Основные характеристики электрического поля.
Электрическое поле есть разновидность материи, посредством которой осуществляется силовое воздействие на электрические заряды, находящиеся в этом поле.
Все вещества состоят из молекул, а молекулы в свою очередь из атомов. Атом состоит из протонов, электронов и нейтронов. Протоны имеют положительный заряд, электроны отрицательный, а нейтроны - это частицы, не обладающие зарядом. Атом считается нейтральным, если он имеет одно и то же число электронов и протонов, уравновешивающих друг друга. Если атом получает электрон, он становится отрицательно заряженным, если атом теряет электрон, - положительно заряженным (рис. 2).
Рисунок 2 Атом.
Электрический заряд - величина, определяющая интенсивность электромагнитного взаимодействия заряженных частиц.
Обозначение - q. Единица измерения - Кулон.
Вокруг заряда в любой среде, в том числе и в вакууме, возникает электрическое поле.
Электрическое поле - пространство, в котором на электрически заряженные частицы и тела воздействует сила (рис.3).
Рисунок 3.
Электростатическое поле - поле, создаваемое неподвижными заряженными зарядами.
Свойства электрического поля:
порождается электрическими зарядами;
обнаруживается по действию на заряд;
действует на заряды с некоторой силой.
Электрическое поле изображается силовыми линиями или линиями напряженности электрического поля (рис.4).
Рисунок 4.
Под действием сил электростатического поля заряды взаимодействуют друг с другом: одноименные - отталкиваются, разноименные - притягиваются (рис.5).
Рисунок 5.
Например, когда вы расчесываете волосы пластмассовой расческой, волосы и расческа становятся заряженными, поэтому волосы притягиваются к расческе или к расческе может прилипнуть кусочек бумаги. А тело человека может заряжаться до напряжения около 20 кВ.
Сила взаимодействия электрических зарядов определяется законом Кулона и направлены по прямой линии (рис. 6).
Рисунок 6.
Если в электрическое поле поместить пробный положительный заряд, то силы этого поля будут стремиться переместить этот заряд в определенном направлении. Таким образом, электрическое поле обладает следующими характеристиками:
силовой - напряженностью;
энергетической - потенциалом.
Напряженность - это сила, с которой электрическое поле действует на заряд, помещенный в данную точку этого поля. Единица измерения - вольт/метр.
где Е - напряженность, F - сила, Н; q - величина электрического заряда, Кл.
Например: иногда во время грозы или при её приближении на острых концах высоких предметов (башни, мачты, одиноко стоящие деревья, линии электропередачи и т.п.) возникает разряд в форме светящихся пучков или кисточек (так называемый коронный разряд). Это явление получило название Огни святого Эльма. Причиной его возникновения является большая напряженность электрического поля (500 В/м и выше) у острия атмосферы.
Потенциал – это работа, которая производится силами электрического поля при перемещении единицы положительного заряда из данной точки в бесконечность (в точку с нулевым потенциалом) (рис.6). Единица измерения - вольт.
=
где А-работа сил электрического поля Н∙м;
q - количество электричества, Кл;
F - сила, Н;
S - путь, м.
Эта работа равна потенциальной энергии WМ, которой обладает заряд в 1 Кл в рассматриваемой точке поле (например, М).
А
В электрическом поле потенциал положительного заряда любой точки положителен, а в поле отрицательного заряда - отрицателен.
Потенциал различных точек электрического поля обычно сравнивают с потенциалом земли, который принято считать равным нулю (подобно тому, как температуру любого тела сравнивают с температурой таяния льда). Это значит, что потенциал проводника, электрически соединенного с Землей, равен нулю. Положительный потенциал больше (выше) потенциала земли, а отрицательный потенциал меньше (ниже) потенциала земли.
Ответьте на вопрос, для чего применяют преднамеренное электрическое соединение с землей какой-либо точки электрической сети, электроустановки или оборудования?
При преднамеренном электрическом соединении с землей, например, корпуса электрооборудования, которое может в результате каких-либо причин оказаться под высоким напряжением, происходит уменьшение до безопасного значения разности потенциалов между заземляемым проводящим предметом и другими проводящими предметами, имеющими естественное заземление. Тем самым, персонал, обслуживающий это оборудования защищается от взаимодействия электрического напряжения.
Если поле создано положительным зарядом, то чем дальше точка поля удалена от заряда, тем меньше её потенциал, и наоборот, если электрическое поле создано отрицательным зарядом. Так rABC, то A B C (рис.7).
Рисунок 7.