Electrificarea corpurilor

Electrificare- fenomenul de acumulare a sarcinii electrice de către organism. Cel puțin două corpuri participă întotdeauna la electrificare. Pentru ca un fenomen să apară între corpuri, este necesar un contact strâns. Uneori, un astfel de contact se realizează datorită frecării dintre corpuri, ceea ce duce la o opinie eronată cu privire la necesitatea frecării sau a lucrului pentru electrizarea corpurilor. Fenomenul de electrizare se explică prin mișcarea sarcinilor libere (electroni).

Există mai multe moduri de a electriza.

1. Electrificarea prin frecare. În acest caz, se folosesc două corpuri neîncărcate anterior făcute din substanțe diferite. În procesul de electrificare, sarcina este acumulată de ambele corpuri, unul este pozitiv, celălalt este negativ și egal în valoare absolută cu sarcina primului corp (legea conservării sarcinii). Din punctul de vedere al teoriei molecular-cinetice, atunci când este electrizată prin frecare, o substanță cu o interacțiune mai puternică captează electroni din a doua substanță și acumulează o sarcină negativă.

2. Electrificare prin contact. În acest caz, pot participa mai multe corpuri, ale căror substanțe sunt capabile să conducă sarcini electrice. Înainte de contact, unul sau mai multe corpuri aveau sarcini electrice. După contact, sarcinile sunt redistribuite proporțional cu capacitatea electrică a corpurilor.

3. Electrificare prin inducție electrostatică (vezi secțiunea „Conductoare într-un câmp electric”).

Interacțiunea taxelor. Două tipuri de taxe

Incarcare electrica– scalar de bază cantitate fizica, care determină intensitatea interacțiuni electromagnetice. Se spune că un corp are o sarcină electrică dacă, în interacțiunea sa cu alte corpuri, sunt detectate forțe de natură electrică sau magnetică. Unitatea de sarcină electrică este introdusă prin unitatea de putere a curentului.

[q] = Cl = A∙s.

1 cl- aceasta este sarcina care trece prin secțiunea transversală a conductorului la o putere de curent de 1 A în 1 s.

Luați în considerare proprietățile sarcinii electrice obținute experimental.

1. Există două tipuri de sarcini electrice. pozitiv numită încărcătura unei baghete de sticlă, primită de aceasta atunci când este electrificată prin frecare de mătase. O sarcină pozitivă este o lipsă de electroni într-un corp. negativ numită încărcătura unui baston de ebonită, primită de acesta atunci când este electrizată prin frecare cu lână (blană). sarcina negativa este un exces de electroni în organism.

2. Sarcinile cu același nume se resping, sarcinile opuse se atrag. Forțele de interacțiune ale sarcinilor punctiforme sunt direcționate de-a lungul liniei drepte care le leagă. Mărimea interacțiunii este descrisă în legea lui Coulomb.

3. Există o limită a divizibilității sarcinii electrice. Elementar numită sarcină electrică minimă (indivizibilă) a corpului. O particulă elementară cu o sarcină elementară pozitivă este un proton, una negativă este un electron. Sens sarcina elementara este o constantă fizică fundamentală: e= 1,6∙10 –19 C.

Sarcina electrică este discretă: | q| = Ne.

Sarcina electrică are proprietatea de conservare.

folosit pentru a detecta taxele. electroscop.

Legea conservării sarcinii electrice

Una dintre principalele proprietăți ale unei sarcini electrice este capacitatea sa de a fi stocată. Legea conservării sarcinii electrice: într-un sistem izolat electric, suma algebrică a sarcinilor electrice ale tuturor corpurilor incluse în acest sistem rămâne constantă.

electric sistem izolat - un sistem prin limita căruia nu există transfer de taxe în nicio direcție.

Legea lui Coulomb

Legea interacțiunii sarcinilor electrice a fost stabilită experimental de către fizicianul francez C. Coulomb în a doua jumătate a secolului al XVIII-lea. Legea este formulată astfel: modulul forței de interacțiune a două sarcini punctuale fixe este direct proporțional cu produsul modulelor acestor sarcini și invers proporțional cu pătratul distanței dintre ele.

Pentru vid și aer, legea lui Coulomb se scrie după cum urmează:

Unde k este coeficientul de proporționalitate, în funcție de alegerea sistemului de unități. în SI

Unde – constantă electrică.

Pentru un mediu dielectric omogen și izotrop infinit, legea lui Coulomb are forma:

unde ε este permisivitatea mediului în care sunt situate sarcinile.

Legea lui Coulomb este valabilă pentru taxe punctuale- corpuri încărcate, ale căror dimensiuni sunt mult mai mici decât alte dimensiuni ale sistemului în cauză. Dacă un organism încărcat în condițiile acestei probleme nu poate fi considerat o taxă punctuală, atunci este considerat un set de taxe punctuale. Forta cu care un astfel de corp va actiona asupra altui corp este determinata dupa principiul suprapunerii fortelor.

Acțiune câmp electric pentru sarcini electrice

Pentru a descrie interacțiunea sarcinilor electrice în începutul XIX secolului, fizicianul englez M. Faraday a propus să folosească conceptul de câmp electric.

Câmp electric- un mediu material care mediază acţiunea unei sarcini asupra alteia şi transmite această acţiune cu o viteză finită.

Ideea lui Faraday: orice sarcină electrică creează un obiect material în întreg spațiul care îl înconjoară - câmp electric, care acționează asupra altor sarcini electrice cu o anumită forță numită forta electrica , și scade odată cu distanța față de sarcina care o creează.

Încărcarea conferă spațiului din jur cu special proprietăți fizice, a cărui principală este acțiunea cu o forță electrică asupra oricărei sarcini plasate în acest spațiu.

Câmpul creat de sarcinile electrice staționare nu se modifică în timp și se numește electrostatic.

Câmpurile electrice sunt de obicei reprezentate grafic folosind linii de forță- linii, tangente la care în orice punct coincid cu direcția vectorului de tensiune în acest punct. Reprezentarea grafică a câmpurilor electrice este dată cu respectarea următoarelor reguli:

1) linii de forță câmpurile electrice încep pe sarcini pozitive și se termină pe cele negative;

2) liniile de forță nu se intersectează;

3) densitatea liniei este proporțională cu mărimea vectorului de intensitate într-o locație dată în câmp.

Cifrele prezintă câteva exemple. imagine grafică câmpuri.

Un câmp electrostatic este staționar (constant) dacă puterea lui nu se modifică în timp. Câmpurile electrostatice staționare sunt create de sarcini electrice staționare.

Un câmp electrostatic este omogen dacă vectorul său de intensitate este același în toate punctele câmpului; dacă vectorul de intensitate în diferite puncte diferă, câmpul este neomogen. Câmpurile electrostatice uniforme sunt, de exemplu, câmpurile electrostatice ale unui plan de capăt încărcat uniform și un condensator plat departe de marginile plăcilor sale.

Una dintre proprietățile fundamentale ale unui câmp electrostatic este că munca forțelor unui câmp electrostatic atunci când se deplasează o sarcină dintr-un punct al câmpului în altul nu depinde de traiectoria mișcării, ci este determinată doar de poziția câmpului. punctele inițiale și finale și mărimea sarcinii. În consecință, munca forțelor câmpului electrostatic la deplasarea sarcinii de-a lungul oricărei traiectorii închise este egală cu zero. câmpuri de forță, care au această proprietate, se numesc potenţial sau conservator. Adică, un câmp electrostatic este un câmp potențial, a cărui caracteristică energetică este potențialul electrostatic asociat cu vectorul de intensitate. E raport:

E = -gradj.

Pentru o reprezentare grafică a unui câmp electrostatic se folosesc linii de forță (linii de tensiune) - linii imaginare, tangentele la care coincid cu direcția vectorului de intensitate în fiecare punct al câmpului.

Pentru câmpurile electrostatice se respectă principiul suprapunerii. Fiecare sarcină electrică creează un câmp electric în spațiu, indiferent de prezența altor sarcini electrice. Puterea câmpului rezultat creat de sistemul de sarcini este egală cu suma geometrică a intensității câmpurilor create la un punct dat de fiecare dintre sarcini separat.

Orice sarcină din spațiul înconjurător creează un câmp electrostatic. Pentru a detecta un câmp în orice punct, este necesar să plasați o sarcină de testare punctuală la punctul de observație - o sarcină care nu distorsionează câmpul studiat (nu provoacă o redistribuire a sarcinilor care creează câmpul).

Câmp creat de o sarcină punctiformă q, este simetric sferic. Modulul de intensitate al unei sarcini punctiforme solitare în vid folosind legea lui Coulomb poate fi reprezentat ca:

E \u003d q / 4pe despre r 2.

Unde e o este o constantă electrică, \u003d 8,85. 10 -12 f/m.

Legea lui Coulomb, stabilită cu ajutorul balanțelor de torsiune pe care le-a creat (vezi balanțe Coulomb), este una dintre legile de bază care descriu câmpul electrostatic. Ea stabilește o relație între forța de interacțiune a sarcinilor și distanța dintre acestea: forța de interacțiune a două corpuri încărcate nemișcate în vid este direct proporțională cu produsul modulelor sarcinilor și invers proporțională cu pătratul distanta dintre ele.

Această forță se numește Coulomb, iar câmpul se numește Coulomb. În câmpul Coulomb, direcția vectorului depinde de semnul sarcinii Q: dacă Q > 0, atunci vectorul este îndreptat de-a lungul razei de la sarcină, dacă Q ? ori (? - constanta dielectrică a mediului) este mai mică decât în ​​vid.

experimental stabilit prin lege Coulomb și principiul suprapunerii fac posibilă descrierea completă a câmpului electrostatic al unui anumit sistem de sarcini în vid. Cu toate acestea, proprietățile câmpului electrostatic pot fi exprimate într-o formă diferită, mai generală, fără a recurge la conceptul de câmp coulombian al unei sarcini punctiforme. Un câmp electric poate fi caracterizat prin valoarea fluxului vectorului intensității câmpului electric, care poate fi calculată conform teoremei lui Gauss. Teorema Gauss stabilește o relație între fluxul intensității câmpului electric printr-o suprafață închisă și sarcina din interiorul acestei suprafețe. Fluxul de intensitate depinde de distribuția câmpului pe suprafața unei anumite zone și este proporțional cu sarcina electrică din interiorul acestei suprafețe.

Dacă un conductor izolat este plasat într-un câmp electric, atunci pe încărcături gratuite q asupra conductorului va acţiona o forţă. Ca urmare, în conductor are loc o mișcare pe termen scurt a sarcinilor libere. Acest proces se va încheia atunci când câmpul electric propriu al sarcinilor care au apărut pe suprafața conductorului compensează complet câmpul exterior, adică se stabilește o distribuție de echilibru a sarcinilor, la care câmpul electrostatic din interiorul conductorului dispare: deloc puncte din interiorul conductorului E= 0, adică câmpul este absent. Liniile de forță ale câmpului electrostatic în afara conductorului în imediata apropiere a suprafeței acestuia sunt perpendiculare pe suprafață. Dacă nu ar fi așa, atunci ar exista o componentă a intensității câmpului, un curent ar curge de-a lungul suprafeței conductorului și peste suprafață. Sarcinile sunt situate numai pe suprafața conductorului, în timp ce toate punctele de pe suprafața conductorului au aceeași valoare potențială. Suprafața unui conductor este o suprafață echipotențială. Dacă există o cavitate în conductor, atunci câmpul electric din acesta este, de asemenea, egal cu zero; protecția electrostatică a dispozitivelor electrice se bazează pe aceasta.

Dacă un dielectric este plasat într-un câmp electrostatic, atunci are loc un proces de polarizare în el - procesul de orientare a dipolului sau apariția dipolilor orientați de-a lungul câmpului sub influența unui câmp electric. Într-un dielectric omogen, câmpul electrostatic datorat polarizării (vezi. Polarizarea dielectricilor ) scade in o singura data.

În SI, coeficientul de proporționalitate din legea lui Coulomb este

k \u003d 9 10 9 N m 2 / C 2.

Conform legii lui Coulomb doi taxă punctuală 1 C fiecare, situate în vid la o distanță de 1 m unul de celălalt, interacționează cu forța F= 9·10 9 H, aproximativ egală cu greutatea piramidelor egiptene. Din această estimare este clar că pandantivul este o unitate de încărcare foarte mare. Prin urmare, în practică, sunt utilizate de obicei unități de coulomb submultiple.

Legea lui Coulomb considerată anterior stabilește caracteristicile cantitative și calitative ale interacțiunii sarcinilor electrice punctuale în vid. Cu toate acestea, această lege nu răspunde la exact întrebare importantă despre mecanismul de interacțiune a sarcinilor, adică prin care acţiunea unei sarcini este transferată către alta. Căutarea unui răspuns la această întrebare l-a condus pe fizicianul englez M. Faraday la ipoteza existenței unui câmp electric, a cărui validitate a fost pe deplin confirmată de studiile ulterioare. Conform ideii lui Faraday, sarcinile electrice nu acționează direct una asupra celeilalte. Fiecare dintre ele creează un câmp electric în spațiul înconjurător. Câmpul unei sarcini acționează asupra altei sarcini și invers.

Toate cele de mai sus ne permit să oferim următoarea definiție:

câmp electric - acesta este un tip special de materie prin care se realizează interacțiunea sarcinilor electrice.

Proprietățile câmpului electric

Câmp electric financiar, adică există independent de cunoștințele noastre despre el.

Generat de sarcina electrică: în jurul oricărui corp încărcat există un câmp electric.

Câmpul creat de sarcini electrice staționare se numește electrostatic .

Un câmp electric poate fi creat și printr-un câmp magnetic alternativ. Un astfel de câmp electric se numește turbioare .

Câmp electric distribuit de in spatiu cu viteza finala egală cu viteza luminii în vid.

Acțiunea unui câmp electric asupra sarcinilor electrice

Câmpul electric poate fi privit ca model matematic descriind valoarea cantității tensiune câmp electric într-un punct dat din spațiu.

Câmpul electric este una dintre componente unificat câmp electromagneticși manifestarea interacțiunii electromagnetice

Trebuie să intre caracteristicile cantitative ale domeniului. După aceea, câmpurile electrice pot fi comparate între ele și pot continua să le studieze proprietățile.

Pentru a studia câmpul electric, vom folosi acuzație de proces: sub acuzație de proces vom înțelege o sarcină punctiformă pozitivă care nu modifică câmpul electric studiat .

Fie câmpul electric creat de o sarcină punctiformă q 0 . Dacă o sarcină de testare q 1 este introdusă în acest câmp, atunci o forță va acționa asupra ei.

Notă că în acest subiect folosim două sarcini: sursa câmpului electric q 0 și sarcina de test q 1. Câmpul electric acționează numai asupra sarcinii de testare q 1 și nu poate acționa asupra sursei sale, adică. la taxa q 0 .

Conform legii lui Coulomb, această forță este proporțională cu sarcina q 1:

.

Prin urmare, raportul dintre forța care acționează asupra sarcinii q 1 plasată într-un punct dat din câmp și această sarcină în orice punct al câmpului:

nu depinde de sarcina plasată q 1 și poate fi considerată ca o caracteristică a câmpului. Acest caracteristica de putere câmpurile sunt numite intensitatea câmpului electric .

La fel ca forța, intensitatea câmpului este o mărime vectorială, este notă cu litera .

Intensitatea câmpului este egală cu raportul dintre forța cu care acționează câmpul asupra unei sarcini punctiforme și această sarcină.

3.01. Ce mărime fizică este determinată de raportul dintre forța cu care acționează un câmp electric asupra unei sarcini electrice și valoarea acestei sarcini?

G.) capacitate electrică.

3.02. Cum se numește raportul de lucru efectuat de un câmp electric în mișcare sarcină pozitivă, la valoarea de taxare?
DAR.) energie potențială câmp electric;

B.) intensitatea câmpului electric;
LA.) tensiune electrica;

G.) capacitate electrică.

3.03. Ce direcție este luată ca direcție a vectorului intensității câmpului electric?
A.) direcția vectorului forță care acționează asupra unei sarcini punctiforme pozitive;
B.) direcția vectorului forță care acționează asupra unei sarcini punctiforme negative;
B.) direcția vectorului viteză al unei sarcini punctiforme pozitive;
D.) direcția vectorului viteză al unei sarcini punctiforme negative.

3.04. Care dintre următoarele notații matematice determină energia unui condensator încărcat?

DAR.) ; B.)

; LA.)

; G.)

.

03.05. Un corp încărcat pozitiv conține un exces sau o lipsă de electroni?

A.) excesul de electroni; B.) lipsa de electroni;

B.) un exces de protoni; G.) lipsa de protoni.

3.06. Care este forma în SI a formulei legii lui Coulomb pentru vid?
DAR.)

; B.)

; LA.)

; G.)

.

3.07. Care este direcția vectorului în punctul A al câmpului, dacă câmpul este creat de o sarcină pozitivă q (vezi Fig. 12)?

A.) la dreapta;
B.) la stânga;
B.) sus;
G.) jos.

3.08. Se pot intersecta linii de forță?

A.) poate; B.) nu poate; B.) Depinde de configurația câmpului.

3.09. Un corp metalic neîncărcat (Fig. 13) este introdus în câmpul electric al unei sarcini pozitive, iar apoi împărțit în părțile 1 și 2. Ce sarcini electrice au ambele părți ale corpului?

A.) 1 - încărcat negativ, 2 - pozitiv;
B.) 1 - încărcat pozitiv, 2 - negativ;
C.) 1 și 2 sunt încărcate pozitiv;
D.) 1 și 2 sunt încărcate negativ.

3.10. Capacitatea unui condensator depinde de sarcina de pe plăcile sale?
A.) da, în proporție directă;

B.) da, invers proporțional;

B) este independentă.

3.11. Cum se va schimba intensitatea câmpului electric al unei sarcini punctuale în valoare absolută atunci când distanța de la sarcină până la punctul studiat scade de 2 ori și sarcina crește de 2 ori?

B.) va crește de 8 ori; D.) va scadea de 8 ori; D) nu se va schimba.

3.12. Comparați valorile muncii câmpului creat de sarcina +q când mutați sarcina din punctul A în punctul B și în punctul C (Fig. 14).

A.) A AB > A AC;
B.) A AB C.) A AB \u003d A AC;
D.) A AB \u003d A AC \u003d 0.

3.13. De câte ori se va schimba capacitatea unui condensator plat dacă, fără a modifica distanța, se introduce sticlă în spațiul dintre plăcile condensatorului cu

=7 în loc de parafină = 2?

A.) va crește de 3,5 ori; B.) va scadea de 3,5 ori; B) nu se va schimba.

3.14. Sarcina condensatorului a fost dublată. De câte ori s-a schimbat energia condensatorului?

A.) va crește de 2 ori; B.) va scadea de 2 ori;

B.) va crește de 4 ori; G.) va scadea de 4 ori; D) nu se va schimba.

3.15. Când condensatorul a fost încărcat cu o sarcină de 5 μC, energia condensatorului s-a dovedit a fi 0,01 J. Determinați tensiunea de pe plăcile condensatorului.
A.) 2 kV; B.) 0,1 ∙ 10 -8 V; B.) 4 kV; D.) 0,2 μV.

3.16. Ce lucru efectuează forțele câmpului electrostatic la mutarea unei sarcini de 2 nC dintr-un punct cu un potențial de 20 V într-un punct cu un potențial de 10 V?
A.) 20 J; B.) 40 J; B.) 2∙ 10-8 J; G.) 2 ∙ 10 -10 J.

3.17. Două sarcini electrice punctuale aflate la o distanță R interacționează cu o forță de 20 N în vid. Cum se va schimba forța de interacțiune a acestor sarcini la aceeași distanță R în
mediu cu permitivitate ε = 2?
A.) 40 N; B.) 10 N; B.) 5 N; D) nu se va schimba.

3.18. Câmpul electric este creat de sarcina q. În punctul A, situat la o distanță de 0,1 m de sarcină, puterea câmpului este de 1800 V/m. Determinați valoarea taxei.
A.) 0,5 nC; B.) 2 ∙ 10 9 C; B.) 18 C; D.) 2 nC.

3.19. Două corpuri încărcate cu același nume în vid interacționează cu o forță de 1 N. Care va fi forța interacțiunii lor dacă distanța dintre ele este mărită de 4 ori?

A.) 0,5 N; B.) 0,25 N; B.) 2 N; G.) 4 N.

3.20. O sarcină punctiformă plasată într-un mediu lichid creează un potențial de 15 V într-un punct la 0,4 m distanță de sarcină. Sarcina este de 5 nC. Care este constanta dielectrică a mediului?
A.) 1,8; B) 18; B.) 75; G.) 7,5; D.) 1.3.

3.21. Câmpul electric este creat de sarcinile +q 1 și -q 2, iar prima sarcină este mai mare decât a doua în valoare absolută. Aflați direcția forței rezultante care acționează asupra sarcinii +q 3 plasată în punctul C între sarcinile +q 1 și -q 2 (vezi Fig. 15).

A.) la dreapta;
B.) la stânga;
B.) sus;
G.) jos.

3.22. Între plăcile orizontale ale unui condensator de aer se aplică o tensiune de 100 V. O bucată de praf încărcată cu o greutate de 10 mg atârnă nemișcată între plăcile condensatorului. Ce este taxa particule de praf dacă distanța dintre plăci este de 50 mm?
A.) 50 μC; B.) 50 nC; C.) 50 mC; D.) 0,02 nC.

3.23. Ce energie kinetică o particulă încărcată va dobândi, după ce a trecut într-un câmp electric o diferență de potențial de 100 V. Sarcina particulei este de 2 μC. Viteza inițială este zero.

A.) 10-4 J; B.) 200 J; C.) 2 ∙ 10 -4 J.

3.24. Care este modulul forței rezultante care acționează asupra sarcinii q plasată în centrul pătratului, dacă sarcinile prezentate în Fig. 16?

DAR.)

; B.)

;

B.) 0; G.)

.

3.25. O minge mică de masă m și sarcină q 1 este suspendată pe un fir de mătase în aer. Dacă o anumită sarcină q 2 este plasată sub minge la o distanță R de aceasta, forța de tensionare a firului scade de 2 ori. Determinați cantitatea de sarcină q 2 .
DAR.)

; B.)

; LA.)

; G.)

.

3.26. O sarcină punctiformă 1 ∙ 10 -7 C este plasată în vid, iar o sarcină punctiformă 3 ∙ 10 -7 C este plasată într-un lichid. Intensitățile câmpului în puncte echidistante de sarcini sunt aceleași. A determina permisivitatea lichide.
A.) 9; B.) 1/9; LA 3; G.) 1/3.

3.27. O minge cu o masă de 1 g și o sarcină de 9,8 ∙ 10 -8 C este suspendată în aer pe un fir de mătase subțire. Firul este de 45 0 cu verticala dacă o a doua minge cu sarcină de semn opus este plasată la o distanță de 3 cm de prima minge. Determinați-i încărcătura.
A.) 9 ∙ 10 -17 C; B.) 9 ∙ 10 -15 C; B.) 9 ∙ 10 -12 C; G.) 10 -8 Cl.

3.28. Câmpul a fost creat de o încărcare de 10 -8 C. Ce lucru efectuează forțele atunci când se deplasează un proton dintr-un punct situat la o distanță de 16 cm de sarcină la o distanță de 20 cm de acesta?
A.) 2∙ 10-18 J; B.) 18∙ 10-18 J; B.) 2∙ 10-16 J; G.) 2 ∙ 10 -27 J.

3.29. Diferența de potențial dintre plăci este de 100 V. Una dintre plăci este împământată (vezi Fig. 17). Determinați potențialul punctelor A, B, C, D, E, K.

3.30. Un condensator de aer plat cu o capacitate de 20 pF este încărcat la o diferență de potențial de 100 V și este deconectat de la sursă. Ce lucru trebuie făcut pentru a dubla distanța dintre plăcile condensatorului?
A.) 2∙ 10-7 J; B.) 0,5 ∙ 10-7 J; C.) 10-7 J.

Cheile răspunsurilor corecte

Acțiune la distanță (rază lungă)

Este luat în considerare conceptul de interacțiune a sarcinilor electrice, care explică exact cum interacționează sarcinile. Încărcăturile de același semn se resping, iar încărcăturile de semne opuse se atrag. Legea lui Coulomb este valabilă pentru două sarcini punctiforme, când nu există alte sarcini în apropiere sau valoarea lor este neglijabilă, adică există, parcă, doar două sarcini punctiforme care acționează. Dacă sarcinile sunt în mișcare, nu sunt sarcini punctuale sau aceste sarcini acționează în câmpul electric al altor sarcini, atunci este imposibil să se aplice formula Legii lui Coulomb.

Forța electrică a interacțiunii sarcinilor este descrisă ca o acțiune fără contact, cu alte cuvinte, există o acțiune cu rază lungă de acțiune, adică o acțiune la distanță. Pentru a descrie o astfel de acțiune cu rază lungă de acțiune, este convenabil să introduceți conceptul de câmp electric și să îl folosiți pentru a explica acțiunea la distanță.

Se exprimă conceptul de câmp electric limbaj matematicîn expresii și termeni matematici.

Forțele electrice sunt fără contact

Conceptul de forță este conceptul (reprezentarea) forței în fizică, așa cum este definit în cele trei legi ale lui Newton. Există două categorii de forțe: forțe de contact și forțe fără contact. Forțele gravitaționale și electrice sunt fără contact și se vorbește despre ele cât de departe forte active Oh.

Forțele gravitaționale sunt forțe cu rază lungă de acțiune, ele acționează între două obiecte, chiar dacă sunt la o oarecare distanță unul de celălalt. O mașină care se rostogolește liber pe un deal este un exemplu de forțe cu rază lungă de acțiune atunci când Pământul atrage un altul corpul fizic- auto. Dacă lansați un proiectil dintr-un tun de artilerie, atunci acesta se va deplasa de-a lungul unei traiectorii parabolice. În timpul zborului proiectilului, acesta nu are contact cu Pământul și chiar cu suprafața acestuia, ceea ce indică absența contactului dintre ele. Pământul și un proiectil zburător acțiune fără contact a forțelor gravitaționale. Sarcinile electrice interacționează în mod similar cu o astfel de interacțiune pe distanță lungă. Această interacțiune poate fi descrisă convenabil folosind reprezentare matematică câmpuri (electrice, gravitaționale).

Conceptul de câmp electric

Imaginați-vă un câmp adevărat cu o suprafață de, de exemplu, un hectar. Să fie semănat cu grâu. Să presupunem că ai vrut să explorezi unde se află în spațiul acestui câmp fiecare bob de grâu și ce masă are. Pentru a face acest lucru, va trebui să luați o foaie de hârtie și să desenați zona acestui câmp pe o scară, mai întâi trasați axele de coordonate X și Y. Astfel, veți obține o grilă de coordonate ca un tabel, unde fiecare celulă are propria sa adresă sub formă de valori X și Y. Să presupunem că ai reușit să găsești fiecare bob în acest câmp și să-l cântărești și să scrii rezultatul în celula corespunzătoare acestui loc. Ca urmare a unui studiu complet al unui câmp real de grâu, veți primi pe o foaie de hârtie reprezentarea sa matematică abstractă sub forma valorilor masei fiecărui bob. În același mod, puteți examina temperatura, umiditatea și alți parametri fizici în fiecare loc al câmpului real și, de asemenea, puteți introduce rezultatele într-un tabel de foaie. Aceasta este reprezentarea matematică abstractă a câmpului.

Există diferite mărimi și caracteristici fizice care pot fi împărțite în două tipuri. Acestea sunt scalare, adică mărimi fără direcție, cum ar fi temperatura, umiditatea, masa, densitatea etc. și mărimile fizice vectoriale, care, spre deosebire de cele scalare, se caracterizează nu numai prin mărime (număr), ci și prin direcție. O astfel de mărime fizică ca o forță este o mărime vectorială, adică are nu numai o dimensiune (precum și scalari), ci și o direcție. Cum să ținem cont de direcția? Cum se măsoară? Temperatura, umiditatea și presiunea au o scară sub forma unei linii (o axă de coordonate). Aceasta este o modalitate de a măsura scalari. Pentru mărimile vectoriale în plan sunt necesare două axe de coordonate, iar în spațiu sunt necesare trei axe de coordonate. Pentru determinarea și măsurarea direcției mărimilor vectoriale se folosește valoarea unghiului de rotație a vectorului față de origine. Pentru a scrie un vector, este cel mai convenabil să folosiți coordonatele polare, dar este foarte posibil să vă descurcați cu coordonatele carteziene obișnuite.

În exemplul câmpului de grâu de mai sus, la măsurarea masei boabelor, a fost creată o notație matematică pentru o cantitate scalară, masa. O astfel de notație poate fi numită un câmp matematic scalar. Pentru a descrie în acest fel forțele electrice care acționează în spațiu la distanță mare, adică fără contact, trebuie să folosiți o notație matematică vectorială. Această înregistrare vectorială va reprezenta doar ceea ce se numește câmp electric. Un câmp vectorial diferă de unul scalar prin o complexitate mai mare și o înțelegere mai profundă, deoarece este necesar să se țină cont de direcția de acțiune forță fizică pe lângă mărimea lor (scalar).

Este important să ne amintim că înregistrarea pe o bucată de hârtie, reprezentarea câmpului în formă este doar o înregistrare și, în realitate, nu există astfel de linii de forță în spațiu. În spatele fiecărei înregistrări, imaginea câmpului, se află originalul, adică acțiunea reală a forțelor în spațiu, fie în acțiune potențială, fie în acțiune reală. Putem spune că înregistrarea câmpului electric sub formă de numere și linii, culori etc. - aceasta este doar o fotografie a spațiului investigat, unde sursele forțelor care acționează sunt sarcini electrice. O astfel de „fotografie” nu poate fi numită un tip special de materie, dar se poate argumenta că întregul spațiu este umplut cu câmpuri, ale căror surse sunt forțe cu rază lungă de acțiune. Sursa de forță este primară, iar notația matematică a vectorului sau câmp scalar secundar. Sursa de putere este reală, iar înregistrarea este doar o „fotografie”, o imagine a originalului.

Imaginea câmpului electric

Pentru a înregistra, pentru a prezenta sub formă de informație acțiunea forțelor sarcinilor electrice, se folosește un câmp vectorial matematic, care în spațiu este înfățișat sub formă de linii de forță de două tipuri. Un fel de linii sunt echipotențiale, adică formate valori egale potențial (tensiune), iar un alt tip de linii se numește forță. Aceste linii de forță intersectează liniile echipotențiale și sunt scale pentru valoarea forțelor în puncte din spațiu. Pentru a construi o imagine a câmpului electric, se utilizează calculul valorii intensității câmpului electric. Valoarea intensității este de bază pentru a descrie interacțiunea sarcinilor prin reprezentarea câmpului electric.