo zajímají konkrétní výšky jednotlivých podlaží, do kterých potřebuje vystoupat. Mnohem důležitější je pro nás přesně vzdálenost, kterou je potřeba urazit, rozdíl mezi nimi.

To znamená, že toto je potenciální rozdíl, pokud také zavedete koncept nákladu, který je třeba zvednout do horního patra, můžete pochopit, co znamená napětí.

Mezi dvěma body v elektrickém poli je rozdíl potenciálů a vzniká napětí. Charakterizuje dodávku energie, která se může uvolnit, když se náboj pohybuje mezi těmito dvěma body v uvažovaném elektrickém poli.

Všechny charakteristiky elektrického pole na sobě závisí, každou z nich lze určit, pokud jsou známy ostatní. Napětí je jedním z nejdůležitějších indikátorů elektrického obvodu, měří se ve voltech (V) a používá se k určení práce a výkonu.

Elektrické pole v přírodě a v každodenním životě

Elektrická pole se nacházejí všude; jsme jimi doslova obklopeni. Zpravidla je neoddělitelný od magnetických polí a tvoří jednotlivá elektromagnetická pole. Objevují se kolem jakéhokoli nabitého tělesa. Jako příklad jej můžete získat tak, že si obyčejným kuličkovým perem natřete vlasy.

Elektrické pole vzniká také v blízkosti obrazovek televizorů s katodovými trubicemi nebo stejných počítačových monitorů. Můžete to i cítit, stačí zvednout ruku a vlasy se začnou přitahovat. A takových příkladů najdete spoustu.

Interakce elektrických nábojů se vysvětluje tím, že kolem každého náboje je elektrické pole.

Elektrické pole

Pole elektrického náboje – jedná se o hmotný předmět, je spojitý v prostoru a je schopen působit na jiné elektrické náboje. Elektrické pole stacionárních nábojů se nazývá elektrostatický. Elektrostatické pole je tvořeno pouze elektrickými náboji, existuje v prostoru kolem těchto nábojů a je s nimi nerozlučně spojeno.

Pokud přivedete nabitou tyč v určité vzdálenosti k elektroskopu, aniž byste se dotkli její osy, jehla se stále ukloní. Jedná se o působení elektrického pole.

Síla elektrického pole

Náboje, které jsou od sebe v určité vzdálenosti, se vzájemně ovlivňují. Tato interakce se provádí prostřednictvím elektrického pole. Přítomnost elektrického pole lze detekovat umístěním elektrických nábojů do různých bodů v prostoru. Pokud na náboj v daném bodě působí elektrická síla, znamená to, že v daném bodě prostoru existuje elektrické pole. Graficky jsou silová pole znázorněna siločárami.

elektrické vedení je přímka, jejíž tečna se v každém bodě shoduje s vektorem intenzity elektrického pole v tomto bodě.

Síla elektrického pole je fyzikální veličina, která se číselně rovná síle působící na jednotkový náboj umístěný v daném bodě pole. Za směr vektoru napětí se považuje směr síly působící na bodový kladný náboj.

Rovnoměrné elektrické pole – jedná se o pole, v jehož všech bodech má napětí stejnou absolutní hodnotu a směr. Elektrické pole mezi dvěma opačně nabitými kovovými deskami je přibližně rovnoměrné. Siločáry takového pole jsou přímky stejné hustoty.

Potenciál. Potenciální rozdíl. Kromě intenzity je důležitou charakteristikou elektrického pole potenciál j. Potenciál j je energetická charakteristika elektrického pole, zatímco intenzita E je jeho silová charakteristika, protože potenciál se rovná potenciální energii, kterou má jednotkový náboj v daném bodě pole, a intenzita se rovná síle, se kterou pole působí na tento jednotkový náboj.

Dielektrika v elektrickém poli

Dielektrika nebo izolanty se nazývají tělesa, která přes sebe nemohou vést elektrický náboj. To je vysvětleno absencí bezplatných poplatků v nich.

Pokud je jeden konec dielektrika umístěn v elektrickém poli, pak nedojde k redistribuci náboje, protože v dielektriku nejsou žádné volné nosiče náboje. Oba konce dielektrika budou neutrální. Přitažlivost nenabitého tělesa z dielektrika k nabitému tělesu se vysvětluje skutečností, že v elektrickém poli dochází k polarizaci dielektrika, tj. k posunutí opačných směrů vázaných nábojů, které tvoří atomy a molekuly dielektrika. látka.

Polární a nepolární dielektrika

К nepolární Patří sem dielektrika, v jejichž atomech nebo molekulách se střed záporně nabitého elektronového mraku shoduje se středem kladného atomového jádra. Například inertní plyny, kyslík, vodík, benzen.

Polární dielektrika se skládají z molekul, ve kterých se centra rozložení kladných a záporných nábojů neshodují. Například alkoholy, voda. Jejich molekuly lze považovat za soubor dvou bodových nábojů, které jsou stejné velikosti a opačného znaménka, které se nacházejí v určité vzdálenosti od sebe. Takový obecně neutrální systém se nazývá elektrický dipól.

Vodiče v elektrickém poli

Vodiče jsou tělesa, která mohou sama procházet elektrickým nábojem. Tato vlastnost vodičů je vysvětlena přítomností volných nosičů náboje v nich. Příklady vodičů zahrnují kovy a roztoky elektrolytů.

Pokud vezmete kovový vodič a umístíte jeho jeden konec do elektrického pole, objeví se na tomto konci elektrický náboj. Podle zákona zachování elektrického náboje se na druhém konci vodiče objeví náboj stejné velikosti a opačného znaménka. Jev oddělení nepodobných nábojů ve vodiči umístěném v elektrickém poli se nazývá elektrostatická indukce.

Když je vodič zaveden do elektrického pole, volné náboje v něm se začnou pohybovat. Redistribuce nábojů způsobuje změnu elektrického pole. Pohyb nábojů se zastaví teprve tehdy, když se intenzita elektrického pole uvnitř vodiče vynuluje. Volné náboje se přestanou pohybovat po povrchu vodivého tělesa, když dosáhnou rozložení, ve kterém je vektor intenzity elektrického pole v libovolném bodě kolmý k povrchu tělesa. Elektrostatické pole uvnitř vodiče je nulové; veškerý statický náboj vodiče je soustředěn na jeho povrchu.

Elektrická kapacita a kondenzátor

Elektrická kapacita – kvantitativní měření schopnosti vodiče udržet náboj.

Nejjednodušší metody separace na rozdíl od elektrických nábojů – elektrifikace a elektrostatická indukce – umožňují získat malé množství volných elektrických nábojů na povrchu těles. Používají se k akumulaci významných množství opačných elektrických nábojů конденсаторы.

Kondenzátor je soustava dvou vodičů (desek) oddělených dielektrickou vrstvou, jejíž tloušťka je v porovnání s velikostí vodičů malá. Například se vytvoří dvě ploché kovové desky umístěné paralelně a oddělené dielektrickou vrstvou byt kondenzátor.

Pokud jsou desky plochého kondenzátoru nabity stejnou velikostí a opačnými znaménky, pak intenzita elektrického pole mezi deskami bude dvakrát silnější než intenzita pole jedné desky. Mimo desky je intenzita elektrického pole nulová, protože stejné náboje opačných znamének na dvou deskách vytvářejí elektrická pole vně desek, jejichž síly jsou stejné velikosti, ale opačného směru.

Elektrický proud

Jedná se o řízený pohyb nabitých částic. V kovech jsou nosiči proudu volné elektrony, v elektrolytech – záporné a kladné ionty, v polovodičích – elektrony a díry, v plynech – ionty a elektrony. Kvantitativní charakteristikou proudu je síla proudu.

Zdrojem může být galvanický článek (probíhají chemické reakce a vnitřní energie se přeměňuje na elektrickou energii) a baterie (pro nabíjení jí prochází stejnosměrný proud, v důsledku chemické reakce se jedna elektroda nabije kladně, druhá záporně nabité.

Působení elektrického proudu: tepelné, chemické, magnetické.

Směr elektrického proudu: od + do –

Usměrněný pohyb nabitých částic

Proto postačující podmínkou existence proudu je přítomnost elektrického pole a volných nosičů náboje. Přítomnost proudu lze posuzovat podle jevů, které jej provázejí: Vodič, kterým proud protéká, se zahřívá. Elektrický proud může změnit chemické složení vodiče.

Silový vliv na sousední body a zmagnetizovaná tělesa.

Když uvnitř vodiče existuje elektrické pole, existuje na jeho koncích potenciálový rozdíl. Pokud se nezmění, vytvoří se ve vodiči konstantní elektrický proud.

Síla proudu

Síla proudu – poměr náboje přenášeného průřezem vodiče během časového intervalu k tomuto časovému intervalu.

Síla proudu, stejně jako náboj, je skalární veličina. Může být pozitivní i negativní. Kladný směr proudu je považován za pohyb kladných nábojů. Pokud se síla proudu v průběhu času nemění, je proud volán trvalý .

Elektromotorická síla

Aby elektrický proud mohl ve vodiči existovat po dlouhou dobu, je nutné zachovat nezměněné podmínky, za kterých elektrický proud vzniká.

Ve vnějším obvodu se elektrické náboje pohybují pod vlivem sil elektrického pole. Ale aby byl zachován potenciální rozdíl na koncích vnějšího obvodu, je nutné pohybovat elektrickými náboji uvnitř zdroje proudu proti silám elektrického pole. Takový pohyb lze provádět pouze působením sil neelektrostatické povahy.

Síly, které způsobují pohyb elektrických nábojů uvnitř zdroje stejnosměrného proudu proti směru působení sil elektrostatického pole, se nazývají vnější síly. Síly třetích stran v galvanickém článku nebo baterii vznikají jako výsledek elektrochemických procesů probíhajících na rozhraní elektroda-elektrolyt. U stejnosměrného stroje je vnější silou Lorentzova síla.

Sériové a paralelní zapojení vodičů

Vodiče ve stejnosměrných elektrických obvodech mohou být zapojeny do série a paralelně.

Pro sériové připojení Elektrický obvod nemá žádné odbočky; všechny vodiče jsou zařazeny do obvodu jeden po druhém.

Síla proudu ve všech vodičích je stejná, protože elektrický náboj se ve vodičích neakumuluje a stejný náboj po určitou dobu prochází průřezem vodiče.

Když jsou vodiče zapojeny do série, jejich celkový elektrický odpor se rovná součtu elektrických odporů všech vodičů.

V paralelním zapojení elektrický obvod má větve (bod větvení se nazývá uzel). Začátky a konce vodičů mají společné přípojné body ke zdroji proudu.

V tomto případě je napětí na všech vodičích stejné. Intenzita proudu je rovna součtu intenzit proudu ve všech paralelně zapojených vodičích, protože elektrický náboj se v uzlu neakumuluje za jednotku času, je roven náboji opouštějícímu uzel za stejnou dobu .

Připojení proudových zdrojů

Připojení proudových zdrojů

Chemické zdroje e. d.s. (baterie, prvky) jsou vzájemně propojeny sériově, paralelně a smíšeně.

Sériové připojení např. d.s. Obrázek ukazuje tři vzájemně propojené baterie. Toto spojení baterií, kdy je mínus každého předchozího zdroje spojeno s plusem následujícího zdroje, se nazývá sériové spojení. Skupina vzájemně propojených baterií nebo článků se nazývá baterie.