Az elektromos tér tulajdonságait és jellemzőit szinte minden műszaki szakember tanulmányozza. De egy egyetemi kurzus gyakran bonyolult és érthetetlen nyelven íródott. Ezért a cikk keretein belül az elektromos mezők jellemzőit hozzáférhető módon ismertetjük, hogy mindenki megértse azokat. Emellett kiemelt figyelmet fordítunk az egymással összefüggő fogalmakra (szuperpozíció) és a fizika e területének fejlesztési lehetőségeire.
Általános információ
A modern elképzelések szerint az elektromos töltések nem lépnek közvetlen kölcsönhatásba egymással. Ebből egy érdekesség derül ki. Tehát minden feltöltött testnek saját elektromos tere van a környező térben. Más entitásokat érint. Az elektromos terek jellemzői azért érdekesek számunkra, mert megmutatják a tér elektromos töltésekre gyakorolt hatását és azt az erőt, amellyel azt kifejtik. Milyen következtetést lehet ebből levonni? A feltöltött testeknek nincs kölcsönös közvetlen hatása. Ehhez elektromos mezőket használnak. Hogyan lehet őket felfedezni? Ehhez használhat teszttöltést - egy kis pontos részecskesugár, ami nemjelentős hatással lesz a meglévő szerkezetre. Tehát mik az elektromos tér jellemzői? Három van közülük: feszültség, feszültség és potenciál. Mindegyiknek megvan a maga sajátossága és a részecskékre gyakorolt hatásköre.
Elektromos mező: mi ez?
De mielőtt rátérnénk a cikk fő témájára, rendelkeznie kell bizonyos ismeretekkel. Ha igen, akkor ez a rész nyugodtan kihagyható. Először is vizsgáljuk meg az elektromos tér létezésének okának kérdését. Ahhoz, hogy ez legyen, töltésre van szükség. Sőt, annak a térnek a tulajdonságainak, amelyben a töltött test tartózkodik, el kell térnie azoktól, ahol nem létezik. Van itt egy ilyen funkció: ha egy töltést egy bizonyos koordinátarendszerbe helyeznek, akkor a változások nem azonnal, hanem csak egy bizonyos sebességgel történnek. Úgy fognak terjedni az űrben, mint a hullámok. Ezt mechanikai erők megjelenése fogja kísérni, amelyek ebben a koordinátarendszerben más hordozókra hatnak. És itt elérkeztünk a lényeghez! A kialakuló erők nem közvetlen befolyás eredménye, hanem egy minőségileg megváltozott környezeten keresztüli interakció eredménye. Azt a teret, amelyben ezek a változások bekövetkeznek, elektromos térnek nevezzük.
Jellemzők
Egy elektromos térben található töltés a rá ható erő irányába mozog. Elérhető a nyugalmi állapot? Igen, ez egészen valóságos. De ehhez az elektromos tér erősségét kell valamennyire kiegyenlíteniegyéb befolyás. Amint az egyensúlyhiány fellép, a töltés újra mozogni kezd. Az irány ebben az esetben a nagyobb erőtől függ. Bár ha sok van belőlük, akkor valami kiegyensúlyozott és univerzális lesz a végeredmény. Annak érdekében, hogy jobban elképzeljük, mivel kell dolgoznia, az erővonalak láthatók. Irányuk megfelel a ható erőknek. Meg kell jegyezni, hogy az erővonalaknak van kezdete és vége is. Más szóval, nem zárják be magukat. A pozitív töltésű testeken kezdődnek, és a negatívaknál végződnek. Ez még nem minden, részletesebben az erővonalakról, azok elméleti hátteréről és gyakorlati megvalósításáról a szövegben kicsit tovább fogunk beszélni, és a Coulomb-törvénnyel együtt megvizsgáljuk őket.
Elektromos térerősség
Ez a jellemző az elektromos tér mennyiségi meghatározására szolgál. Ezt elég nehéz megérteni. Az elektromos térnek ez a jellemzője (erősség) egy olyan fizikai mennyiség, amely megegyezik a tér egy bizonyos pontján elhelyezkedő pozitív teszttöltésre kifejtett hatáserő és az érték arányával. Van itt egy különleges szempont. Ez a fizikai mennyiség egy vektor. Iránya egybeesik a pozitív teszttöltésre ható erő irányával. Meg kell válaszolnia egy nagyon gyakori kérdésre is, és meg kell jegyezni, hogy az elektromos mező erőssége pontosan az intenzitás. És mi történik a mozdulatlan és változatlan alanyokkal? Elektromos mezőjük elektrosztatikusnak minősül. Ponttöltéssel végzett munka során ésa feszültség vizsgálata iránti érdeklődést az erővonalak és a Coulomb-törvény biztosítják. Milyen funkciók találhatók itt?
Coulomb-törvény és erővonalak
Az elektromos térre jellemző erő ebben az esetben csak egy ponttöltésre működik, amely attól bizonyos sugárnyi távolságra helyezkedik el. És ha ezt az értéket modulo vesszük, akkor lesz egy Coulomb mezőnk. Ebben a vektor iránya közvetlenül függ a töltés előjelétől. Tehát, ha pozitív, akkor a mező "mozog" a sugár mentén. Ellenkező esetben a vektor közvetlenül magára a töltésre irányul. Hogy vizuálisan megérthesse, mi és hogyan történik, megtalálhatja és megismerheti az erővonalakat bemutató rajzokat. Az elektromos tér főbb jellemzői a tankönyvekben, bár meglehetősen nehezen magyarázhatók, de a rajzokon meg kell adni a magukét, jó minőségűek. Igaz, meg kell jegyezni a könyvek ilyen jellemzőjét: az erővonalak rajzainak megalkotásakor azok sűrűsége arányos a feszültségvektor modulusával. Ez egy kis tipp, amely nagy segítséget jelenthet a tudásellenőrzésnél vagy a vizsgánál.
Lehetőség
A töltés mindig mozog, ha nincs erőegyensúly. Ez azt mutatja, hogy ebben az esetben az elektromos mezőnek potenciális energiája van. Más szóval, tud némi munkát végezni. Nézzünk egy kis példát. Az elektromos mező töltést mozgatott egy pontbólÉs a B. Ennek eredményeként csökken a mező potenciális energiája. Ez azért történik, mert a munka elkészült. Az elektromos térnek ez a teljesítményjellemzője nem fog megváltozni, ha a mozgást külső hatás hatására hajtják végre. Ebben az esetben a potenciális energia nem csökken, hanem nő. Sőt, az elektromos térnek ez a fizikai jellemzője egyenes arányban változik az alkalmazott külső erővel, amely a töltést az elektromos térben mozgatta. Meg kell jegyezni, hogy ebben az esetben az összes munkát a potenciális energia növelésére fordítják. A téma megértéséhez vegyük a következő példát. Tehát pozitív töltésünk van. A vizsgált elektromos mezőn kívül található. Emiatt a hatás olyan kicsi, hogy figyelmen kívül hagyható. Külső erő lép fel, amely töltést visz be az elektromos mezőbe. Elvégzi a mozgáshoz szükséges munkát. Ebben az esetben a mező erőit legyőzik. Így akciós potenciál keletkezik, de már magában az elektromos térben. Meg kell jegyezni, hogy ez heterogén mutató lehet. Tehát azt az energiát, amely a pozitív töltés minden egyes egységéhez kapcsolódik, a mező potenciáljának nevezzük ezen a ponton. Számszerűen megegyezik azzal a munkával, amelyet egy külső erő végzett az alany adott helyre történő mozgatása érdekében. A térpotenciált voltban mérjük.
feszültség
Bármely elektromos térben megfigyelheti, hogy a pozitív töltések hogyan „vándorolnak” a nagy potenciállal rendelkező pontokról azokra, amelyeknél ez a paraméter alacsony. A negatívumok ezt az utat az ellenkező irányba követik. De mindkét esetben ez csak a potenciális energia jelenléte miatt történik. A feszültséget abból számítják ki. Ehhez ismerni kell azt az értéket, amellyel a mező potenciális energiája kisebb lett. A feszültség számszerűen megegyezik azzal a munkával, amelyet a pozitív töltés két meghatározott pont közötti átvitelére végeztek. Ebből egy érdekes levelezés derül ki. Tehát ebben az esetben a feszültség és a potenciálkülönbség ugyanaz a fizikai entitás.
Elektromos mezők szuperpozíciója
Tehát, megvizsgáltuk az elektromos tér fő jellemzőit. De a téma jobb megértése érdekében javasoljuk, hogy vegyen figyelembe számos olyan paramétert, amelyek fontosak lehetnek. És kezdjük az elektromos mezők szuperpozíciójával. Korábban olyan helyzeteket vettünk figyelembe, amelyekben csak egy konkrét vád volt. De rengeteg van belőlük a mezőkön! Ezért egy valósághoz közeli helyzetet figyelembe véve képzeljük el, hogy több vádunk is van. Aztán kiderül, hogy a vektorösszeadás szabályának engedelmeskedő erők hatnak a kísérlet alanyára. A szuperpozíció elve azt is mondja, hogy egy összetett mozgás két vagy több egyszerűre osztható. Lehetetlen valósághű mozgásmodellt kidolgozni a szuperpozíció figyelembevétele nélkül. Más szóval, az általunk vizsgált részecskére a meglévő körülmények között különféle töltések vannak hatással, amelyek mindegyikének megvan a maga sajátjaelektromos mező.
Használja
Meg kell jegyezni, hogy most az elektromos térben rejlő lehetőségeket nem használják ki teljes mértékben. Sőt, helyesebb lenne azt mondani, hogy a benne rejlő lehetőségeket aligha használjuk ki. Csizsevszkij csillárja az elektromos tér lehetőségeinek gyakorlati megvalósításaként említhető. Korábban, a múlt század közepén az emberiség elkezdte felfedezni az űrt. A tudósoknak azonban sok megválaszolatlan kérdése volt. Az egyik a levegő és annak káros összetevői. A szovjet tudós, Csizsevszkij, akit ugyanakkor érdekelt az elektromos mezőre jellemző energia, ennek a problémának a megoldására vállalkozott. És meg kell jegyezni, hogy nagyon jó fejlesztést kapott. Ez az eszköz azon a technikán alapult, hogy kis kisülések miatt aeroionos légáramlást hozzon létre. De a cikk keretein belül nem annyira maga az eszköz érdekel minket, mint inkább a működési elve. A helyzet az, hogy a Chizhevsky csillár működéséhez nem álló áramforrást, hanem elektromos mezőt használtak! Az energia koncentrálására speciális kondenzátorokat használtak. A környezet elektromos mezőjének energetikai jellemzői jelentősen befolyásolták a készülék sikerét. Vagyis ezt az eszközt kifejezetten űrhajókhoz fejlesztették ki, amelyek szó szerint tele vannak elektronikával. Az áramellátást más, állandó áramforrásra kapcsolt készülékek tevékenységének eredményei szolgáltatták. Meg kell jegyezni, hogy az irányt nem adták el, és most vizsgálják az elektromos térből való energia felvételének lehetőségét. Igazság,Meg kell jegyezni, hogy jelentős előrelépés még nem történt. Figyelembe kell venni továbbá a folyamatban lévő kutatások viszonylag kis léptékét, és azt a tényt, hogy többségüket önkéntes feltalálók végzik.
Melyek az elektromos mezők által érintett jellemzői?
Miért tanulmányozni őket? Mint korábban említettük, az elektromos mező jellemzői az erősség, a feszültség és a potenciál. Egy hétköznapi ember életében ezek a paraméterek nem büszkélkedhetnek jelentős befolyással. De amikor felmerül a kérdés, hogy valami nagyot és összetettet kellene tenni, akkor ezek figyelmen kívül hagyása luxus. Az a tény, hogy a túlzott számú elektronikus mező (vagy azok túlzott erőssége) zavarokhoz vezet a jelek továbbításában a berendezésekben. Ez a továbbított információ torzulásához vezet. Megjegyzendő, hogy nem ez az egyetlen ilyen típusú probléma. A technológia fehér zaja mellett a túl erős elektronikus mezők is negatívan befolyásolhatják az emberi szervezet működését. Meg kell jegyezni, hogy a szoba kis ionizációja továbbra is áldásnak számít, mivel hozzájárul a por lerakódásához az emberi lakás felületén. De ha megnézzük, mennyi mindenféle berendezés (hűtőszekrény, tévé, bojler, telefon, elektromos rendszer stb.) található otthonunkban, akkor azt a következtetést vonhatjuk le, hogy ez sajnos nem tesz jót az egészségünknek. Megjegyzendő, hogy az elektromos mezők alacsony karakterisztikája szinte nem árt nekünk, hiszen aAz emberiség régóta hozzászokott a kozmikus sugárzáshoz. De nehéz megmondani az elektronikáról. Természetesen mindezt nem lehet megtagadni, de sikeresen minimalizálható az elektromos mezők negatív hatása az emberi testre. Ehhez egyébként elég a technológia energiahatékony felhasználásának elveit alkalmazni, amelyek biztosítják a mechanizmusok működési idejének minimalizálását.
Következtetés
Megvizsgáltuk, hogy milyen fizikai mennyiség jellemző az elektromos térre, hol mit használnak, milyen fejlesztési lehetőségek rejlenek és azok alkalmazása a mindennapi életben. De mégis szeretnék néhány utolsó szót hozzáfűzni a témához. Meg kell jegyezni, hogy meglehetősen sokan érdeklődtek irántuk. A történelem egyik leglátványosabb nyomát a híres szerb feltaláló, Nikola Tesla hagyta maga után. Ebben jelentős sikereket sikerült elérnie tervei megvalósításában, de sajnos nem az energiahatékonyság terén. Ezért, ha van vágy ebben az irányban dolgozni, akkor sok a felfedezetlen lehetőség.
