Yüklü bir cismin etrafında bir elektrik alanı olduğunu söylememizi sağlayan şey nedir? Elektrik alanı - Bilgi Hipermarketi. Elektromanyetik alanın biyolojik etkisi

Bilindiği üzere karakteristik özellik iletkenler her zaman sahip oldukları büyük sayı mobil yük taşıyıcıları, yani serbest elektronlar veya iyonlar.

Bir iletkenin içinde bu yük taşıyıcıları genel olarak düzensiz hareket ederler. Bununla birlikte, iletkende bir elektrik alanı varsa, taşıyıcıların kaotik hareketi, hareket yönündeki sıralı hareketleriyle üst üste gelir. elektriksel kuvvetler. Bir alanın etkisi altındaki bir iletken içindeki hareketli yük taşıyıcılarının bu yönlendirilmiş hareketi, her zaman iletkenin içindeki alanın zayıflatılacağı şekilde gerçekleşir. İletkendeki hareketli yük taşıyıcıların sayısı fazla olduğundan (metal yaklaşık olarak serbest elektron içerir), iletken içindeki alan tamamen yok olana kadar alanın etkisi altındaki hareketleri meydana gelir. Bunun nasıl olduğunu daha ayrıntılı olarak öğrenelim.

Birbirine sıkıca bastırılmış iki parçadan oluşan metal bir iletkenin harici bir elektrik alanına E yerleştirilmesine izin verin (Şekil 15.13). Açık serbest elektronlar Bu iletkende alan kuvvetleri sola, yani alan kuvveti vektörünün tersine etki eder. (Nedenini açıklayınız.) Bu kuvvetlerin etkisi altındaki elektronların yer değiştirmesi sonucunda iletkenin sağ ucunda pozitif yük fazlalığı, sol ucunda ise elektron fazlalığı ortaya çıkar. Bu nedenle, Şekil 2'de iletkenin uçları arasında bir iç alan (yer değiştiren yüklerin alanı) ortaya çıkar. 15.13 noktalı çizgilerle gösterilmiştir. İçeri

iletkende bu alan dışarıya doğru yönlendirilir ve iletkenin içinde kalan her serbest elektron sağa doğru yönlendirilmiş bir kuvvetle etki eder.

Önce güç daha fazla güç ve sonuçları sola yönlendirilir. Bu nedenle iletkenin içindeki elektronlar sola doğru kaymaya devam eder ve iç alan giderek artar. İletkenin sol ucunda oldukça fazla sayıda serbest elektron biriktiğinde (hala oluşurlar) önemsiz bir pay onlardan toplam sayı), kuvvet kuvvete eşit olacak ve sonuçları sıfıra eşit olacaktır. Bundan sonra iletkenin içinde kalan serbest elektronlar ancak düzensiz bir şekilde hareket edecektir. Bu, iletkenin içindeki alan kuvvetinin sıfır olduğu, yani iletkenin içindeki alanın kaybolduğu anlamına gelir.

Yani bir iletken bir elektrik alanına girdiğinde elektriklenir ve bir ucunda görünür. pozitif yük ve diğer tarafta aynı büyüklükte negatif bir yük var. Bu elektrifikasyona elektrostatik indüksiyon veya etki yoluyla elektrifikasyon denir. Bu durumda yalnızca iletkenin kendi yüklerinin yeniden dağıtıldığını unutmayın. Dolayısıyla böyle bir iletken sahadan uzaklaştırılırsa pozitif ve negatif masraflar yine iletkenin tüm hacmi boyunca eşit olarak dağıtılacak ve tüm parçaları elektriksel olarak nötr hale gelecektir.

Etkiyle elektriklenen bir iletkenin zıt uçlarında, aslında eşit miktarda zıt işaretli yüklerin bulunduğunu doğrulamak kolaydır. Bu iletkeni iki parçaya bölelim (Şekil 15.13) ve ardından sahadan çıkaralım. İletkenin her bir parçasını ayrı bir elektroskoba bağlayarak bunların yüklü olmasını sağlayacağız. (Bu ücretlerin geçerli olduğunu nasıl gösterebileceğinizi düşünün. zıt işaretler.) İki parçayı tek bir iletken oluşturacak şekilde yeniden bağlarsak, yüklerin nötralize edildiğini bulacağız. Bu, bağlantıdan önce iletkenin her iki kısmındaki yüklerin büyüklük bakımından eşit ve zıt işaretli olduğu anlamına gelir.

Etki nedeniyle iletkenin elektriklenme süresi o kadar kısadır ki iletken üzerindeki yük dengesi neredeyse anında oluşur. Bu durumda iletkenin içindeki gerilim ve dolayısıyla potansiyel fark her yerde olur. sıfıra eşit. O halde iletkenin içindeki herhangi iki nokta için ilişki doğrudur

Sonuç olarak iletken üzerindeki yükler dengede olduğunda tüm noktalarının potansiyeli aynıdır. Bu aynı zamanda yüklü bir cisimle temas yoluyla elektriklenen bir iletken için de geçerlidir. İletken bir top alalım ve yüzeyindeki M noktasına bir yük yerleştirelim (Şekil 15.14). Daha sonra explorer'da kısa zaman bir alan ortaya çıkar ve M noktasında bir aşırı yük meydana gelir. Bu alanın kuvvetlerinin etkisi altında

yük topun tüm yüzeyine eşit olarak dağıtılır, bu da iletken içindeki alanın kaybolmasına yol açar.

Yani iletken nasıl elektriklenirse elektriklensin, yükler dengede olduğunda iletkenin içinde alan yoktur ve iletkenin tüm noktalarının potansiyeli aynıdır (iletkenin hem içinde hem de yüzeyinde). Aynı zamanda, elektrikli iletkenin dışındaki alan da elbette mevcuttur ve yoğunluk çizgileri iletkenin yüzeyine normaldir (diktir). Bu şuradan görülebilir: aşağıdaki mantık. Gerilim çizgisi iletkenin yüzeyine eğimli bir yerdeyse (Şekil 15.15), o zaman yüzeydeki bu noktada yüke etki eden kuvvet, daha sonra yüzey boyunca yönlendirilen bir kuvvetin etkisi altında bileşenlere ayrılabilir. yük dengesi olmaması gereken iletkenin yüzeyi boyunca hareket edecektir. Sonuç olarak iletken üzerindeki yükler dengede olduğunda yüzeyi eş potansiyel bir yüzeydir.

Yüklü bir iletkenin içinde alan yoksa toplu yoğunluk içindeki yükler (birim hacim başına elektrik miktarı) her yerde sıfır olmalıdır.

Nitekim bir iletkenin küçük bir hacminde yük varsa, bu hacmin çevresinde de bir elektrik alanı mevcut olacaktır.

Alan teorisinde, denge durumunda, elektrikli bir iletkenin tüm fazla yükünün onun yüzeyinde yer aldığı kanıtlanmıştır. Bu şu anlama geliyor: hepsi iç kısım Bu iletken çıkarılabilir ve yüzeyindeki yüklerin dizilişinde hiçbir şey değişmeyecektir. Örneğin, biri içi dolu, diğeri içi boş, eşit büyüklükte iki metal top eşit şekilde elektriklendirilirse, topların etrafındaki alanlar aynı olacaktır. Bu ilk kez M. Faraday tarafından deneysel olarak kanıtlanmıştır.

Yani içi boş bir iletken bir elektrik alanına yerleştirilirse veya yüklü bir cisimle temas ettirilerek elektriklendirilirse, o zaman

Yükler dengede olduğunda boşluğun içindeki alan mevcut olmayacaktır. Elektrostatik koruma buna dayanmaktadır. Herhangi bir cihaz metal bir kasaya yerleştirilirse, harici elektrik alanları kasanın içine girmeyecektir, yani böyle bir cihazın çalışması ve okumaları, harici elektrik alanlarının varlığına ve değişikliklerine bağlı olmayacaktır.

Şimdi ücretlerin nasıl sıralandığını bulalım. dış yüzey iletken. Kağıt yaprakların yapıştırıldığı iki yalıtım kulpunun üzerine metal bir ağ alalım (Şekil 15.16). Eğer ağı yükleyip sonra uzatırsanız (Şekil 15.16, a), ağın her iki tarafındaki yapraklar ayrılacaktır. Ağı bir halka şeklinde bükerseniz, yalnızca yapraklar dıştanızgaralar (Şekil 15.16, b). Ağa farklı bir kıvrım vererek, yüklerin yalnızca yüzeyin dışbükey tarafında ve yüzeyin daha kavisli olduğu yerlerde bulunmasını sağlayabilirsiniz ( daha küçük yarıçap eğrilik), daha fazla yük birikir.

Böylece yük yalnızca küresel iletkenin yüzeyine eşit olarak dağıtılır. Şu tarihte: serbest biçim orkestra şefi yüzey yoğunluğu a yükleri vardır ve bu nedenle iletkenin yüzeyine yakın alan kuvveti, yüzeyin eğriliğinin daha büyük olduğu yerde daha büyüktür. Yük yoğunluğu özellikle iletkenin çıkıntılarında ve uçlarında yüksektir (Şekil 15.17). Bu, elektrikli iletkenin çeşitli noktalarına bir probla dokunularak ve ardından elektroskoba dokunularak doğrulanabilir. Noktaları olan veya bir noktayla donatılmış elektrikli bir iletken, yükünü hızla kaybeder. Bu nedenle yükün depolanması gereken iletken uzun zamandır, herhangi bir puanı olmamalıdır.

(Elektroskobun çubuğunun neden top şeklinde bittiğini düşünün.)

Yüklü bir fişek kovanını bir ipliğe asalım ve ona elektrikli bir cam çubuk getirelim. Doğrudan temasın olmadığı durumlarda bile ipliğin üzerindeki manşon dikey konumdan saparak çubuğa çekilir (Şek. 13).

Gördüğümüz gibi yüklü cisimler uzaktan birbirleriyle etkileşime girebilirler. Eylem bu bedenlerin birinden diğerine nasıl aktarılıyor? Belki de her şey aralarındaki havayla ilgilidir? Bunu deneyimleyerek öğrenelim.

Hava pompasının çanının altına yüklü bir elektroskop yerleştirelim (gözlükleri çıkarılmış halde) ve ardından altındaki havayı dışarı pompalayalım. Bunu da göreceğiz havasız alan elektroskopun yaprakları birbirini itmeye devam edecektir (Şekil 14). Bu, havanın elektriksel etkileşimin iletilmesine katılmadığı anlamına gelir. Peki yüklü cisimlerin etkileşimi hangi yollarla gerçekleşiyor? Bu sorunun cevabını İngiliz bilim adamları M. Faraday (1791-1867) ve J. Maxwell (1831-1879) eserlerinde vermiştir.

Faraday ve Maxwell'in öğretilerine göre yüklü bir cismi çevreleyen uzay, elektriklenmemiş cisimlerin etrafındaki uzaydan farklıdır. Yüklü cisimlerin etrafında bir elektrik alanı vardır. Bu alan şu amaçlarla kullanılır: elektriksel etkileşim.

Elektrik alanı temsil etmek özel tür maddeden farklı ve herhangi bir yüklü cismin çevresinde var olan madde.

Onu görmek ya da dokunmak imkansızdır. Varoluş hakkında elektrik alanı yalnızca eylemleriyle yargılanabilir.

Basit deneyler şunu belirlememize olanak sağlar: elektrik alanının temel özellikleri.

1. Yüklü bir cismin elektrik alanı, kendisini bu alanda bulan diğer yüklü cisimlere bir miktar kuvvetle etki eder.

Bu, yüklü cisimlerin etkileşimi üzerine yapılan tüm deneylerle kanıtlanmaktadır. Yani, örneğin, kendisini elektrikli bir çubuğun elektrik alanında bulan yüklü bir manşon (bkz. Şekil 13), kendisine doğru çekim kuvvetine maruz kaldı.

2. Yüklü cisimlerin yakınında yarattıkları alan daha güçlü, uzakta ise daha zayıftır.

Bunu doğrulamak için tekrar şarjlı bir fişek kovanı ile yapılan deneye dönelim (bkz. Şekil 13). Fişek kovanının bulunduğu standı yüklü çubuğa yaklaştırmaya başlayalım. Manşon çubuğa yaklaştıkça ipliğin dikeyden sapma açısının giderek büyüyeceğini göreceğiz (Şekil 15). Bu açının artması, manşonun elektrik alanı kaynağına (elektrikli çubuk) ne kadar yakınsa, bu alanın ona uyguladığı kuvvetin de o kadar büyük olduğunu gösterir. Bu, yüklü bir cismin yakınında yarattığı alanın, uzaktan olduğundan daha güçlü olduğu anlamına gelir.

Sadece yüklü bir çubuğun elektrik alanıyla yüklü bir manşona etki etmediği, aynı zamanda manşonun da elektrik alanıyla çubuğa etki ettiği unutulmamalıdır. Yüklü cisimlerin elektriksel etkileşimi, birbirleri üzerindeki bu karşılıklı etkide ortaya çıkar.

Elektrik alanı dielektriklerle yapılan deneylerde de kendini gösterir. Bir dielektrik bir elektrik alanına maruz kaldığında moleküllerinin pozitif yüklü kısımları ( atom çekirdeği) alanın etkisi altında bir yöne kaydırılır ve negatif yüklü parçalar (elektronlar) diğer yöne kaydırılır. Bu olaya dielektrik polarizasyon denir. Hafif kağıt parçalarının elektrikli bir cisim tarafından çekilmesine ilişkin en basit deneyleri açıklayan polarizasyondur. Bu parçalar genellikle nötrdür. Ancak elektrikli bir cismin (örneğin bir cam çubuğun) elektrik alanında polarize olurlar. Çubuğa daha yakın olan parçanın yüzeyinde, çubuğun yükünün tersi yönde bir yük belirir. Onunla etkileşim, kağıt parçalarının elektrikli gövdeye çekilmesine yol açar.

Elektrik alanının yüklü bir cisme (veya parçacığa) uyguladığı kuvvete denir. elektrik kuvveti:

F el - elektrik kuvveti.

Bu kuvvetin etkisi altında, elektrik alanına yakalanan bir parçacık, Newton'un ikinci yasası kullanılarak belirlenebilen a ivmesini kazanır:

a = Fel / m (6.1)

m belirli bir parçacığın kütlesidir.

Faraday'ın zamanından bu yana grafik görüntü elektrik alanı, kuvvet çizgilerinin kullanılması gelenekseldir.

Bunlar, bu alana yerleştirilen pozitif yüklü bir parçacığa etki eden kuvvetin yönünü gösteren çizgilerdir. Pozitif yüklü bir cismin oluşturduğu alan çizgileri Şekil 16, a'da gösterilmektedir. Şekil 16,b negatif yüklü bir cismin oluşturduğu alan çizgilerini göstermektedir.

Benzer bir resim, elektrik dumanı adı verilen basit bir cihaz kullanılarak da gözlemlenebilir. Ona bir görev vererek tüm kağıt şeritlerinin nasıl dağıldığını göreceğiz. farklı taraflar ve birlikte yer alacak elektrik hatları elektrik alanı (Şekil 17).

Yüklü bir parçacık bir elektrik alanına girdiğinde bu alandaki hızı artabilir veya azalabilir. Bir parçacığın yükü q>0 ise, kuvvet çizgileri boyunca hareket ederken hızlanacak ve hareket ederken hızlanacaktır. ters yön fren. Parçacık yükü q ise< 0, то все будет наоборот ее скорость будет уменьшаться при движении в направлении силовых линий и увеличиваться при движении в противоположном направлении.

1. Elektrik alanı nedir? 2. Alanın maddeden farkı nedir? 3. Elektrik alanın temel özelliklerini listeleyiniz. 4. Elektrik alan çizgileri neyi gösterir? 5. Elektrik alanında hareket eden yüklü bir parçacığın ivmesi nasıl bulunur? 6. Elektrik alanı hangi durumda parçacığın hızını artırır, hangi durumda azaltır? 7. Nötr kağıt parçaları neden elektrikli bir cisme çekilir? 8. Elektrikli padişahı şarj ettikten sonra kağıt şeritlerinin neden farklı yönlere ayrıldığını açıklayın.

Deneysel görev. Tarağı saçınıza elektrik verin, ardından küçük bir parça pamukla (tüy tüyü) temas ettirin. Pamuk yününe ne olacak? Tüyleri taraktan sallayın ve havadayken, aşağıdan belli bir mesafeye elektrikli bir tarak yerleştirerek aynı yükseklikte yüzmesini sağlayın. Tüyler neden düşmeyi bırakıyor? Onu havada tutacak ne var?

Elektrik alanı bunlardan biridir. teorik kavramlar Yüklü cisimler arasındaki etkileşim olgusunu açıklamak. Maddeye dokunulamaz ama varlığı yüzlerce doğal deneyle kanıtlanabilir.

Yüklü cisimlerin etkileşimi

Modası geçmiş teorileri ütopya olarak görmeye alışkınız ama bilim adamları hiç de aptal değil. Bugün Franklin'in elektrik sıvısı doktrini kulağa komik geliyor; önde gelen fizikçi Apinus bir incelemenin tamamını adadı. Coulomb yasası deneysel olarak keşfedildi burulma terazileri Bilinenleri çıkarırken benzer yöntemler Georg Ohm tarafından da kullanıldı. Peki tüm bunların arkasında ne yatıyor?

Elektrik alanının Franklin sıvısından daha aşağı olmayan başka bir teori olduğunu kabul etmeliyiz. Bugün madde hakkında iki gerçek bilinmektedir:

Belirtilen gerçekler, doğadaki etkileşimlerin modern anlayışının temelini oluşturdu ve kısa mesafeli etkileşim teorisine destek görevi gördü. Buna ek olarak bilim adamları, gözlemlenen olgunun özüne ilişkin başka varsayımlar da öne sürdüler. Kısa menzilli eylem teorisi, eterin katılımı olmadan kuvvetlerin anlık dağılımını ima eder. Olguları algılamak elektrik alanını algılamaktan daha zor olduğundan, birçok filozof bu tür görüşleri idealist olarak adlandırmıştır. Ülkemizde başarıyla eleştirildiler Sovyet gücü Bolşevikler bildiğiniz gibi Tanrı'yı beğenmedikleri için, "fikirlerimize ve eylemlerimize bağlı" bir şeyin varlığı fikrini her fırsatta gagaladılar (Juna'nın süper güçlerini incelerken).

Franklin, cisimlerdeki pozitif ve negatif yükleri elektrik sıvısının fazlalığı ve yetersizliğiyle açıkladı.

Elektrik alan özellikleri

Elektrik alanı bir vektör miktarı - yoğunluk ile tanımlanır. Uzunluğu kuvvetin büyüklüğüyle orantılı olan, yönü birim pozitif yük üzerindeki bir noktaya etki eden kuvvetle çakışan bir ok. Fizikçiler potansiyeli kullanmayı uygun buluyorlar. Miktar skalerdir; sıcaklık örneğini kullanarak bunu hayal etmek daha kolaydır: uzaydaki her noktada belirli bir değer vardır. Elektrik potansiyeli, bir birim yükü sıfır potansiyelli bir noktadan belirli bir noktaya taşımak için yapılan işi ifade eder.

Yukarıdaki şekilde tanımlanan bir alana irrotasyonel denir. Bazen potansiyel denir. Elektrik alan potansiyeli fonksiyonu süreklidir ve uzayın genişliği boyunca düzgün bir şekilde değişir. Sonuç olarak yüzeyleri katlayan eşit potansiyele sahip noktaları seçiyoruz. Birim yük küresi için: daha fazla nesne, zayıf alan(Coulomb yasası). Yüzeylere eşpotansiyel denir.

Maxwell denklemlerini anlamak için çeşitli özellikleri anlayın vektör alanı:

Gradyan elektrik potansiyeli vektör adı verilen yön, alan parametresinin en hızlı büyümesiyle çakışır. Değer ne kadar hızlı değişirse değer o kadar büyük olur. Gradyan yönlendirilir daha küçük değer daha fazlası için potansiyel:

Gradyan eşpotansiyel yüzeye diktir.
Eğim ne kadar büyük olursa, birbirinden farklı olan eş potansiyel yüzeylerin konumu o kadar yakın olur. belirtilen değer elektrik alan potansiyeli.
Ters işaretle alınan potansiyel gradyanı elektrik alan kuvvetidir.

Elektrik potansiyeli. Gradyan "yokuş yukarı tırmanma"

Diverjans skaler miktar, elektrik alan şiddeti vektörü için hesaplanmıştır. Gradyana benzer (vektörler için), bir değerin değişim hızını gösterir. Ek bir özelliğin tanıtılması ihtiyacı: vektör alanının gradyanı yoktur. Bu nedenle, açıklama belirli bir analog sapmayı gerektirir. Parametre girişi matematiksel gösterim bir degradeye benzer, gösterilir Yunan mektubu nabla için kullanılan vektör miktarları.
Vektör alanının rotoruna girdap adı verilir. Fiziksel olarak parametre eşit şekilde değiştiğinde değer sıfırdır. Rotor sıfırdan farklı ise kapalı hat bükülmeleri meydana gelir. Potansiyel alanlar puan ücretleri tanım gereği girdap yoktur. Bu durumda gerilim çizgilerinin mutlaka düz olması gerekmez. Girdap oluşturmadan kolayca değişirler. Sıfır olmayan rotorlu bir alana genellikle solenoidal denir. Eşanlamlısı sıklıkla kullanılır - girdap.
Vektörün toplam akısı, elektrik alan kuvveti ile temel alanın çarpımının yüzey integrali ile temsil edilir. Vücudun kapasitansının sıfıra yaklaştığı andaki büyüklük sınırı, alanın sapmasını temsil eder. Limit kavramı son sınıflarda işleniyor lise Böylece öğrenci tartışılan konu hakkında fikir sahibi olabilir.

Maxwell denklemleri zamanla değişen bir elektrik alanını tanımlar ve bu gibi durumlarda bir dalganın ortaya çıktığını gösterir. Genel olarak formüllerden birinin izole edilmiş bir maddenin yokluğunu gösterdiği kabul edilir. manyetik yükler(kutuplar). Bazen literatürde özel bir operatöre rastlıyoruz: Laplacian. Alan gradyanının sapması ile temsil edilen, vektör büyüklükleri için hesaplanan, nabla'nın karesi olarak gösterilir.

Matematikçiler ve fizikçiler bu miktarları kullanarak elektrik ve manyetik alanları hesaplarlar. Örneğin, kanıtlanmıştır: yalnızca dönmeyen bir alan (nokta yükleri) skaler potansiyele sahip olabilir. Başka aksiyomlar icat edildi. Rotorun girdap alanı sapmadan yoksundur.

Bu tür aksiyomları, gerçek mevcut cihazlarda meydana gelen süreçleri tanımlamak için temel olarak kolaylıkla kullanabiliriz. Yer çekimine karşı, sürekli hareket makinesi ekonomiye iyi bir katkı olacaktır. Hiç kimse Einstein'ın teorisini uygulamaya koymayı başaramadıysa da Nikola Tesla'nın başarıları meraklılar tarafından inceleniyor. Rotor veya sapma yoktur.

Elektrik Alanının Gelişiminin Kısa Tarihi

Teorinin formülasyonunu, elektrik ve elektromanyetik alanların pratikte uygulanmasına ilişkin çok sayıda çalışma izledi; bunların en ünlüsü, Rusya'da Popov'un hava yoluyla bilgi aktarma deneyimi olarak kabul ediliyor. Bir dizi soru ortaya çıktı. Maxwell'in uyumlu teorisi, geçiş sırasında gözlemlenen olguları açıklamada güçsüzdür elektromanyetik dalgalar iyonize ortam yoluyla. Planck, ışınım enerjisinin daha sonra kuantum olarak adlandırılan, ölçülen kısımlar halinde yayıldığını varsaydı. Tek tek elektronların kırınımı, YouTube'da İngilizce olarak gösterilen şekilde 1949'da keşfedildi. Sovyet fizikçileri. Parçacık aynı anda dalga özellikleri sergiledi.

Bu bize şunları söylüyor: modern performans Elektrik alanı sabiti ve değişkeni ile ilgili bilgiler mükemmel olmaktan uzaktır. Pek çok kişi Einstein'ı tanıyor ama fizikçinin keşfettiğini açıklamakta aciz. 1915 görelilik teorisi elektriği birbirine bağlıyor, manyetik alan ve yerçekimi. Doğru, yasa biçiminde hiçbir formül sunulmadı. Bugün biliniyor: Işığın yayılmasından daha hızlı hareket eden parçacıklar var. Bahçede bir taş daha.

Birim sistemleri sürekli değişiyordu. Başlangıçta Gauss'un çalışmasına dayanan GHS uygun değildir. İlk harfler temel birimleri belirtir: santimetre, gram, saniye. Elektromanyetik miktarlar 1874'te Maxwell ve Thomson tarafından GHS'ye eklendi. SSCB 1948'de ISS'yi (metre, kilogram, saniye) kullanmaya başladı. 20. yüzyılın 60'lı yıllarında SI sisteminin (GOST 9867) kullanılmaya başlanması, elektrik alan kuvvetinin V/m cinsinden ölçüldüğü savaşlara son verdi.

Elektrik alanı kullanma

Kapasitörlerde birikim meydana gelir elektrik yükü. Sonuç olarak plakalar arasında bir alan oluşur. Kapasitans doğrudan voltaj vektörünün büyüklüğüne bağlı olduğundan, parametreyi arttırmak için boşluk bir dielektrik ile doldurulur.

Dolaylı olarak elektrik alanları resim tüpleri ve Chizhevsky avizeleri tarafından kullanılır; ızgara potansiyeli elektron tüpü ışınlarının hareketini kontrol eder. Tutarlı bir teorinin olmamasına rağmen, birçok görüntünün temelinde elektrik alan etkileri yatmaktadır.

Elektrik alanı nedir?

Hava pompasının çanının altına yüklü bir elektroskop yerleştirelim (gözlükleri çıkarılmış halde) ve ardından altındaki havayı dışarı pompalayalım. Havasız uzayda elektroskobun yapraklarının hâlâ birbirini ittiğini göreceğiz (Şekil 14). Bu, havanın elektriksel etkileşimin iletilmesine katılmadığı anlamına gelir. Peki yüklü cisimlerin etkileşimi hangi yollarla gerçekleşiyor? Bu sorunun cevabını İngiliz bilim adamları M. Faraday (1791-1867) ve J. Maxwell (1831-1879) eserlerinde vermiştir.

Faraday ve Maxwell'in öğretilerine göre yüklü bir cismi çevreleyen uzay, elektriklenmemiş cisimlerin etrafındaki uzaydan farklıdır. Yüklü cisimlerin etrafında bir elektrik alanı vardır. Bu alanın yardımıyla elektriksel etkileşim gerçekleştirilir.

Elektrik alan Maddeden farklı olan ve herhangi bir yüklü cismin çevresinde bulunan özel bir madde türüdür.

Onu görmek ya da dokunmak imkansızdır. Bir elektrik alanının varlığı yalnızca onun eylemleriyle değerlendirilebilir.

Elektrik alanının temel özellikleri

Basit deneyler şunu belirlememize olanak sağlar: elektrik alanının temel özellikleri.

1. Yüklü bir cismin elektrik alanı, kendisini bu alanda bulan diğer yüklü cisimlere bir miktar kuvvetle etki eder..

2. Yüklü cisimlerin yakınında yarattıkları alan daha güçlü, uzakta ise daha zayıftır.

Sadece yüklü bir çubuğun elektrik alanıyla yüklü bir manşona etki etmediği, aynı zamanda manşonun da elektrik alanıyla çubuğa etki ettiği unutulmamalıdır. Birbiri üzerinde öyle karşılıklı bir eylem içindedir ki, elektriksel etkileşim yüklü bedenler.

Elektrik alanı dielektriklerle yapılan deneylerde de kendini gösterir. Bir dielektrik bir elektrik alanında olduğunda, moleküllerinin pozitif yüklü kısımları (atom çekirdekleri) alanın etkisi altında bir yönde, negatif yüklü kısımlar (elektronlar) diğer yönde kaydırılır. Bu fenomene denir dielektrik polarizasyon. Hafif kağıt parçalarının elektrikli bir cisim tarafından çekilmesine ilişkin en basit deneyleri açıklayan polarizasyondur. Bu parçalar genellikle nötrdür. Ancak elektrikli bir cismin (örneğin bir cam çubuğun) elektrik alanında polarize olurlar. Çubuğa daha yakın olan parçanın yüzeyinde, çubuğun yükünün tersi yönde bir yük belirir. Onunla etkileşim, kağıt parçalarının elektrikli gövdeye çekilmesine yol açar.

Elektrik gücü

Elektrik alanının yüklü bir cisme (veya parçacığa) uyguladığı kuvvete denir. elektrik kuvveti:

Fel- elektrik kuvveti.

Bu kuvvetin etkisi altında elektrik alanına yakalanan parçacık hızlanır A Newton'un ikinci yasası kullanılarak belirlenebilen:

Nerede M belirli bir parçacığın kütlesidir.

Faraday'ın zamanından bu yana, kullanımı geleneksel hale geldi. elektrik hatları.

Elektrik alan çizgileri- bunlar, bu alana yerleştirilen pozitif yüklü bir parçacığa etki eden kuvvetin yönünü gösteren çizgilerdir. Pozitif yüklü bir cismin oluşturduğu alan çizgileri Şekil 16, a'da gösterilmektedir. Şekil 16,b negatif yüklü bir cismin oluşturduğu alan çizgilerini göstermektedir.

Benzer bir resim, adı verilen basit bir cihaz kullanılarak gözlemlenebilir. elektrikli tüy. Ona bir yük verdikten sonra, tüm kağıt şeritlerinin farklı yönlere nasıl dağılacağını ve elektrik alan çizgileri boyunca nasıl yerleştirileceğini göreceğiz (Şekil 17).

Yüklü bir parçacık bir elektrik alanına girdiğinde bu alandaki hızı artabilir veya azalabilir. Bir parçacığın yükü q>0 ise, kuvvet çizgileri boyunca hareket ederken hızlanacak ve ters yönde hareket ederken yavaşlayacaktır. Parçacık yükü q ise<0, то все будет наоборот ее скорость будет уменьшаться при движении в направлении силовых линий и увеличиваться при движении в противоположном направлении.

Bunu bilmek ilginç

Bugünkü konumuz olan elektrik alanı ile ilgili olarak, onun elektrik yükünün etrafında bulunan uzayda var olduğunu öğrendik.

Yönlü kuvvet çizgilerini kullanarak bu elektrik alanını grafiklerle nasıl gösterebileceğimizi görelim:

Atmosferimizde farklı güçlerdeki elektrik alanlarının çalıştığını bilmek ilginizi çekebilir. Elektrik alanını evrenin bakış açısından düşünürsek, genellikle Dünya'nın negatif yükü vardır, ancak bulutların tabanı pozitiftir. İyon gibi yüklü parçacıklar da havada bulunur ve içeriği çeşitli faktörlere bağlı olarak değişir. Bu faktörler hem yılın zamanına hem de hava koşullarına ve atmosferin frekansına bağlıdır.

Sürekli hareket halinde olan ve pozitif ya da negatif iyonlara dönüşen bu parçacıklar atmosfere nüfuz ettiğinden, insan refahını ve sağlığını etkileme eğilimi gösterir. Ve en ilginç olanı, atmosferdeki pozitif iyonların büyük çoğunluğunun vücudumuzda hoş olmayan hislere neden olabilmesidir.

Elektromanyetik alanın biyolojik etkisi

Şimdi sizlerle EMF'nin insan sağlığı üzerindeki biyolojik etkisinden ve canlı organizmalar üzerindeki etkisinden bahsedelim. Elektromanyetik alanın etki bölgesinde bulunan canlı organizmaların, etkisinin güçlü faktörlerine maruz kaldığı ortaya çıktı.

Elektromanyetik alana uzun süreli maruz kalmanın kişinin sağlığı ve refahı üzerinde olumsuz etkisi vardır. Örneğin alerjik hastalıkları olan bir kişide EMF'ye bu şekilde maruz kalmak epilepsi krizine neden olabilir. Ve eğer bir kişi elektromanyetik alanda daha uzun süre kalırsa, sadece kardiyovasküler ve sinir sistemi hastalıkları gelişemez, aynı zamanda kansere de neden olabilir.

Bilim adamları, güçlü bir elektrik alanının olduğu yerde böceklerde davranış değişikliklerinin gözlemlenebileceğini kanıtladılar. Bu olumsuz etki saldırganlık, kaygı ve performansta azalma şeklinde kendini gösterebilir.

Bu etki altında bitkilerde de anormal gelişme görülebilir. Elektromanyetik alanın etkisi altında bitkilerin boyutu, şekli ve yaprak sayısı değişebilir.

Elektrikle İlgili İlginç Gerçekler

Elektrik alanındaki keşifler insanın en önemli başarılarından biridir, çünkü bu keşif olmadan modern yaşamı hayal etmek artık zor.

Afrika ve Güney Amerika'nın bazı bölgelerinde elektriğin hâlâ mevcut olmadığı köylerin bulunduğunu biliyor muydunuz? Peki insanlar bu durumdan nasıl kurtulur biliyor musunuz? Ateş böceği gibi böceklerin yardımıyla evlerini aydınlattıkları ortaya çıktı. Cam kavanozları bu böceklerle dolduruyorlar ve ışık almak için ateşböceklerini kullanıyorlar.

Arıların uçuş sırasında pozitif elektrik yükü biriktirme yeteneklerini biliyor musunuz? Ancak çiçeklerin negatif elektrik yükü vardır ve bu sayede çiçek polenleri arının vücuduna çekilir. Ancak en ilginç olanı, arı ile çiçek arasındaki bu tür temas alanının, bitkinin elektrik alanının değişmesi ve adeta diğer arılara bu bitkide polen bulunmadığına dair bir sinyal vermesidir.

Ancak balık dünyasında en ünlü elektrikli avcılar vatozlardır. Vatoz, avını etkisiz hale getirmek için elektrik deşarjlarını kullanarak onu felç eder.

Elektrikli yılan balıklarının en güçlü elektrik deşarjına sahip olduğunu biliyor muydunuz? Bu tatlı su balıkları 800 V'a ulaşabilen bir akım deşarj voltajına sahiptir.

Ev ödevi

1. Elektrik alanı nedir?
2. Alanın maddeden farkı nedir?
3. Elektrik alanın temel özelliklerini listeleyiniz.
4. Elektrik alan çizgileri neyi gösterir?
5. Elektrik alanında hareket eden yüklü bir parçacığın ivmesi nasıl bulunur?
6. Elektrik alanı hangi durumda parçacığın hızını artırır, hangi durumda azaltır?
7. Nötr kağıt parçaları neden elektrikli bir cisme çekilir?
8. Elektrikli padişahı şarj ettikten sonra kağıt şeritlerinin neden farklı yönlere ayrıldığını açıklayın.

Deneysel görev.

Tarağı saçınıza elektrik verin, ardından küçük bir parça pamukla (tüy tüyü) temas ettirin. Pamuk yününe ne olacak? Tüyleri taraktan sallayın ve havadayken, aşağıdan belli bir mesafeye elektrikli bir tarak yerleştirerek aynı yükseklikte yüzmesini sağlayın. Tüyler neden düşmeyi bırakıyor? Onu havada tutacak ne var?

S.V. Gromov, I.A. Rodina, Fizik 9. sınıf

Yüklü bir cismin etrafında bir elektrik alanı olduğunu söylememizi sağlayan şey nedir?

Elektromanyetik voltaj ve girdap alanlarının varlığı.
elektrik alanının yük üzerindeki etkisi.
basit deneyim:
1. Tahta bir çubuk alın ve parlak çikolata ambalajından yapılmış bir manşonu ipek iplikle ona bağlayın.
2. Sapı saça veya yüne sürtmek
3. kolu manşona getirin - manşon sapacaktır
bu bize yüklü bir cismin (bu durumda bir kalemin) çevresinde bir elektrik alanı olduğunu iddia etmemizi sağlar)
birisi bu sorunu çözmeme yardım etsin
http://otvet.mail.ru/question/94520561
her şey ders kitabında var)
Bağlantı (electrono.ru Elektrik alan kuvveti, elektrik...)
- Elektrik yüklü bir cismin etrafındaki boşlukta madde türlerinden biri olan elektrik alanı vardır. Bir elektrik alanı, alandaki yüklü cisimlere etki eden elektriksel kuvvetler şeklinde kendini gösteren bir elektrik enerjisi kaynağına sahiptir.
Elektrik alanı geleneksel olarak elektrik alanı tarafından oluşturulan elektrik kuvvetlerinin hareket yönlerini gösteren elektrik kuvvet çizgileri şeklinde gösterilir.
Elektrik kuvvet çizgileri pozitif yüklü cisimlerden farklı yönlerde ayrılır ve negatif yüklü cisimlerde birleşir. Karşıt yüklü iki düz paralel plakanın oluşturduğu alana düzgün denir.
Elektrik alanı, sıvı yağ içinde asılı duran alçı parçacıklarının içine yerleştirilmesiyle görünür hale getirilebilir: bunlar alan boyunca dönerek kendilerini alanın kuvvet çizgileri boyunca konumlandırırlar. Düzgün alan, şiddeti uzayın her noktasında aynı büyüklükte ve yönde olan bir elektrik alanıdır.
Vikipedi: Elektrik alanını niceliksel olarak belirlemek için, bir kuvvet özelliği tanıtılır - elektrik alan kuvveti - alanın, uzayda belirli bir noktaya yerleştirilen pozitif bir test yüküne etki ettiği kuvvetin büyüklüğüne oranına eşit bir vektör fiziksel miktarı bu ücretin. Gerilim vektörünün yönü uzaydaki her noktada pozitif test yüküne etki eden kuvvetin yönü ile çakışmaktadır.
Zıt yüklü iki düz metal plaka arasındaki alan yaklaşık olarak aynıdır. Düzgün bir elektrik alanında gerilim çizgileri birbirine paralel olarak yönlendirilir.
Kendinizi şarj edin ve yastığınızdan biraz tüy dökün. Her şey çok net olacak.
Birincinin yanına elektrik yüklü başka bir cisim getirirseniz o da elektrikli olacaktır. yüklü bir nesne varsa, onların etkileşimini görebilirsiniz, bu da bir elektrik alanının varlığını kanıtlar.
Fizik yasalarını hesaplamanızı sağlar
Elektrik alanı, elektrik yüklü cisimlerin veya parçacıkların etrafında ve ayrıca elektromanyetik dalgalarda serbest formda bulunan özel bir madde şeklidir. Elektrik alanı doğrudan görünmez, ancak hareketi ve aletlerin yardımıyla gözlemlenebilir. Elektrik alanının ana etkisi, elektrik yüklü cisimlerin veya parçacıkların hızlanmasıdır.
Elektrik alanı, uzayda belirli bir noktadaki elektrik alan kuvvetinin değerini tanımlayan matematiksel bir model olarak düşünülebilir. Douglas Giancoli şunları yazdı: “Alanın bir tür madde olmadığını vurgulamak gerekir; daha doğrusu son derece faydalı bir kavram... “Gerçeklik” ve elektrik alanının varlığı sorunu aslında felsefi, hatta metafizik bir sorudur. Fizikte alan kavramının son derece yararlı olduğu kanıtlanmıştır; bu, insan aklının en büyük başarılarından biridir."

Elektrik alanı, tek bir elektromanyetik alanın bileşenlerinden biridir ve elektromanyetik etkileşimin bir tezahürüdür.

Elektrik alanının fiziksel özellikleri
Şu anda bilim, elektrik, manyetik ve yerçekimi gibi alanların fiziksel özünü ve bunların birbirleriyle etkileşimini henüz anlamamıştır. Şu ana kadar bunların yüklü cisimler üzerindeki mekanik etkilerinin sonuçları yalnızca tanımlandı ve ayrıca Maxwell Denklemleri ile açıklanan bir elektromanyetik dalga teorisi de var.

Alan etkisi - Alan etkisi, elektriksel olarak iletken bir ortamın yüzeyine bir elektrik alanı uygulandığında, yüzeye yakın katmandaki serbest yük taşıyıcılarının konsantrasyonunun değişmesidir. Bu etki, alan etkili transistörlerin çalışmasının temelini oluşturur.

Elektrik alanının ana etkisi, sabit (gözlemciye göre) elektrik yüklü cisimler veya parçacıklar üzerindeki kuvvet etkisidir. Yüklü bir cisim uzayda sabitse, kuvvetin etkisi altında hızlanmaz. Manyetik alan (Lorentz kuvvetinin ikinci bileşeni) aynı zamanda hareketli yüklere de bir kuvvet uygular.

Günlük hayatta elektrik alanını gözlemlemek
Elektrik alanı oluşturmak için elektrik yükünün oluşması gerekir. Kendi saçınıza yün veya plastik kalem gibi benzer bir şeyin üzerine bir miktar dielektrik sürün. Sapta bir yük oluşturulacak ve çevresinde bir elektrik alanı oluşturulacaktır. Şarj edilmiş bir kalem küçük kağıt parçalarını çekecektir. Lastik bant gibi daha büyük bir nesneyi yünün üzerine sürerseniz, karanlıkta elektrik deşarjlarından kaynaklanan küçük kıvılcımları görebileceksiniz.

Televizyon alıcısı açıldığında veya kapatıldığında genellikle televizyon ekranının yakınında bir elektrik alanı oluşur. Bu alan el veya yüzdeki tüylere etkisi ile hissedilebilir.

Dikkat, yalnızca BUGÜN!