De eigenschappen en kenmerken van het elektrische veld worden bestudeerd door bijna alle technische specialisten. Maar een universitaire opleiding is vaak geschreven in complexe en onbegrijpelijke taal. Daarom zullen in het kader van het artikel de kenmerken van elektrische velden op een toegankelijke manier worden beschreven, zodat iedereen ze kan begrijpen. Daarnaast zullen we speciale aandacht besteden aan onderling gerelateerde concepten (superpositie) en de mogelijkheden voor de ontwikkeling van dit gebied van de fysica.
Algemene informatie
Volgens moderne concepten hebben elektrische ladingen geen directe interactie met elkaar. Hieruit komt een interessant kenmerk naar voren. Elk geladen lichaam heeft dus zijn eigen elektrisch veld in de omringende ruimte. Het beïnvloedt andere entiteiten. De eigenschappen van elektrische velden zijn voor ons interessant omdat ze het effect van het veld op elektrische ladingen laten zien en de kracht waarmee het wordt uitgevoerd. Welke conclusie kan hieruit worden getrokken? Belaste lichamen hebben geen wederzijds direct effect. Hiervoor worden elektrische velden gebruikt. Hoe kunnen ze worden verkend? Om dit te doen, kunt u een testlading gebruiken - een kleine puntdeeltjesstraal, wat nietzal een grote impact hebben op de bestaande structuur. Dus wat zijn de kenmerken van het elektrische veld? Er zijn er drie: spanning, spanning en potentieel. Elk van hen heeft zijn eigen kenmerken en invloedssferen op de deeltjes.
Elektrisch veld: wat is het?
Maar voordat je verder gaat met het hoofdonderwerp van het artikel, moet je een bepaalde hoeveelheid kennis hebben. Als dat zo is, kan dit onderdeel veilig worden overgeslagen. Laten we eerst eens kijken naar de vraag naar de reden voor het bestaan van een elektrisch veld. Om het te zijn, is een vergoeding nodig. Bovendien moeten de eigenschappen van de ruimte waarin het geladen lichaam zich bevindt verschillen van die waar het niet bestaat. Er is hier zo'n kenmerk: als een lading in een bepaald coördinatenstelsel wordt geplaatst, zullen veranderingen niet onmiddellijk plaatsvinden, maar alleen met een bepaalde snelheid. Ze zullen zich, net als golven, door de ruimte verspreiden. Dit gaat gepaard met het verschijnen van mechanische krachten die op andere dragers in dit coördinatensysteem inwerken. En hier komen we bij het belangrijkste! De opkomende krachten zijn niet het resultaat van directe beïnvloeding, maar van interactie via een kwalitatief veranderde omgeving. De ruimte waarin dergelijke veranderingen plaatsvinden, wordt het elektrische veld genoemd.
Kenmerken
Een lading die zich in een elektrisch veld bevindt, beweegt in de richting van de kracht die erop werkt. Is het mogelijk om een staat van rust te bereiken? Ja, het is heel echt. Maar hiervoor moet de sterkte van het elektrische veld op een of andere manier in evenwicht worden gehoudenandere invloed. Zodra de onbalans optreedt, komt de lading weer in beweging. De richting zal in dit geval afhangen van de grotere kracht. Maar als het er veel zijn, zal het eindresultaat iets evenwichtigs en universeels zijn. Om je beter voor te stellen waar je mee moet werken, zijn krachtlijnen afgebeeld. Hun richtingen komen overeen met de werkende krachten. Opgemerkt moet worden dat krachtlijnen zowel een begin als een einde hebben. Met andere woorden, ze sluiten zichzelf niet af. Ze beginnen op positief geladen lichamen en eindigen op negatieve. Dit is niet alles, meer in detail over de krachtlijnen, hun theoretische achtergrond en praktische implementatie, we zullen iets verder in de tekst praten en ze samen met de wet van Coulomb bekijken.
Elektrische veldsterkte
Deze eigenschap wordt gebruikt om het elektrische veld te kwantificeren. Dit is vrij moeilijk te begrijpen. Deze eigenschap van het elektrische veld (sterkte) is een fysieke grootheid die gelijk is aan de verhouding van de werkingskracht op een positieve testlading, die zich op een bepaald punt in de ruimte bevindt, tot zijn waarde. Er is hier een bijzonder aspect. Deze fysieke grootheid is een vector. De richting ervan v alt samen met de richting van de kracht die op de positieve testlading inwerkt. U moet ook een veel voorkomende vraag beantwoorden en er rekening mee houden dat de sterktekarakteristiek van het elektrische veld precies de intensiteit is. En wat gebeurt er met immobiele en onveranderlijke onderwerpen? Hun elektrisch veld wordt als elektrostatisch beschouwd. Bij het werken met een puntlading eninteresse in de studie van spanning wordt geleverd door krachtlijnen en de wet van Coulomb. Welke functies bestaan hier?
Wet van Coulomb en krachtlijnen
De krachtkarakteristiek van het elektrische veld werkt in dit geval alleen voor een puntlading, die zich op een afstand van een bepaalde straal daarvan bevindt. En als we deze waarde modulo nemen, hebben we een Coulomb-veld. Daarin hangt de richting van de vector rechtstreeks af van het teken van de lading. Dus als het positief is, zal het veld langs de straal "bewegen". In de tegenovergestelde situatie zal de vector direct naar de lading zelf worden gericht. Voor een visueel begrip van wat er gebeurt en hoe, kunt u de tekeningen opzoeken en vertrouwd maken die de krachtlijnen weergeven. De belangrijkste kenmerken van het elektrische veld in leerboeken, hoewel nogal moeilijk uit te leggen, maar de tekeningen, ze moeten hun recht krijgen, ze zijn van hoge kwaliteit. Toegegeven, men moet een dergelijk kenmerk van boeken opmerken: bij het construeren van tekeningen van krachtlijnen is hun dichtheid evenredig met de modulus van de spanningsvector. Dit is een kleine hint die van grote hulp kan zijn bij de kenniscontrole of het examen.
Potentieel
De lading beweegt altijd als er geen krachtenevenwicht is. Dit vertelt ons dat in dit geval het elektrische veld potentiële energie heeft. Met andere woorden, het kan wat werk doen. Laten we een klein voorbeeld bekijken. Een elektrisch veld heeft een lading verplaatst van een puntEn in B. Als gevolg hiervan is er een afname van de potentiële energie van het veld. Het gebeurt omdat het werk is gedaan. Deze vermogenskarakteristiek van het elektrische veld verandert niet als de beweging onder invloed van buitenaf is gemaakt. In dit geval zal de potentiële energie niet afnemen, maar toenemen. Bovendien zal deze fysieke eigenschap van het elektrische veld veranderen in directe verhouding tot de uitgeoefende externe kracht, die de lading in het elektrische veld verplaatste. Opgemerkt moet worden dat in dit geval al het verrichte werk zal worden besteed aan het verhogen van de potentiële energie. Laten we het volgende voorbeeld nemen om het onderwerp te begrijpen. We hebben dus een positieve lading. Het bevindt zich buiten het beschouwde elektrische veld. Hierdoor is de impact zo klein dat deze kan worden verwaarloosd. Er ontstaat een externe kracht, die een lading in het elektrische veld introduceert. Ze doet het werk dat nodig is om te bewegen. In dit geval worden de krachten van het veld overwonnen. Er ontstaat dus een actiepotentiaal, maar al in het elektrische veld zelf. Opgemerkt moet worden dat dit een heterogene indicator kan zijn. Dus de energie die betrekking heeft op elke specifieke eenheid van positieve lading, wordt op dat moment de potentiaal van het veld genoemd. Het is numeriek gelijk aan het werk dat werd gedaan door een externe kracht om het onderwerp naar een bepaalde plaats te verplaatsen. De veldpotentiaal wordt gemeten in volt.
Spanning
In elk elektrisch veld kunt u zien hoe positieve ladingen "migreren" van punten met een hoog potentieel naar die met lage waarden van deze parameter. Negatieven volgen dit pad in de tegenovergestelde richting. Maar in beide gevallen gebeurt dit alleen vanwege de aanwezigheid van potentiële energie. Hieruit wordt de spanning berekend. Om dit te doen, is het noodzakelijk om de waarde te kennen waarmee de potentiële energie van het veld kleiner is geworden. De spanning is numeriek gelijk aan het werk dat is gedaan om een positieve lading tussen twee specifieke punten over te brengen. Hieruit blijkt een interessante correspondentie. Dus spanning en potentiaalverschil zijn in dit geval dezelfde fysieke entiteit.
Superpositie van elektrische velden
Dus we hebben de belangrijkste kenmerken van het elektrische veld overwogen. Maar om het onderwerp beter te begrijpen, stellen we voor om ook een aantal parameters in overweging te nemen die van belang kunnen zijn. En we beginnen met een superpositie van elektrische velden. Voorheen hebben we gekeken naar situaties waarin er maar één specifieke heffing was. Maar er zijn er veel in de velden! Laten we ons daarom, gezien een situatie die dicht bij de realiteit ligt, voorstellen dat we verschillende aanklachten hebben. Dan blijkt dat krachten die zich aan de regel van vectoroptelling houden, op de proefpersoon inwerken. Het principe van superpositie zegt ook dat een complexe beweging in twee of meer eenvoudige kan worden verdeeld. Het is onmogelijk om een realistisch bewegingsmodel te ontwikkelen zonder rekening te houden met superpositie. Met andere woorden, het deeltje dat we onder de huidige omstandigheden beschouwen, wordt beïnvloed door verschillende ladingen, die elk hun eigenelektrisch veld.
Gebruik
Opgemerkt moet worden dat de mogelijkheden van het elektrische veld nu niet volledig worden benut. Zelfs, het zou juister zijn om te zeggen, het potentieel ervan wordt door ons nauwelijks gebruikt. De kroonluchter van Chizhevsky kan worden aangehaald als een praktische implementatie van de mogelijkheden van het elektrische veld. Eerder, in het midden van de vorige eeuw, begon de mensheid de ruimte te verkennen. Maar wetenschappers hadden veel onopgeloste vragen. Een daarvan is lucht en zijn schadelijke componenten. De Sovjetwetenschapper Chizhevsky, die tegelijkertijd geïnteresseerd was in de energiekarakteristiek van het elektrische veld, nam de oplossing van dit probleem op zich. En het moet worden opgemerkt dat hij een heel goede ontwikkeling heeft doorgemaakt. Dit apparaat was gebaseerd op de techniek om aero-ionische luchtstromen te creëren door kleine ontladingen. Maar in het kader van het artikel zijn we niet zozeer geïnteresseerd in het apparaat zelf, als wel in het principe van de werking ervan. Het feit is dat voor het functioneren van de Chizhevsky-kroonluchter geen stationaire stroombron werd gebruikt, maar een elektrisch veld! Speciale condensatoren werden gebruikt om de energie te concentreren. De energiekarakteristiek van het elektrische veld van de omgeving heeft het succes van het apparaat aanzienlijk beïnvloed. Dat wil zeggen, dit apparaat is speciaal ontwikkeld voor ruimtevaartuigen, die letterlijk vol zitten met elektronica. Het werd aangedreven door de resultaten van de activiteiten van andere apparaten die waren aangesloten op constante stroombronnen. Opgemerkt moet worden dat de richting niet werd verlaten en dat de mogelijkheid om energie uit het elektrische veld te halen nu wordt onderzocht. Waarheid,Opgemerkt moet worden dat er nog geen significante vooruitgang is geboekt. Het is ook noodzakelijk om rekening te houden met de relatief kleine schaal van het lopende onderzoek en het feit dat de meeste ervan worden uitgevoerd door vrijwillige uitvinders.
Wat zijn de kenmerken van elektrische velden die worden beïnvloed door?
Waarom ze bestuderen? Zoals eerder vermeld, zijn de kenmerken van een elektrisch veld sterkte, spanning en potentiaal. In het leven van een gewoon persoon kunnen deze parameters niet opscheppen over significante invloed. Maar als er vragen rijzen dat er iets groots en complexs moet gebeuren, dan is het een luxe om daar niet aan te denken. Feit is dat een te groot aantal elektronische velden (of hun overmatige sterkte) leidt tot interferentie in de overdracht van signalen door apparatuur. Dit leidt tot vervorming van de verzonden informatie. Opgemerkt moet worden dat dit niet het enige probleem van dit type is. Naast de witte ruis van technologie kunnen te sterke elektronische velden ook het functioneren van het menselijk lichaam negatief beïnvloeden. Opgemerkt moet worden dat een kleine ionisatie van de kamer nog steeds als een zegen wordt beschouwd, omdat het bijdraagt aan de afzetting van stof op de oppervlakken van een menselijke woning. Maar als je kijkt naar hoeveel allerlei soorten apparatuur (koelkasten, tv's, boilers, telefoons, stroomsystemen, enzovoort) er in onze huizen zijn, kunnen we concluderen dat dit helaas niet goed is voor onze gezondheid. Opgemerkt moet worden dat de lage kenmerken van elektrische velden ons bijna geen kwaad doen, omdatDe mensheid is al lang gewend aan kosmische straling. Maar over elektronica is het moeilijk te zeggen. Natuurlijk zal het niet mogelijk zijn om dit alles te weigeren, maar het is mogelijk om de negatieve impact van elektrische velden op het menselijk lichaam met succes te minimaliseren. Hiervoor volstaat het trouwens om de principes van energiezuinig gebruik van technologie toe te passen, die zorgen voor het minimaliseren van de bedrijfstijd van mechanismen.
Conclusie
We hebben onderzocht welke fysieke hoeveelheid kenmerkend is voor het elektrische veld, waar wat wordt gebruikt, wat het potentieel is van ontwikkelingen en hun toepassing in het dagelijks leven. Maar toch wil ik nog een paar laatste woorden over het onderwerp toevoegen. Opgemerkt moet worden dat een vrij groot aantal mensen in hen geïnteresseerd was. Een van de meest zichtbare sporen in de geschiedenis werd achtergelaten door de beroemde Servische uitvinder Nikola Tesla. Daarin boekte hij aanzienlijke successen met betrekking tot de uitvoering van zijn plannen, maar helaas niet op het gebied van energie-efficiëntie. Daarom, als er een wens is om in deze richting te werken, zijn er veel onontdekte kansen.
