Jak se určuje síla elektrického pole ve vodiči?

Pokud třete perem o syntetický svetr, začnou se k němu přitahovat kousky papíru bez přímého kontaktu. Je to všechno o elektrickém poli, které umožňuje nabitým tělesům interakci na dálku. Tento materiál je o tom, co je síla elektrického pole a jaké jsou na ni názory v moderní fyzice.

15 2021 сентября

· Aktualizováno 6. prosince 2024

Síla elektrického pole je vektorová fyzikální veličina, která charakterizuje elektrické pole v daném bodě a je rovna poměru síly F působící na stacionární bodový náboj umístěný v daném bodě pole k hodnotě tohoto náboje q: E = F/q.

• Napětí v bodě nabíjecího kondenzátoru
• Napětí mezi nabitými deskami

Co je elektrické pole

Vědci dlouho nemohli skutečně vysvětlit, jak přesně nabitá tělesa na sebe vzájemně působí, aniž by se dotkli. Michael Faraday byl první, kdo zjistil, že mezi nimi existuje jakýsi mezičlánek. Jeho závěry potvrdil James Maxwell, který zjistil, že to nějakou dobu trvá, než jeden takový objekt ovlivní druhý, což znamená, že interagují přes „prostředníka“.

V moderní fyzice elektrické pole – jedná se o druh hmoty, která vzniká kolem nabitých těles a určuje jejich interakci. Pokud jde o stacionární objekty, pole se nazývá elektrostatické.

Tělesa s podobnými náboji se budou odpuzovat a těla s opačnými náboji se budou přitahovat.

Stanovení intenzity elektrického pole

Ke studiu elektrického pole se používají bodové náboje. Pojďme zjistit, co to je.

Bodový poplatek je elektrifikovaný objekt, jehož rozměry lze zanedbat, protože je příliš malý ve srovnání se vzdáleností oddělující tento objekt od ostatních nabitých těles.

Nyní si povíme přímo o intenzitě, která je jednou z hlavních charakteristik elektrického pole. Jedná se o vektorovou fyzikální veličinu. Na rozdíl od skalárních má nejen význam, ale i směr.

Ke studiu elektrické intenzity je nutné v poli nabitého tělesa q₁ umístit další bodový náboj q₂ (řekněme, že jsou oba pozitivní). Ze strany q₁ na q₂ v práci bude nějaká síla. Je zřejmé, že pro výpočty je nutné mít na paměti jak hodnotu dané síly, tak její směr.

Síla elektrického pole je indikátor rovný poměru síly působící na náboj v elektrickém poli k velikosti tohoto náboje.

Napětí je silová charakteristika pole. Říká nám, jak silný je vliv pole v daném bodě nejen na jiný náboj, ale také na živé a neživé nabité objekty.

Někdy můžete slyšet frázi „napětí elektrického pole“, ale je chybou říkat „napětí“ správně.

Jaké povolání vám vyhovuje? Zjistěte to za 10 minut!

Získejte další výhody od Skysmart:

• Připravte se na OGE s A.
• Připravte se na sjednocenou státní zkoušku s vysokým skóre.
• Přihlaste se do bezplatných kurzů pro děti.
• Řešte úkoly v bezplatném simulátoru Unified State Exam.

Jednotky měření a vzorce

Z výše uvedené definice je jasné, jak zjistit sílu elektrického pole v určitém bodě:

E = F/qKde F je síla působící na náboj a q – výše poplatku umístěného v daném bodě.

Pokud potřebujeme vyjádřit sílu napětím, dostaneme následující vzorec:

Směr intenzity elektrického pole se vždy shoduje se směrem působící síly. Pokud vezmeme záporný bodový náboj, vzorce budou fungovat podobně.

Protože síla se měří v newtonech a náboj se měří v coulombech, Jednotkou intenzity elektrického pole je N/C (newton na coulomb).

Princip superpozice

Řekněme, že máme několik poplatků, které se vzájemně ovlivňují. Každý má kolem sebe své vlastní elektrické pole. Pak existuje určitý bod nebo oblast, ve které existuje elektrické pole několika nábojů současně. Jaká je celková síla elektrického pole vytvořená těmito náboji?

Bylo zjištěno, že celková síla působící na konkrétní náboj umístěný v poli je součtem sil působících na daný náboj z každého tělesa. Z toho vyplývá, že intenzitu pole v libovolném daném bodě lze vypočítat sečtením vektorových sil vytvořených každým nábojem zvlášť ve stejném bodě. Tohle je ono princip superpozice.

Toto pravidlo platí pro všechna pole, s některými výjimkami. Princip superpozice není dodržen v následujících případech:

• vzdálenost mezi náboji je velmi malá – asi 10 -15 m;
• Hovoříme o supersilných polích s intenzitou větší než 10 20 V/m.

Problémy s takovými daty ale přesahují rámec školního kurzu fyziky.

Síla pole bodového náboje

Elektrické pole vytvořené bodovým nábojem má jednu zvláštnost – vzhledem k malé hodnotě samotného náboje působí velmi slabě na ostatní zelektrizovaná tělesa. Proto se takové „body“ používají pro výzkum.

Ale než vám řekneme, na čem závisí síla elektrického pole bodového náboje, podívejme se blíže na to, jak tyto náboje interagují.

Zakon Kulona

Předpokládejme, že ve vakuu jsou dva bodové náboje, které jsou staticky umístěny v určité vzdálenosti od sebe. V závislosti na stejném jménu nebo rozdílu ve jménu mohou přitahovat nebo odpuzovat. V každém případě na ně působí síly směřující podél přímky, která je spojuje.

Zakon Kulona

Moduly sil působících na bodové náboje ve vakuu jsou úměrné součinu těchto nábojů a nepřímo úměrné druhé mocnině vzdálenosti mezi nimi.

Intenzitu elektrického pole v určitém bodě lze zjistit pomocí vzorce: kde q₁ a q₂ jsou moduly bodových nábojů, r je vzdálenost mezi nimi.

Účastní se formule faktor proporcionality k, který byl stanoven empiricky a je konstantní hodnotou. Udává sílu, kterou interagují dvě tělesa s nábojem 1 C, umístěná ve vzdálenosti 1 m.

Síla interakce mezi dvěma bodovými náboji zůstává stejná, když se v daném poli objeví libovolně velké množství dalších nábojů.

Vezmeme-li v úvahu vše výše uvedené, napětí elektrického pole bodového náboje v určitém bodě vzdáleném od náboje ve vzdálenosti r, lze vypočítat pomocí vzorce:

Zjistili jsme tedy, co se nazývá intenzita elektrického pole a na čem tato hodnota závisí. Nyní se podívejme, jak je to graficky znázorněno.

Online příprava na OGE ve fyzice vám pomůže zbavit se stresu před zkouškou a získat vysoké skóre.

Napínací čáry

Elektrické pole nelze vidět pouhým okem, ale lze jej znázornit pomocí napínacích čar. Graficky to budou souvislé přímky, které spojují nabité objekty. Konvenční počáteční bod takové přímky je na kladném náboji a koncový bod je na záporném náboji.

Napínací čáry – to jsou přímky, které se shodují se siločárami v systému kladných a záporných nábojů. Tečny k nim v každém bodě elektrického pole mají stejný směr jako síla tohoto pole.

Při grafickém znázornění siločar je možné zprostředkovat nejen směr, ale i velikost intenzity elektrického pole (samozřejmě podmíněně). V místech, kde je modul tahu vyšší, je zvykem dělat hustší vzor čar. Jsou i případy, kdy se hustota čar nemění – to se děje při zobrazování rovnoměrného pole.

Rovnoměrné elektrické pole je tvořen na rozdíl od nábojů se stejným modulem umístěným na dvou kovových deskách. Napínací čáry mezi těmito náboji jsou všude rovnoběžné přímky, s výjimkou okrajů desek a prostoru za nimi.