Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!
Електрическото поле е пространство, в което електрическа сила действа върху заредени тела. Силата на електрическото поле ни позволява да предвидим колко силна ще бъде тази сила. Но можете ли да нарисувате електрическо поле? Или поне си го представяте?
Трудно е да си представим електрическо поле. Пробен заряд, поставен в дадена точка на пространството, е подложен на определена сила. В друга точка на пространството върху същия електрически заряд действа друга сила: с различна големина и в различна посока. Във всяка точка на електрическото поле - а има безкрайно много такива точки - действа някакъв вид сила.
И все пак казваме, че полето съществува, дори ако няма електрически заряд, върху който действат силите. Безкраен брой сили, които все още не съществуват, но които ще се появят, когато се появи електрически заряд - това не е нещо, което е лесно да се разбере от въображението (фиг. 1.). Въвеждането на концепцията за напрегнатост на полето, която казва каква сила действа не върху електрически заряд, а върху един положителен заряд, не помага много.
Ориз. 1. Безкраен брой електрически сили. Не изглежда много добре Въпреки това, има елегантен начин за графично представяне на електрическото поле. Разбира се, той не е съвършен и не показва всички аспекти на електрическото поле. Но той е прост и привлекателен за въображението, както и универсален. Може да се използва за визуализиране не само на електрическото поле, но и на магнитното поле, гравитационното поле и всяко друго векторно поле. Говорим за полеви линии (фиг. 2.).
Ориз. 2. Лесно можем да си представим силовите линии на електрическото поле
Какво представляват силовите линии на електрическото поле? Това са линии, които показват в каква посока електрическата сила действа в дадена точка от полето върху електрически заряд, поставен там, и в допълнение дават представа за големината на тази сила.
Ето характеристиките, които са характерни за линиите на електрическото поле:
- Линиите на електрическото поле са начертани така, че векторът на силата, действащ върху електрически заряд, поставен в полето, винаги е насочен тангенциално към тях.
- Линиите на електрическото поле са насочени (фиг. 3.), тоест имат подчертан характер. Тази посока съответства на посоката на силата, действаща върху положителен електрически заряд, поставен в полето. Зарядът (реален или въображаем), който използваме, за да определим посоката на линиите на електрическото поле, се нарича тестов заряд. Имайте предвид, че се приема, че това е положителен заряд.Силата, действаща върху отрицателен заряд, ще има посока, противоположна на линиите на електрическото поле.
- Линиите на електрическото поле се изчертават толкова по-плътни, колкото по-висока е силата на полето в дадена област.
- Положителният заряд ще се движи по линиите на полето, ако го поставим в дадена точка и не му дадем скорост.
Ориз. 3. Черните линии са линии на електрическо поле. Оранжевите стрелки представляват векторите на напрегнатост на електрическото поле (силата, действаща върху единица положителен заряд) в различни точки. Имайте предвид, че във всяка точка силата е допирателна към силовите линии.
Линиите на електрическото поле могат да се представят в три измерения, например, простиращи се във всички посоки от електрически заредена сфера (фиг. 4).
Ориз. 4. Линии на електрическото поле в три измерения
Въпреки това, най-често виждаме линии на електрическо поле в равнина: лист хартия, екран на монитор. Винаги е важно да запомните, че електрическото поле се простира през всичките три измерения, а разрез или проекция в две измерения е опростяване, което използваме, за да улесним графичното представяне.
Друго опростяване е, че линиите на полето не покриват цялото пространство или равнина на чертежа. Силата обаче присъства навсякъде, включително и в празнините между начертаните линии! Линиите на полето са начертани достатъчно плътно, за да дадат представа за посоката на силите на полето във всяка точка; обаче, ако бяха нарисувани твърде плътно, това би потъмняло рисунката.
Друг важен факт относно силовите линии на електрическото поле, който следва от законите на електричеството и магнетизма, е, че докато електрическите заряди, които създават електрическо поле, са неподвижни (тогава говорим за електростатично поле), електрическото силовите линии никога не образуват затворени вериги; те не свършват и не започват никъде - линиите на електрическото поле винаги започват с положителен електрически заряд и завършват с отрицателен електрически заряд (фиг.5).
Ориз. 5. Линиите на електростатичното поле винаги "напускат" положителен заряд и "влизат" в отрицателен заряд. Те никога не свършват или започват в празно пространство.
Да видим как изглеждат линиите на полето на практика, използвайки примера на поле около положителен точков заряд.
Пример
Илюстрирайте електрическото поле около положителен точков заряд с помощта на линии на електрическо поле.
Решение:
Да започнем с обозначението на точковия заряд, който е източникът на полето. Законът на Кулон гласи, че силата на електростатичното взаимодействие между два точкови електрически заряда винаги е насочена по права линия, свързваща електрическите заряди. Следователно, за да могат линиите на електрическото поле да са допирателни към вектора на силата във всяка точка, те трябва да бъдат прави линии, излъчвани от източник на електрически заряд (фиг.6.).
Ориз. 6. Прави линии, излизащи от източник на електрически заряд
Тъй като имаме работа с положителен заряд, силата, действаща върху положителен пробен електрически заряд, поставен в изследваното електрическо поле, ще бъде отблъскваща сила. Следователно линиите на полето са насочени „навън“ (фиг. 7.):
Ориз. 7. Линиите на електрическото поле са насочени навън
Обърнете внимание, че начертаните линии на електрическото поле са по-концентрирани по-близо до точковия заряд (квадрат "а" ), който е техният източник. Тъй като интерпретираме "плътността" на линиите като стойност на силата на полето, това ни дава интуиция, че полето около точковия заряд отслабва (квадрат "b" ), когато се отдалечаваме от този електрически заряд (в случая на линии на полето, начертани в равнина, но „плътността“ на линиите не е математически точна мярка за силата на полето).