Οι ιδιότητες και τα χαρακτηριστικά του ηλεκτρικού πεδίου μελετώνται από όλους σχεδόν τους τεχνικούς ειδικούς. Αλλά ένα πανεπιστημιακό μάθημα είναι συχνά γραμμένο σε πολύπλοκη και ακατανόητη γλώσσα. Ως εκ τούτου, στο πλαίσιο του άρθρου, τα χαρακτηριστικά των ηλεκτρικών πεδίων θα περιγραφούν με προσιτό τρόπο ώστε να τα κατανοήσει ο καθένας. Επιπλέον, θα δώσουμε ιδιαίτερη προσοχή στις αλληλένδετες έννοιες (υπέρθεση) και στις δυνατότητες ανάπτυξης αυτού του τομέα της φυσικής.
Γενικές πληροφορίες
Σύμφωνα με τις σύγχρονες αντιλήψεις, τα ηλεκτρικά φορτία δεν αλληλεπιδρούν άμεσα μεταξύ τους. Ένα ενδιαφέρον χαρακτηριστικό προκύπτει από αυτό. Έτσι, κάθε φορτισμένο σώμα έχει το δικό του ηλεκτρικό πεδίο στον περιβάλλοντα χώρο. Επηρεάζει άλλες οντότητες. Τα χαρακτηριστικά των ηλεκτρικών πεδίων μας ενδιαφέρουν γιατί δείχνουν την επίδραση του πεδίου στα ηλεκτρικά φορτία και τη δύναμη με την οποία ασκείται. Τι συμπέρασμα μπορεί να εξαχθεί από αυτό; Τα φορτισμένα σώματα δεν έχουν αμοιβαία άμεση επίδραση. Για αυτό, χρησιμοποιούνται ηλεκτρικά πεδία. Πώς μπορούν να εξερευνηθούν; Για να το κάνετε αυτό, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μια δοκιμαστική φόρτιση - μια δέσμη σωματιδίων μικρού σημείου, η οποία δεν είναιθα έχει σημαντικό αντίκτυπο στην υπάρχουσα δομή. Ποια είναι λοιπόν τα χαρακτηριστικά του ηλεκτρικού πεδίου; Υπάρχουν τρία από αυτά: ένταση, ένταση και δυναμικό. Κάθε ένα από αυτά έχει τα δικά του χαρακτηριστικά και σφαίρες επιρροής στα σωματίδια.
Ηλεκτρικό πεδίο: τι είναι;
Αλλά πριν προχωρήσετε στο κύριο θέμα του άρθρου, πρέπει να έχετε ένα ορισμένο ποσό γνώσεων. Εάν είναι, τότε αυτό το τμήμα μπορεί να παραλειφθεί με ασφάλεια. Αρχικά, ας εξετάσουμε το ερώτημα του λόγου για την ύπαρξη ηλεκτρικού πεδίου. Για να γίνει χρειάζεται χρέωση. Επιπλέον, οι ιδιότητες του χώρου στον οποίο βρίσκεται το φορτισμένο σώμα πρέπει να διαφέρουν από εκείνες όπου δεν υπάρχει. Υπάρχει ένα τέτοιο χαρακτηριστικό εδώ: εάν μια φόρτιση τοποθετηθεί σε ένα συγκεκριμένο σύστημα συντεταγμένων, τότε οι αλλαγές δεν θα συμβούν αμέσως, αλλά μόνο με μια συγκεκριμένη ταχύτητα. Θα εξαπλωθούν, όπως τα κύματα, στο διάστημα. Αυτό θα συνοδεύεται από την εμφάνιση μηχανικών δυνάμεων που δρουν σε άλλους φορείς σε αυτό το σύστημα συντεταγμένων. Και ερχόμαστε στο κύριο πράγμα! Οι αναδυόμενες δυνάμεις δεν είναι αποτέλεσμα άμεσης επιρροής, αλλά αλληλεπίδρασης μέσα από ένα περιβάλλον που έχει αλλάξει ποιοτικά. Ο χώρος στον οποίο συμβαίνουν τέτοιες αλλαγές ονομάζεται ηλεκτρικό πεδίο.
Λειτουργίες
Ένα φορτίο που βρίσκεται σε ένα ηλεκτρικό πεδίο κινείται προς την κατεύθυνση της δύναμης που ασκεί σε αυτό. Είναι δυνατόν να επιτευχθεί μια κατάσταση ανάπαυσης; Ναι, είναι αρκετά αληθινό. Αλλά για αυτό, η ισχύς του ηλεκτρικού πεδίου πρέπει να εξισορροπηθεί από κάποιουςάλλη επιρροή. Μόλις εμφανιστεί η ανισορροπία, η φόρτιση αρχίζει να κινείται ξανά. Η κατεύθυνση σε αυτή την περίπτωση θα εξαρτηθεί από τη μεγαλύτερη δύναμη. Αν και αν είναι πολλά, το τελικό αποτέλεσμα θα είναι κάτι ισορροπημένο και καθολικό. Για να φανταστείτε καλύτερα με τι πρέπει να δουλέψετε, απεικονίζονται γραμμές δύναμης. Οι κατευθύνσεις τους αντιστοιχούν στις δρώντες δυνάμεις. Πρέπει να σημειωθεί ότι οι γραμμές δύναμης έχουν και αρχή και τέλος. Δεν κλείνονται δηλαδή στον εαυτό τους. Αρχίζουν από θετικά φορτισμένα σώματα και τελειώνουν σε αρνητικά. Δεν είναι όλα αυτά, αναλυτικότερα για τις γραμμές δύναμης, το θεωρητικό τους υπόβαθρο και την πρακτική εφαρμογή τους, θα μιλήσουμε λίγο παρακάτω στο κείμενο και θα τα εξετάσουμε μαζί με τον νόμο του Κουλόμπ.
Ένταση ηλεκτρικού πεδίου
Αυτό το χαρακτηριστικό χρησιμοποιείται για την ποσοτικοποίηση του ηλεκτρικού πεδίου. Αυτό είναι αρκετά δύσκολο να γίνει κατανοητό. Αυτό το χαρακτηριστικό του ηλεκτρικού πεδίου (ισχύς) είναι ένα φυσικό μέγεθος ίσο με τον λόγο της δύναμης δράσης σε ένα θετικό δοκιμαστικό φορτίο, το οποίο βρίσκεται σε ένα ορισμένο σημείο του χώρου, προς την τιμή του. Υπάρχει μια ιδιαίτερη πτυχή εδώ. Αυτό το φυσικό μέγεθος είναι ένα διάνυσμα. Η κατεύθυνσή του συμπίπτει με την κατεύθυνση της δύναμης που επενεργεί στο θετικό δοκιμαστικό φορτίο. Θα πρέπει επίσης να απαντήσετε σε μια πολύ συνηθισμένη ερώτηση και να σημειώσετε ότι το χαρακτηριστικό ισχύος του ηλεκτρικού πεδίου είναι ακριβώς η ένταση. Και τι συμβαίνει με τα ακίνητα και αμετάβλητα θέματα; Το ηλεκτρικό τους πεδίο θεωρείται ηλεκτροστατικό. Όταν εργάζεστε με ένα σημείο χρέωσης καιΤο ενδιαφέρον για τη μελέτη της έντασης παρέχεται από τις γραμμές δύναμης και τον νόμο του Coulomb. Τι χαρακτηριστικά υπάρχουν εδώ;
Νόμος του Κουλόμπ και γραμμές δύναμης
Η χαρακτηριστική δύναμη του ηλεκτρικού πεδίου σε αυτήν την περίπτωση λειτουργεί μόνο για ένα σημειακό φορτίο, το οποίο βρίσκεται σε απόσταση ορισμένης ακτίνας από αυτό. Και αν πάρουμε αυτό το modulo τιμής, τότε θα έχουμε ένα πεδίο Coulomb. Σε αυτό, η κατεύθυνση του διανύσματος εξαρτάται άμεσα από το πρόσημο του φορτίου. Άρα, αν είναι θετικό, τότε το πεδίο θα «κινηθεί» κατά μήκος της ακτίνας. Στην αντίθετη περίπτωση, το διάνυσμα θα κατευθυνθεί απευθείας στο ίδιο το φορτίο. Για μια οπτική κατανόηση του τι συμβαίνει και του πώς, μπορείτε να βρείτε και να εξοικειωθείτε με τα σχέδια που δείχνουν τις γραμμές δύναμης. Τα κύρια χαρακτηριστικά του ηλεκτρικού πεδίου στα σχολικά βιβλία, αν και μάλλον δύσκολα εξηγούνται, αλλά τα σχέδια, θα πρέπει να τους δοθεί η δέουσα, είναι υψηλής ποιότητας. Είναι αλήθεια ότι πρέπει να σημειωθεί ένα τέτοιο χαρακτηριστικό των βιβλίων: κατά την κατασκευή σχεδίων γραμμών δύναμης, η πυκνότητά τους είναι ανάλογη με το μέτρο του διανύσματος τάσης. Αυτή είναι μια μικρή υπόδειξη που μπορεί να βοηθήσει πολύ στον έλεγχο γνώσεων ή στις εξετάσεις.
Δυνατότητα
Το φορτίο κινείται πάντα όταν δεν υπάρχει ισορροπία δυνάμεων. Αυτό μας λέει ότι σε αυτή την περίπτωση το ηλεκτρικό πεδίο έχει δυναμική ενέργεια. Με άλλα λόγια, μπορεί να κάνει κάποια δουλειά. Ας δούμε ένα μικρό παράδειγμα. Ένα ηλεκτρικό πεδίο έχει μετακινήσει ένα φορτίο από ένα σημείοΚαι στο Β. Ως αποτέλεσμα, υπάρχει μείωση της δυναμικής ενέργειας του πεδίου. Συμβαίνει επειδή η δουλειά έχει γίνει. Αυτό το χαρακτηριστικό ισχύος του ηλεκτρικού πεδίου δεν θα αλλάξει εάν η κίνηση έγινε υπό εξωτερική επίδραση. Σε αυτή την περίπτωση, η δυναμική ενέργεια δεν θα μειωθεί, αλλά θα αυξηθεί. Επιπλέον, αυτό το φυσικό χαρακτηριστικό του ηλεκτρικού πεδίου θα αλλάξει σε ευθεία αναλογία με την εφαρμοζόμενη εξωτερική δύναμη, η οποία κίνησε το φορτίο στο ηλεκτρικό πεδίο. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι σε αυτή την περίπτωση όλη η εργασία που θα γίνει θα δαπανηθεί για την αύξηση της δυνητικής ενέργειας. Για να κατανοήσουμε το θέμα, ας πάρουμε το ακόλουθο παράδειγμα. Άρα έχουμε θετικό φορτίο. Βρίσκεται εκτός του ηλεκτρικού πεδίου που εξετάζεται. Λόγω αυτού, ο αντίκτυπος είναι τόσο μικρός που μπορεί να αγνοηθεί. Εμφανίζεται μια εξωτερική δύναμη, η οποία εισάγει ένα φορτίο στο ηλεκτρικό πεδίο. Κάνει τη δουλειά που χρειάζεται για να κινηθεί. Σε αυτή την περίπτωση, οι δυνάμεις του γηπέδου ξεπερνιούνται. Έτσι, προκύπτει ένα δυναμικό δράσης, αλλά ήδη στο ίδιο το ηλεκτρικό πεδίο. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι αυτός μπορεί να είναι ένας ετερογενής δείκτης. Έτσι, η ενέργεια που σχετίζεται με κάθε συγκεκριμένη μονάδα θετικού φορτίου ονομάζεται δυναμικό του πεδίου σε αυτό το σημείο. Είναι αριθμητικά ίσο με την εργασία που έγινε από μια εξωτερική δύναμη για να μετακινηθεί το θέμα σε ένα δεδομένο μέρος. Το δυναμικό πεδίου μετριέται σε βολτ.
Τάση
Σε οποιοδήποτε ηλεκτρικό πεδίο, μπορείτε να παρατηρήσετε πώς τα θετικά φορτία «μεταναστεύουν» από σημεία με υψηλό δυναμικό σε εκείνα που έχουν χαμηλές τιμές αυτής της παραμέτρου. Τα αρνητικά ακολουθούν αυτό το μονοπάτι προς την αντίθετη κατεύθυνση. Αλλά και στις δύο περιπτώσεις αυτό συμβαίνει μόνο λόγω της παρουσίας δυναμικής ενέργειας. Η τάση υπολογίζεται από αυτό. Για να γίνει αυτό, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε την τιμή με την οποία η δυναμική ενέργεια του πεδίου έχει γίνει μικρότερη. Η τάση είναι αριθμητικά ίση με την εργασία που έγινε για τη μεταφορά θετικού φορτίου μεταξύ δύο συγκεκριμένων σημείων. Από αυτό φαίνεται μια ενδιαφέρουσα αλληλογραφία. Άρα, η διαφορά τάσης και δυναμικού σε αυτήν την περίπτωση είναι η ίδια φυσική οντότητα.
Υπερθέση ηλεκτρικών πεδίων
Λοιπόν, εξετάσαμε τα κύρια χαρακτηριστικά του ηλεκτρικού πεδίου. Αλλά για να κατανοήσουμε καλύτερα το θέμα, προτείνουμε να εξετάσουμε επιπλέον ορισμένες παραμέτρους που μπορεί να είναι σημαντικές. Και θα ξεκινήσουμε με μια υπέρθεση ηλεκτρικών πεδίων. Προηγουμένως, εξετάζαμε καταστάσεις στις οποίες υπήρχε μόνο μία συγκεκριμένη χρέωση. Υπάρχουν όμως πολλά στα χωράφια! Επομένως, θεωρώντας μια κατάσταση κοντά στην πραγματικότητα, ας φανταστούμε ότι έχουμε αρκετές χρεώσεις. Τότε αποδεικνύεται ότι δυνάμεις που υπακούουν στον κανόνα της πρόσθεσης διανυσμάτων θα δράσουν στο υποκείμενο της δοκιμής. Επίσης, η αρχή της υπέρθεσης λέει ότι μια πολύπλοκη κίνηση μπορεί να χωριστεί σε δύο ή περισσότερες απλές. Είναι αδύνατο να αναπτυχθεί ένα ρεαλιστικό μοντέλο κίνησης χωρίς να ληφθεί υπόψη η υπέρθεση. Με άλλα λόγια, το σωματίδιο που εξετάζουμε υπό τις υπάρχουσες συνθήκες επηρεάζεται από διάφορα φορτία, καθένα από τα οποία έχει τα δικά τουηλεκτρικό πεδίο.
Χρήση
Πρέπει να σημειωθεί ότι τώρα οι δυνατότητες του ηλεκτρικού πεδίου δεν αξιοποιούνται στο μέγιστο των δυνατοτήτων τους. Ακόμη, θα ήταν πιο σωστό να πούμε, ότι οι δυνατότητές του δύσκολα αξιοποιούνται από εμάς. Ο πολυέλαιος του Chizhevsky μπορεί να αναφερθεί ως πρακτική εφαρμογή των δυνατοτήτων του ηλεκτρικού πεδίου. Νωρίτερα, στα μέσα του περασμένου αιώνα, η ανθρωπότητα άρχισε να εξερευνά το διάστημα. Όμως οι επιστήμονες είχαν πολλά άλυτα ερωτήματα. Ένα από αυτά είναι ο αέρας και τα επιβλαβή συστατικά του. Ο Σοβιετικός επιστήμονας Chizhevsky, ο οποίος την ίδια στιγμή ενδιαφέρθηκε για το ενεργειακό χαρακτηριστικό του ηλεκτρικού πεδίου, ανέλαβε τη λύση αυτού του προβλήματος. Και πρέπει να σημειωθεί ότι είχε μια πολύ καλή εξέλιξη. Η συσκευή αυτή βασίστηκε στην τεχνική της δημιουργίας αεριονικών ροών αέρα λόγω μικρών εκκενώσεων. Αλλά στο πλαίσιο του άρθρου, δεν μας ενδιαφέρει τόσο η ίδια η συσκευή, όσο η αρχή της λειτουργίας της. Το γεγονός είναι ότι για τη λειτουργία του πολυελαίου Chizhevsky, δεν χρησιμοποιήθηκε μια σταθερή πηγή ενέργειας, αλλά ένα ηλεκτρικό πεδίο! Για τη συγκέντρωση της ενέργειας χρησιμοποιήθηκαν ειδικοί πυκνωτές. Το ενεργειακό χαρακτηριστικό του ηλεκτρικού πεδίου του περιβάλλοντος επηρέασε σημαντικά την επιτυχία της συσκευής. Δηλαδή, αυτή η συσκευή αναπτύχθηκε ειδικά για διαστημόπλοια, τα οποία είναι κυριολεκτικά γεμάτα ηλεκτρονικά. Τροφοδοτήθηκε από τα αποτελέσματα των δραστηριοτήτων άλλων συσκευών που συνδέονται με σταθερές πηγές ενέργειας. Να σημειωθεί ότι η κατεύθυνση δεν εγκαταλείφθηκε, και διερευνάται τώρα το ενδεχόμενο λήψης ενέργειας από το ηλεκτρικό πεδίο. Αλήθεια,Πρέπει να σημειωθεί ότι δεν έχει ακόμη επιτευχθεί σημαντική πρόοδος. Είναι επίσης απαραίτητο να σημειωθεί η σχετικά μικρή κλίμακα της συνεχιζόμενης έρευνας και το γεγονός ότι οι περισσότερες από αυτές πραγματοποιούνται από εθελοντές εφευρέτες.
Ποια είναι τα χαρακτηριστικά των ηλεκτρικών πεδίων που επηρεάζονται;
Γιατί να τα μελετήσετε; Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, τα χαρακτηριστικά ενός ηλεκτρικού πεδίου είναι η ισχύς, η τάση και το δυναμικό. Στη ζωή ενός συνηθισμένου ατόμου, αυτές οι παράμετροι δεν μπορούν να καυχηθούν για σημαντική επιρροή. Όταν όμως προκύπτουν ερωτήματα ότι πρέπει να γίνει κάτι μεγάλο και σύνθετο, τότε το να μην τα λαμβάνεις υπόψη είναι πολυτέλεια. Το γεγονός είναι ότι ένας υπερβολικός αριθμός ηλεκτρονικών πεδίων (ή η υπερβολική ισχύς τους) οδηγεί σε παρεμβολές στη μετάδοση σημάτων από εξοπλισμό. Αυτό οδηγεί σε παραμόρφωση των μεταδιδόμενων πληροφοριών. Πρέπει να σημειωθεί ότι αυτό δεν είναι το μόνο πρόβλημα αυτού του τύπου. Εκτός από τον λευκό θόρυβο της τεχνολογίας, τα υπερβολικά ισχυρά ηλεκτρονικά πεδία μπορούν επίσης να επηρεάσουν αρνητικά τη λειτουργία του ανθρώπινου σώματος. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι ένας μικρός ιονισμός του δωματίου εξακολουθεί να θεωρείται ευλογία, αφού συμβάλλει στην εναπόθεση σκόνης στις επιφάνειες μιας ανθρώπινης κατοικίας. Αλλά αν κοιτάξετε πόσα είδη εξοπλισμού (ψυγεία, τηλεοράσεις, λέβητες, τηλέφωνα, συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας κ.λπ.) υπάρχουν στα σπίτια μας, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι, δυστυχώς, αυτό δεν είναι καλό για την υγεία μας. Πρέπει να σημειωθεί ότι τα χαμηλά χαρακτηριστικά των ηλεκτρικών πεδίων δεν μας βλάπτουν σχεδόν καθόλου, αφού ναΗ ανθρωπότητα έχει από καιρό συνηθίσει στην κοσμική ακτινοβολία. Αλλά είναι δύσκολο να πούμε για ηλεκτρονικά. Φυσικά, δεν θα είναι δυνατό να αρνηθούμε όλα αυτά, αλλά είναι δυνατό να ελαχιστοποιήσουμε με επιτυχία την αρνητική επίδραση των ηλεκτρικών πεδίων στο ανθρώπινο σώμα. Για αυτό, παρεμπιπτόντως, αρκεί να εφαρμοστούν οι αρχές της ενεργειακής αποδοτικής χρήσης της τεχνολογίας, οι οποίες προβλέπουν την ελαχιστοποίηση του χρόνου λειτουργίας των μηχανισμών.
Συμπέρασμα
Εξετάσαμε ποιο φυσικό μέγεθος είναι χαρακτηριστικό του ηλεκτρικού πεδίου, πού χρησιμοποιείται, ποιες είναι οι δυνατότητες των εξελίξεων και η εφαρμογή τους στην καθημερινή ζωή. Ωστόσο, θα ήθελα να προσθέσω μερικά τελευταία λόγια για το θέμα. Να σημειωθεί ότι αρκετά μεγάλος αριθμός ατόμων ενδιαφέρθηκε για αυτά. Ένα από τα πιο ορατά ίχνη στην ιστορία άφησε ο διάσημος Σέρβος εφευρέτης Νίκολα Τέσλα. Σε αυτό, κατάφερε να επιτύχει σημαντική επιτυχία όσον αφορά την υλοποίηση των σχεδίων του, αλλά, δυστυχώς, όχι από την άποψη της ενεργειακής απόδοσης. Επομένως, εάν υπάρχει η επιθυμία να εργαστείτε προς αυτή την κατεύθυνση, υπάρχουν πολλές ανεξερεύνητες ευκαιρίες.
