Un campo eléctrico surge alrededor de una carga o cuerpo cargado en el espacio. En este campo, cualquier carga se ve afectada por la fuerza electrostática de Coulomb. Un campo es una forma de materia que transmite interacciones de fuerza entre cuerpos macroscópicos o partículas que componen la sustancia. En un campo electrostático se produce la interacción de fuerzas de cuerpos cargados. Un campo electrostático es un campo eléctrico estacionario y es un caso especial de campo eléctrico creado por cargas estacionarias.
El campo eléctrico se caracteriza en cada punto del espacio por dos características: potencia - el vector de la intensidad eléctrica y energía - el potencial, que es cantidad escalar. La fuerza de un punto dado del campo eléctrico se llama vector. cantidad fisica, numéricamente igual y coincidente en dirección con la fuerza que actúa desde el campo sobre una unidad carga positiva, colocado en el punto del campo en cuestión:
Una línea de campo eléctrico es una línea cuyas tangentes en cada punto determinan las direcciones de los vectores de intensidad de los puntos correspondientes del campo eléctrico. El número de líneas de campo que pasan a través de una unidad de área normal a estas líneas es numéricamente igual a la magnitud del vector de intensidad del campo eléctrico en el centro de esta área. Líneas de tensión campo electrostático comience con una carga positiva y vaya hasta el infinito para el campo creado por esta carga. Para el campo creado por una carga negativa, las líneas de fuerza van desde el infinito hasta la carga.
El potencial de campo electrostático en un punto dado es una cantidad escalar numéricamente igual a energía potencial unidad de carga positiva colocada este punto campos:
El trabajo que realizan las fuerzas del campo electrostático al mover un punto. carga electrica, es igual al producto de esta carga por la diferencia de potencial entre los puntos inicial y final del camino:
donde y son los potenciales de los potenciales inicial y puntos finales campos al mover una carga.
La tensión está relacionada con el potencial del campo electrostático mediante la relación:
El gradiente de potencial indica la dirección del cambio de potencial más rápido cuando se mueve en una dirección perpendicular a una superficie de igual potencial.
La intensidad del campo es numéricamente igual al cambio de potencial por unidad de longitud. , medido en la dirección perpendicular a la superficie de igual potencial y dirigido en la dirección de su disminución (signo menos):
Lugar geométrico Los puntos del campo eléctrico cuyos potenciales son iguales se denomina superficie equipotencial o superficie de igual potencial. El vector de intensidad de cada punto del campo eléctrico es normal a la superficie equipotencial trazada a través de este punto. En la figura. 1 muestra gráficamente el campo eléctrico formado por una carga puntual positiva y un plano cargado negativamente R.
Las líneas continuas son superficies equipotenciales con potenciales , , etc., las líneas de puntos son líneas de campo y su dirección se muestra mediante una flecha.
Como se sabe, rasgo característico conductores es que siempre tienen gran número Portadores de carga móviles, es decir, electrones o iones libres.
Dentro de un conductor, estos portadores de carga, en general, se mueven de forma caótica. Sin embargo, si hay un campo eléctrico en el conductor, entonces al movimiento caótico de los portadores se le superpone su movimiento ordenado en la dirección de acción. fuerzas electricas. Este movimiento dirigido de los portadores de carga móviles en un conductor bajo la influencia de un campo siempre se produce de tal manera que el campo dentro del conductor se debilita. Dado que el número de portadores de carga móviles en un conductor es grande (el metal contiene aproximadamente electrones libres), su movimiento bajo la influencia del campo se produce hasta que el campo dentro del conductor desaparece por completo. Descubramos con más detalle cómo sucede esto.
Deje que un conductor metálico, que consta de dos partes apretadas entre sí, se coloque en un campo eléctrico externo E (figura 15.13). En electrones libres En este conductor, las fuerzas del campo actúan hacia la izquierda, es decir, en dirección opuesta al vector de intensidad del campo. (Explique por qué.) Como resultado del desplazamiento de electrones bajo la influencia de estas fuerzas, aparece un exceso de cargas positivas en el extremo derecho del conductor y un exceso de electrones en el extremo izquierdo. Por lo tanto, surge un campo interno (campo de cargas desplazadas) entre los extremos del conductor, que en la Fig. 15.13 se muestra con líneas de puntos. Adentro
conductor, este campo se dirige hacia el externo y cada electrón libre que queda dentro del conductor actúa con una fuerza dirigida hacia la derecha.
fuerza primero más poder y su resultante se dirige hacia la izquierda. Por lo tanto, los electrones dentro del conductor continúan desplazándose hacia la izquierda y el campo interno aumenta gradualmente. Cuando se acumulan bastantes electrones libres en el extremo izquierdo del conductor (todavía forman una parte insignificante de ellos número total), la fuerza será igual a la fuerza y su resultante será igual a cero. Después de esto, los electrones libres que quedan dentro del conductor se moverán sólo de forma caótica. Esto significa que la intensidad del campo dentro del conductor es cero, es decir, que el campo dentro del conductor ha desaparecido.
Entonces, cuando un conductor entra en un campo eléctrico, se electrifica de modo que aparece una carga positiva en un extremo y una carga negativa de la misma magnitud en el otro. Esta electrificación se denomina inducción electrostática o electrificación por influencia. Tenga en cuenta que en este caso sólo se redistribuyen los cargos propios del revisor. Por lo tanto, si dicho conductor se retira del campo, sus polos positivo y cargas negativas volverá a distribuirse uniformemente por todo el volumen del conductor y todas sus partes se volverán eléctricamente neutras.
Es fácil comprobar que en los extremos opuestos de un conductor electrificado por influencia, efectivamente hay cantidades iguales de cargas de signo opuesto. Dividamos este conductor en dos partes (Fig. 15.13) y luego retírelas del campo. Conectando cada parte del conductor a un electroscopio independiente, nos aseguraremos de que estén cargados. (Piense en cómo puede demostrar que estos cargos tienen signos opuestos.) Si volvemos a conectar las dos partes para que formen un solo conductor, encontraremos que las cargas están neutralizadas. Esto significa que antes de la conexión, las cargas en ambas partes del conductor eran iguales en magnitud y de signo opuesto.
El tiempo durante el cual el conductor está electrificado por la influencia es tan corto que el equilibrio de cargas en el conductor se produce casi instantáneamente. En este caso, la tensión y, por tanto, la diferencia de potencial dentro del conductor, se vuelve en todas partes. igual a cero. Entonces, para dos puntos cualesquiera dentro del conductor la relación es verdadera
En consecuencia, cuando las cargas del conductor están en equilibrio, el potencial de todos sus puntos es el mismo. Esto también se aplica a un conductor electrificado por contacto con un cuerpo cargado. Tomemos una bola conductora y coloquemos una carga en el punto M de su superficie (figura 15.14). Luego en el explorador en poco tiempo Surge un campo y en el punto M se produce un exceso de carga. Bajo la influencia de las fuerzas de este campo.
la carga se distribuye uniformemente por toda la superficie de la bola, lo que provoca la desaparición del campo dentro del conductor.
Entonces, independientemente de cómo esté electrificado el conductor, cuando las cargas están en equilibrio, no hay campo dentro del conductor y el potencial de todos los puntos del conductor es el mismo (tanto dentro como en la superficie del conductor). Al mismo tiempo, el campo fuera del conductor electrificado, por supuesto, existe y sus líneas de intensidad son normales (perpendiculares) a la superficie del conductor. Esto se puede ver desde el siguiente razonamiento. Si la línea de tensión estuviera en algún lugar inclinada hacia la superficie del conductor (figura 15.15), entonces la fuerza que actúa sobre la carga en este punto de la superficie podría descomponerse en componentes, luego, bajo la influencia de una fuerza dirigida a lo largo de la superficie. , las cargas se moverían a lo largo de la superficie del conductor, por lo que no debería haber equilibrio de carga. Por tanto, cuando las cargas del conductor están en equilibrio, su superficie es una superficie equipotencial.
Si no hay campo dentro de un conductor cargado, entonces densidad aparente los cargos en él (la cantidad de electricidad por unidad de volumen) deben ser cero en todas partes.
De hecho, si hubiera una carga en un volumen pequeño de un conductor, entonces existiría un campo eléctrico alrededor de este volumen.
En la teoría de campos se ha demostrado que en equilibrio todo el exceso de carga de un conductor electrificado se encuentra en su superficie. Esto significa que todos parte interior Este conductor se puede quitar y nada cambiará en la disposición de las cargas en su superficie. Por ejemplo, si dos bolas de metal solitarias de igual tamaño, una de las cuales es sólida y la otra hueca, están igualmente electrificadas, entonces los campos alrededor de las bolas serán los mismos. M. Faraday fue el primero en demostrarlo experimentalmente.
Entonces, si un conductor hueco se coloca en un campo eléctrico o se electrifica por contacto con un cuerpo cargado, entonces
Cuando las cargas están en equilibrio, el campo dentro de la cavidad no existirá. En esto se basa la protección electrostática. Si cualquier dispositivo se coloca en una caja de metal, los campos eléctricos externos no penetrarán dentro de la caja, es decir, el funcionamiento y las lecturas de dicho dispositivo no dependerán de la presencia y los cambios de campos eléctricos externos.
Averigüemos ahora cómo se organizan los cargos a lo largo superficie exterior conductor. Tomemos una malla metálica con dos asas aislantes, a la que se pegan hojas de papel (Fig. 15.16). Si carga la malla y luego la estira (Fig. 15.16, a), las hojas a ambos lados de la malla se separarán. Si doblas la malla formando un anillo, entonces solo las hojas con afuera rejillas (Fig. 15.16, b). Al darle a la malla una curvatura diferente, puede asegurarse de que las cargas estén ubicadas solo en el lado convexo de la superficie y en aquellos lugares donde la superficie es más curvada ( radio más pequeño curvatura), se acumulan más cargas.
Entonces, la carga se distribuye uniformemente sólo sobre la superficie de un conductor esférico. En forma libre conductor densidad superficial carga a, y por lo tanto la intensidad del campo cerca de la superficie del conductor es mayor donde la curvatura de la superficie es mayor. La densidad de carga es especialmente alta en las protuberancias y en las puntas del conductor (figura 15.17). Esto se puede verificar tocando varios puntos del conductor electrificado con una sonda y luego tocando el electroscopio. Un conductor electrificado que tiene puntas o está equipado con una punta pierde rápidamente su carga. Por lo tanto, el conductor en el que se debe almacenar la carga. por mucho tiempo, no debería tener ningún punto.
(Piense en por qué la varilla de un electroscopio termina en una bola).
¿Qué nos permite decir que existe un campo eléctrico alrededor de un cuerpo cargado?
- La presencia de voltaje electromagnético y campos de vórtices.
- el efecto de un campo eléctrico sobre una carga.
experiencia sencilla:
1. Coge un palo de madera y ata con un hilo de seda una manga hecha con un envoltorio de chocolate brillante.
2. frotar el mango sobre el pelo o la lana.
3. Lleve el asa a la manga; la manga se desviará
esto nos permite afirmar que alrededor de un cuerpo cargado (en en este caso bolígrafos, hay un campo eléctrico))) - alguien me ayuda a resolver este problema
http://otvet.mail.ru/question/94520561 - todo está en el libro de texto)
- Enlace (electrono.ru Intensidad del campo eléctrico, electricidad...)
- En el espacio alrededor de un cuerpo cargado eléctricamente existe un campo eléctrico, que es uno de los tipos de materia. El campo eléctrico tiene reserva. energía eléctrica, que se manifiesta en forma de fuerzas eléctricas que actúan sobre cuerpos cargados en el campo.
El campo eléctrico se representa convencionalmente en forma de líneas de fuerza eléctricas, que muestran las direcciones de acción de las fuerzas eléctricas creadas por el campo eléctrico.
Las líneas eléctricas divergen en lados diferentes de cuerpos cargados positivamente y convergen en cuerpos con carga negativa. El campo creado por dos placas paralelas planas con cargas opuestas se llama uniforme.
El campo eléctrico se puede hacer visible colocando en él partículas de yeso suspendidas en aceite líquido: giran a lo largo del campo y se posicionan a lo largo de él. líneas eléctricas. Un campo uniforme es un campo eléctrico cuya intensidad es la misma en magnitud y dirección en todos los puntos del espacio.Wikipedia: para cuantificación Se introduce el campo eléctrico. característica de potencia- intensidad del campo eléctrico - cantidad física vectorial, igual a la proporción la fuerza con la que actúa el campo sobre una carga de prueba positiva colocada en un punto dado del espacio, a la magnitud de esta carga. La dirección del vector de tensión coincide en cada punto del espacio con la dirección de la fuerza que actúa sobre la carga de prueba positiva.
El campo entre dos placas metálicas planas con cargas opuestas es aproximadamente uniforme. En un campo eléctrico uniforme, las líneas de tensión se dirigen paralelas entre sí. - Recárgate y saca un poco de pelusa de tu almohada. Todo quedará muy claro.
- Si acercas otro objeto cargado eléctricamente al primero, también será eléctrico. objeto cargado, entonces puedes ver su interacción, lo que prueba la existencia de un campo eléctrico.
- Te permite calcular las leyes de la física.
- Campo electrico - forma especial materia que existe alrededor de cuerpos o partículas con carga eléctrica, así como en forma libre en ondas electromagnéticas Oh. El campo eléctrico es directamente invisible, pero puede observarse mediante su acción y con la ayuda de instrumentos. El principal efecto del campo eléctrico es la aceleración de cuerpos o partículas con carga eléctrica.
El campo eléctrico se puede considerar como modelo matemático, que describe el valor de la intensidad del campo eléctrico en un punto dado del espacio. Douglas Giancoli escribió: “Cabe destacar que el campo no es una especie de sustancia; o mejor dicho, es un concepto extremadamente útil... La cuestión de la “realidad” y la existencia del campo eléctrico es en realidad una cuestión filosófica, incluso metafísica. En física, el concepto de campo ha demostrado ser extremadamente útil: es uno de los mayores logros mente humana."
El campo eléctrico es uno de los componentes de un solo campo electromagnético y la manifestación de la interacción electromagnética.
Propiedades físicas del campo eléctrico.
En la actualidad, la ciencia aún no ha llegado a un entendimiento entidad fisica campos como el eléctrico, magnético y gravitacional, así como sus interacciones entre sí. Los resultados se acaban de describir hasta el momento. impacto mecanico sobre cuerpos cargados, y también existe una teoría de las ondas electromagnéticas, descrita por las ecuaciones de Maxwell.Efecto de campo: el efecto de campo es que cuando se aplica un campo eléctrico a la superficie de un medio eléctricamente conductor, la concentración en su capa cercana a la superficie cambia. medios libres cargar. Este efecto subyace al funcionamiento de los transistores de efecto de campo.
El efecto principal del campo eléctrico es el efecto de la fuerza sobre cuerpos o partículas estacionarios (en relación con el observador) cargados eléctricamente. Si un cuerpo cargado está fijo en el espacio, no acelera bajo la influencia de la fuerza. El campo magnético (el segundo componente de la fuerza de Lorentz) también ejerce una fuerza sobre las cargas en movimiento.
Observando el campo eléctrico en la vida cotidiana.
Para crear un campo eléctrico es necesario crear una carga eléctrica. Frota un poco de dieléctrico sobre lana o algo similar, como un bolígrafo de plástico, sobre tu propio cabello. Se creará una carga en el mango y un campo eléctrico a su alrededor. Un bolígrafo cargado atraerá pequeños trozos de papel. Si frota un objeto más grande, como una banda elástica, sobre lana, en la oscuridad podrá ver pequeñas chispas resultantes de descargas eléctricas.A menudo se produce un campo eléctrico cerca de la pantalla del televisor cuando se enciende o apaga el receptor de televisión. Este campo se puede sentir por su efecto sobre los pelos de las manos o de la cara.
El campo eléctrico es uno de los conceptos teóricos, explicando los fenómenos de interacción entre cuerpos cargados. La sustancia no se puede tocar, pero se puede demostrar su existencia, lo que se hizo mediante cientos de experimentos naturales.
Interacción de cuerpos cargados.
Estamos acostumbrados a considerar las teorías obsoletas como una utopía, pero los hombres de ciencia no son en absoluto estúpidos. Hoy en día, la doctrina de Franklin sobre el fluido eléctrico suena divertida; el destacado físico Apinus le dedicó un tratado completo. La ley de Coulomb fue descubierta experimentalmente basándose en escalas de torsión Georg Ohm utilizó métodos similares para deducir lo conocido. Pero ¿qué hay detrás de todo esto?
Debemos admitir que el campo eléctrico es simplemente otra teoría, no inferior al fluido de Franklin. Hoy se conocen dos hechos sobre la sustancia:
Los hechos expuestos sentaron las bases para la comprensión moderna de las interacciones en la naturaleza y sirven de apoyo a la teoría de la interacción de corto alcance. Además de esto, los científicos han planteado otras suposiciones sobre la esencia del fenómeno observado. La teoría de la acción de corto alcance implica la distribución instantánea de fuerzas sin la participación del éter. Dado que los fenómenos son más difíciles de sentir que un campo eléctrico, muchos filósofos han tildado de idealistas esas opiniones. En nuestro país fueron criticados con éxito. poder soviético, como, como saben, a los bolcheviques no les agradaba Dios, picotearon en cada oportunidad la idea de la existencia de algo "que dependía de nuestras ideas y acciones" (mientras estudiaban los superpoderes de Juna).
Franklin explicó las cargas positivas y negativas de los cuerpos por el exceso o la insuficiencia de fluido eléctrico.
Características del campo eléctrico.
El campo eléctrico se describe mediante una cantidad vectorial: la intensidad. Flecha cuya dirección coincide con la fuerza que actúa en un punto sobre una unidad de carga positiva, cuya longitud es proporcional a la magnitud de la fuerza. A los físicos les resulta conveniente utilizar el potencial. La cantidad es escalar; es más fácil imaginarla usando el ejemplo de la temperatura: en cada punto del espacio hay un valor determinado. El potencial eléctrico se refiere al trabajo realizado para mover una unidad de carga desde un punto de potencial cero a un punto determinado.
Un campo descrito de la manera anterior se llama irrotacional. A veces se le llama potencial. La función del potencial del campo eléctrico es continua y varía suavemente en la extensión del espacio. Como resultado, seleccionamos puntos de igual potencial que pliegan las superficies. Para una esfera de carga unitaria: otro objeto, campo más débil(Ley de Coulomb). Las superficies se llaman equipotenciales.
Para comprender las ecuaciones de Maxwell, comprenda varias características. campo vectorial:
- Gradiente potencial electrico Llamado vector, la dirección coincide con el crecimiento más rápido del parámetro de campo. Cuanto más rápido cambie el valor, mayor será el valor. El gradiente se dirige desde valor menor potencial para más:
- El gradiente es perpendicular a la superficie equipotencial.
- Cuanto mayor sea el gradiente, más cerca estará la ubicación de las superficies equipotenciales que difieren entre sí en valor especificado potencial de campo eléctrico.
- El gradiente de potencial, tomado con el signo opuesto, es la intensidad del campo eléctrico.
Potencial eléctrico. Pendiente "subiendo cuesta arriba"
- La divergencia es una cantidad escalar calculada para el vector de intensidad del campo eléctrico. Es análogo a un gradiente (para vectores), muestra la tasa de cambio de un valor. La necesidad de introducir una característica adicional: el campo vectorial no tiene gradiente. Por lo tanto, la descripción requiere un cierto análogo: la divergencia. Parámetro en notación matemática similar a un gradiente, denotado letra griega nabla, usado para cantidades vectoriales.
- El rotor del campo vectorial se llama vórtice. Físicamente, el valor es cero cuando el parámetro cambia uniformemente. Si el rotor es distinto de cero, se producen curvas de línea cerrada. Campos potenciales cargos puntuales por definición, no hay vórtice. Las líneas de tensión en este caso no son necesariamente rectas. Simplemente cambian suavemente, sin formar vórtices. Un campo con un rotor distinto de cero a menudo se denomina solenoidal. A menudo se utiliza un sinónimo: vórtice.
- El flujo total del vector está representado por la integral de superficie del producto de la intensidad del campo eléctrico y el área elemental. El límite de magnitud cuando la capacitancia del cuerpo tiende a cero representa la divergencia del campo. El concepto de límite se estudia en las clases de último año. escuela secundaria, el estudiante puede hacerse una idea sobre el tema de discusión.
Las ecuaciones de Maxwell describen un campo eléctrico que varía en el tiempo y muestran que en tales casos surge una onda. Generalmente se acepta que una de las fórmulas indica la ausencia de aislados cargas magnéticas(polos). A veces en la literatura nos encontramos con un operador especial: el laplaciano. Denotado como el cuadrado de la nabla, calculado para cantidades vectoriales, representado por la divergencia del gradiente de campo.
A partir de estas cantidades, los matemáticos y físicos calculan los campos eléctricos y magnéticos. Por ejemplo, se ha demostrado que sólo un campo irrotacional (cargas puntuales) puede tener un potencial escalar. Se han inventado otros axiomas. El campo de vórtice del rotor carece de divergencia.
Podemos utilizar fácilmente estos axiomas como base para describir los procesos que ocurren en dispositivos reales existentes. antigravedad, máquina de movimiento perpetuo Sería una buena ayuda para la economía. Si nadie ha logrado poner en práctica la teoría de Einstein, los entusiastas están estudiando los logros de Nikola Tesla. No hay rotor ni divergencia.
Una breve historia del desarrollo del campo eléctrico
A la formulación de la teoría le siguieron numerosos trabajos sobre la aplicación de campos eléctricos y electromagnéticos en la práctica, el más famoso de los cuales en Rusia se considera la experiencia de Popov en la transmisión de información a través del aire. Surgieron varias preguntas. La teoría armoniosa de Maxwell no puede explicar los fenómenos observados durante el paso de ondas electromagnéticas a través de medios ionizados. Planck planteó la hipótesis de que la energía radiante se emite en porciones medidas, más tarde llamadas cuantos. La difracción de electrones individuales, amablemente demostrada en YouTube en inglés, se descubrió en 1949. físicos soviéticos. La partícula exhibió simultáneamente propiedades ondulatorias.
Esto nos dice: rendimiento moderno acerca del campo eléctrico constante y variable están lejos de ser perfectos. Mucha gente conoce a Einstein, pero no puede explicar lo que descubrió el físico. La teoría de la relatividad de 1915 vincula la electricidad, campo magnético y gravedad. Es cierto que no se presentaron fórmulas en forma de ley. Hoy se sabe: hay partículas que se mueven más rápido que la propagación de la luz. Otra piedra en el jardín.
Los sistemas de unidades cambiaban constantemente. El GHS inicialmente introducido, basado en el trabajo de Gauss, no es conveniente. Las primeras letras indican las unidades básicas: centímetro, gramo, segundo. Cantidades electromagnéticas añadido al GHS en 1874 por Maxwell y Thomson. La URSS empezó a utilizar la ISS (metro, kilogramo, segundo) en 1948. La introducción del sistema SI (GOST 9867) en los años 60 del siglo XX puso fin a las batallas en las que la intensidad del campo eléctrico se mide en V/m.
Usando un campo eléctrico
La carga eléctrica se acumula en los condensadores. En consecuencia, se forma un campo entre las placas. Dado que la capacitancia depende directamente del valor del vector de voltaje, para aumentar el parámetro, el espacio se llena con un dieléctrico.
Indirectamente, los tubos de imagen y las lámparas de araña Chizhevsky utilizan campos eléctricos; el potencial de red controla el movimiento de los haces de los tubos de electrones. A pesar de la falta de una teoría coherente, los efectos del campo eléctrico subyacen a muchas imágenes.
