- Як влаштовано і діє електричне поле
- властивості поля
- потенціал
- напруженість
- напруга
- Наочний прояв поля
- Сфера використання
- Використання в медицині
- Застосування в хімії
- Електротехніка
- Можливості застосування в майбутньому
Електричне поле - це векторне поле, що діє навколо частинок володіють електричним зарядом. Воно входить до складу електромагнітного поля. Для нього характерна відсутність реальної візуалізації. Воно невидимо, і може бути відмічено тільки в результаті силового впливу, на яке реагують інші заряджені тіла з протилежними полюсами.
Як влаштовано і діє електричне поле
По суті, поле є особливим станом матерії. Його дія проявляється в прискоренні тел або частинок, що володіють електричним зарядом. До його характеризує особливостям, можна віднести:
- Дія тільки при наявності електричного заряду.
- Відсутність кордонів.
- Наявність певної величини впливу.
- Можливість визначення тільки по результату дії.
Поле нерозривно пов'язане з зарядами, які знаходяться в певній частці або тілі. Воно може утворюватися в двох випадках. Перший передбачає його поява навколо електричних зарядів, а другий при переміщенні електромагнітних хвиль, коли змінюється електромагнітне поле.
Електричні поля впливають на нерухомі щодо спостерігача електрично заряджені частинки. В результаті вони отримують силове вплив. Приклад впливу поля можна спостерігати і в побуті. Для цього досить створити електричний заряд. Підручники фізики пропонують для цього найпростіший приклад, коли діелектрик натирається про вовняне виріб. Отримати поле цілком можливо, взявши пластикову кулькову ручку і потерши її про волосся. На її поверхні утворюється заряд, що призводить до появи електричного поля. Як наслідок ручка притягує дрібні частинки. Якщо її піднести до дрібно розірваним шматочках паперу, то вони будуть притягатися до неї. Такий же результат можна досягти і при використанні пластикової гребінця.
Побутовим прикладом прояву електричного поля є утворення дрібних світлових спалахів при знятті одягу з синтетичних матеріалів. В результаті знаходження на тілі діелектричні волокна накопичують навколо себе заряди. При знятті такого предмета одягу електричне поле піддається різним силам впливу, що і призводить до утворення світлових спалахів. Особливо це характерно для зимового одягу, зокрема светрів і шарфів.
властивості поля
Для характеристики електричного поля застосовується 3 показника:
- Потенціал.
- Напруженість.
- Напруга.
потенціал
Дана властивість є одним з головних. Потенціал вказує на кількість накопиченої енергії застосовується для переміщення зарядів. У міру їх зсуву енергія марнується, поступово наближаючись до нуля. Наочною аналогією даного принципу може виступити звичайна сталева пружина. У спокійному положенні вона не володіє ніяким потенціалом, але тільки до того моменту, поки не буде стиснута. Від такого впливу вона отримує енергію протидії, тому після припинення впливу обов'язково розігнеться. Коли пружина відпускається, то моментально розпрямляється. Якщо на її шляху опиняться предмети, вона почне їх рухати. Повертаючись безпосередньо до електричного поля потенціал можна порівняти з доданими зусиллями на випрямлення назад.
Електричне поле має потенційну енергією, що і робить його здатним виконувати певним чином впливати. Але переміщаючи заряд в просторі, воно виснажує свій ресурс. У тому ж випадку якщо пересування заряду всередині поля здійснюється під впливом сторонньої сили, то поле не тільки не втрачає свій потенціал, а й поповнює його.
Також для більшого розуміння цієї величини можна навести ще один приклад. Припустимо, що незначний позитивно заряджений заряд розташовується далеко за межами дії ел.поле. Це робить його абсолютно нейтральним і виключає взаємний контакт. Якщо ж в результаті впливу будь-якої сторонньої сили заряд буде рухатися у напрямку до електричного поля, то досягнувши його межі, буде втягнутий в нову траєкторію. Енергія поля, витрачена на вплив щодо заряду в певній точці впливу, і буде називатися потенціалом на цій точці.
Вираз електричного потенціалу здійснюється через одиницю виміру Вольт.
напруженість
Цей показник застосовується для кількісного вираження поля. Дана величина розраховується як відношення позитивного заряду впливає на силу дії. Простою мовою напруженість висловлює силу ел.поле в певному місці і часу. Чим вище напруженість, тим більш вираженим буде вплив поля на навколишні предмети або живі істоти.
напруга
Цей параметр утворюється від потенціалу. Він застосовується для демонстрації кількісного співвідношення дії, яке виробляє поле. Тобто, сам потенціал показує обсяг накопиченої енергії, а напруга демонструє втрати на забезпечення руху зарядів.
В електричному полі позитивні заряди переміщаються від точок з високим потенціалом в місця, де він нижчий. Що стосується негативних зарядів, то вони рухаються протилежно. Як наслідок здійснюється робота з використанням потенційної енергії поля. Фактично напруга між точками якісно висловлює роботу, зроблену полем для перенесення одиниці протилежно заряджених зарядів. Таким чином, терміни напруга і різниця потенціалів це одне і те ж.
Наочний прояв поля
Електричне поле має умовне візуальне вираження. Для цього застосовуються графічні лінії. Вони збігаються з лініями впливу сили, які випромінюють заряди навколо себе. Крім лінії дії сил, також важливо їх напрямок. Для класифікації ліній за основу визначення напрямів прийнято використовувати позитивний заряд. Таким чином, стрілка руху поля йде від позитивних частинок до негативних.
Креслення, що зображують ел.поле, на лініях мають напрямок у вигляді стрілки. Схематично в них завжди є умовне початок і кінець. Таким чином, вони не замикаються самі на себе. Силові лінії беруть свій початок на точці знаходження позитивного заряду і закінчуються на місці негативних частинок.
Електричне поле може мати різні типи ліній в залежності не тільки від полярності заряду, який сприяє їх утворенню, але і наявності сторонніх чинників. Так, при зустрічі протилежних полів вони починають діяти один на одного привабливо. Спотворені ліній набувають обрисів гнутих дуг. У тому ж випадку, коли зустрічаються 2 однакових поля, то вони відштовхуються в протилежні сторони.
Сфера використання
Електричне поле має низку властивостей, які знайшли корисне застосування. Дане явище використовується при створенні різного устаткування для роботи в декількох дуже важливих сферах.
Використання в медицині
Впливу електричного поля на певні ділянки тіла людини дозволяє підвищувати його фактичну температуру. Ця властивість знайшла своє застосування в медицині. Спеціалізовані апарати забезпечують впливу на необхідні ділянки пошкоджених або хворих тканин. В результаті чого поліпшується їх кровообіг і виникає ефект, що загоює. Поле впливає з високою частотою, тому точкове вплив на температуру дає свої результати і цілком відчутно для хворого.
Застосування в хімії
Дана сфера науки передбачає використання різних чистих або змішаних матеріалів. У зв'язку з цим робота з ел.поле не могла обійти цю галузь. Компоненти сумішей взаємодіють з електричним полем по-різному. У хімії це властивість застосовується для поділу рідин. Даний метод знайшов лабораторне застосування, але зустрічається і в промисловості, хоча і рідше. Наприклад, при впливі полем здійснюється відділення в нафти забруднюючих компонентів.
Електричне поле застосовується для обробки при фільтрації води. Воно здатне відокремити окремі групи забруднюючих речовин. Такий спосіб обробки набагато дешевше, ніж використання змінних картриджів.
Електротехніка
Використання електричного поля має вельми цікаве застосування в електротехніці. Так, був розроблений спосіб бездротової передачі електрики від джерела до споживача. До недавнього часу всі розробки мали теоретичний і експериментальний характер. Вже є ефективна реалізація технології зарядки телефону без застосування безпосереднього гнучкого кабелю вставляється в USB роз'єм смартфона. Даний спосіб поки не дозволяє передавати енергію на тривалий відстань, але він вдосконалюється. Цілком можливо, що в найближчому майбутньому потреба в зарядних кабелях з блоками живлення відпаде повністю.
При виконанні електромонтажних і ремонтних робіт застосовується світлодіодне індикаторна викрутка , Що діє на основі схеми польового транзистора . Крім ряду функцій, вона може реагувати на електричне поле. Завдяки цьому при наближенні пробника до фазного проводу індикатор починає світитися без фактичного торкання до струмопровідної жили. Він реагує на поле виходять від провідника навіть крізь ізоляцію. Наявність електричного поля дозволяє знаходити струмопровідних проводах в стіні, а також визначати точки їх розриву.
Захиститися від впливу ел.поле можна за допомогою металевого екрана, всередині якого його не буде. Це властивість широко застосовується в електроніці, щоб виключити взаємний вплив електричних схем, які розташовані досить близько один до одного.
Можливості застосування в майбутньому
Є і більш екзотичні можливості для електричного поля, якими на сьогоднішній день ще не володіє наука. Це комунікації швидше за швидкість світла, телепортація фізичних об'єктів, переміщення за одну мить між роз'єднаними місцями розташування (червоточини). Однак для здійснення подібних планів будуть потрібні набагато складніші дослідження та експерименти, ніж проведення експериментів з двома можливими наслідками.
Однак наука весь час розвивається, відкриваючи все нові можливості застосування електр.поля. У майбутньому його сфера використання може значно розширитися. Можливо, що воно знайде застосування у всіх значущих сферах нашого життя.
