Напруженість електричного поля: формула, в чому вимірюється, як знайти.

Заряджене тіло постійно передає частину енергії, перетворюючи її в інший стан, однією з частин якого є електричне поле. Напруженість – основна складова, яка характеризує електричну частину електромагнітного випромінювання. Його значення залежить від сили струму і виступає силовий характеристикою. Саме з цієї причини високовольтні дроти розміщують на велику висоту, ніж проводку для меншого струму.

Визначення поняття і формула розрахунку

Вектор напруженості (E) – сила, що діє на нескінченно малий струм в даній точці. Формула для визначення параметра виглядає наступним чином:

де:

  • F- сила, яка діє на заряд;
  • q-величина заряду.

Заряд, який бере участь в дослідженні, називається пробним. Він повинен бути незначним, щоб не спотворювати результати. За ідеальних умов в ролі q виступає позитрон.

Варто зазначити, що величина відносна, її кількісна характеристика і напрямок залежать від координат і при зміщенні зміниться.

Виходячи із закону кулона сила, що діє на тіло, дорівнює добутку потенціалів, поділеній на квадрат відстані між тілами.

F = q1 *q2/ r2

З цього випливає, що напруженість в даній точці простору прямо пропорційна потенціалу джерела і обернено пропорційна квадрату відстані між ними. Загалом, символічному випадку рівняння записується в такий спосіб:

E = q / r2

Виходячи з рівняння, одиниця виміру електричного поля – Вольт на метр. Це ж позначення прийнято системою СІ. Маючи значення параметра, можна обчислити силу, яка буде діяти на тіло в досліджуваній точці, а знаючи силу – знайти напруженість електричного поля.

За формулою видно, що результат абсолютно не залежить від пробного заряду. Це незвично, так як цей параметр присутній в первісному рівнянні. Однак це логічно, тому що джерелом є основною, а не пробний випромінювач. В реальних умовах даний параметр має вплив на вимірювані характеристики і видає спотворення, що обумовлює використання позитрона для ідеальних умов.

Так як напруженість – векторна величина, крім значення вона має напрямок. Вектор спрямований від основного джерела до досліджуваного, або від пробного заряду до основного. Це залежить від полярності. Якщо знаки однакові, то відбувається відштовхування, вектор направлений до досліджуваної точці. Якщо точки заряджені різнополярних, то джерела притягуються. У цьому випадку прийнято вважати, що вектор сили направлений від позитивного джерела до негативного.


Одиниця виміру

Залежно від контексту і застосування в областях електростатики напруженість електричного поля [E] вимірюється в двох одиницях. Це можуть бути вольт / метр або ньютон / кулон. Причиною такої плутанини є отримання її з різних умов, виведення одиниці вимірювань з застосовуваних формул. У деяких випадках одна з розмірностей використовується намір для запобігання застосування формул, які працюють тільки для окремих випадків. Поняття присутній в фундаментальних електродинамічних законах, тому величина є для термодинаміки базової.

принцип суперпозиції

  • кілька незалежних матеріальних точок;
  • розподілену пряму або криву (статор електромагніту, провід і т.д.).

Для точкового заряду знаходження напруженості виглядає наступним чином: E = k * q / r2, де k = 9 * 109

При впливі на тіло декількох джерел напруженість в точці буде дорівнювати векторній сумі потенціалів. При дії розподіленого джерела обчислюється чинним інтегралом по всій області розподілу.

Характеристика може змінюватися в часі в зв’язку зі зміною зарядів. Значення залишається постійним тільки для електростатичного поля. Вона є однією з основних силових характеристик, тому для однорідного поля напрямок вектора і величина q будуть однаковими в будь-яких координатах.

З точки зору термодинаміки

Напруженість виступає одним з основних і ключових характеристик в класичній електродинаміці. Її значення, а також дані електричного заряду і магнітної індукції представляються основними характеристиками, знаючи які можна визначити параметри протікання практично всіх електродинамічних процесів. Вона присутні і виконує важливу роль в таких фундаментальних поняттях, як формула сили Лоренца і рівняння Максвелла.

де:

F-сила Лоуренц;

  • q – заряд;
  • B – вектор магнітної індукції;
  • С – швидкість світла у вакуумі;
  • j – щільність магнітного струму;
  • μ0 – магнітна постійна = 1,25663706 * 10-6;
  • ε0 – електрична постійна, рівна +8,85418781762039 * 10-12

Поряд зі значенням магнітної індукції даний параметр є основною характеристикою електромагнітного поля, випромінюваного зарядом. Виходячи з цього, з точки зору термодинаміки напруженість – значно більш важливе значення, ніж сила струму або інші показники.

Ці закони виступають фундаментальними, на них будується вся термодинаміка. Слід зазначити, що закон Ампера і інші більш ранні формули є наближеними або описують окремі випадки. Закони Максвелла і Лоренца універсальні.

практичне значення

Поняття напруженості знайшло широке застосування в електротехніці. Воно застосовується для розрахунків норм сигналів, обчислення стійкості системи, визначення впливу електромагнітного випромінювання на навколишні джерело елементи.

Основною сферою, де поняття знайшло широке застосування, є стільниковий і супутниковий зв’язок, телевежі та інші електромагнітні випромінювачі. Знання інтенсивності випромінювання для даних пристроїв дозволяють розрахувати такі параметри, як:

  • дальність дії радіовежі;
  • безпечну відстань від джерела до людини.

Перший параметр дуже важливий для тих, хто встановлює супутникове телевізійне мовлення, а також мобільний зв’язок. Другий дає можливість визначити допустимі норми по випромінюванню, тим самим убезпечивши користувачів від шкідливого впливу електроприладів. Застосування даних властивостей електромагнітного випромінювання не обмежується зв’язком. На цих базових принципах побудована вироблення енергії, побутова техніка, частково виробництво механічних виробів (наприклад, фарбування за допомогою електромагнітних імпульсів). Таким чином, розуміння величини є важливим і для виробничого процесу.

Цікаві досліди, що дозволяють побачити картину силових ліній електричного поля: відео

Читайте також:

Ссылка на основную публикацию