Prostor, ve kterém se nachází elektrický náboj, má určité vlastnosti: obsahuje silové elektrické pole, který interaguje mezi stacionárními elektrickými bodovými náboji a interakce nenastává okamžitě, ale šíří se ve vakuu rychlostí světla. Tím pádem, elektrické pole – jedná se o zvláštní druh hmoty, nerozlučně spjatý s elektrickými náboji a přenášející účinky jednoho náboje na druhý. Elektrostatické pole – pole vytvořené stacionárními elektrickými náboji.
K detekci a experimentálnímu studiu elektrostatického pole se používá zkušební bod kladný náboj – poplatek nezkreslující studovaný obor. Je dostatečně malý a nezpůsobuje přerozdělení nábojů, které pole vytvářejí. Nepodílí se na vytváření pole, které se s jeho pomocí měří.
Tedy pokud v poli vzniklém nábojem q umístěte zkušební náboj, pak na něj působí Coulombova síla, která se v různých bodech pole mění ve velikosti a podle Coulombova zákona je úměrná zkušebnímu náboji. V důsledku toho tato síla nemůže sloužit jako charakteristika pole samotného. Pro charakterizaci elektrického pole je zavedena fyzikální veličina nazývaná síla tohoto pole.
Napětí elektrostatické pole v libovolném bodě se nazývá vektor, číselně se rovná síle, kterou toto pole působí na jednotkový kladný náboj umístěný v daném bodě a nasměrovaný ve směru síly.
Pokud tedy pole působí na náboj testovacího bodu silou , pak podle definice je síla tohoto pole rovna:
Síla pole bodového elektrického náboje q. Najdeme výraz pro intenzitu pole bodového elektrického náboje q v bodě umístěném ve vzdálenosti r Od něho. Za předpokladu, že v Coulombově zákoně (3) se jedná o náboj vytvářející elektrostatické pole a je to zkušební náboj a vezmeme-li v úvahu, že síla působící na zkušební náboj je rovna:
kde je vektor poloměru spojující náboj s pomocí vzorce (4) zjistíme intenzitu pole bodového náboje q:
Ve skalární formě je velikost intenzity elektrostatického pole určena výrazem:
Číselná hodnota intenzity elektrostatického pole je přímo úměrná velikosti náboje q a nepřímo úměrné druhé mocnině vzdálenosti od příslušného bodu pole k náboji.
Ze vzorce (5) vyplývá, že směr vektoru se shoduje se směrem síly působící na kladný náboj. Je-li pole vytvořeno kladným nábojem, pak vektor směřuje podél poloměru vektoru spojujícího náboj a daný bod z náboje (odpuzování zkušebního kladného náboje). Pokud je pole tvořeno záporným nábojem, pak vektor směřuje k náboji (obr. 1.2).
Ze vzorce (4) to také vyplývá jednotka síly elektrostatického pole – [N/Kl]. 1 N/Kl je intenzita pole, které působí na bodový náboj 1 C silou 1 N. Navíc 1 N/Kl = 1 V/m.
Grafické znázornění elektrostatických polí. Graficky je elektrostatické pole znázorněno pomocí siločar nebo čar napětí. Napínací čáry – jedná se o křivky, jejichž tečny se v každém bodě shodují se směrem vektoru. Protože v každém bodě prostoru má vektor napětí pouze jeden směr, čáry napětí se nikdy neprotínají (obr. 1.3). Tahovým čarám je přiřazen směr, který se shoduje se směrem vektoru napětí.
Pro rovnoměrné pole (když je vektor v libovolném bodě konstantní co do velikosti a směru, E=const) tahové čáry jsou rovnoběžné navzájem i s vektorem .
Pokud je pole vytvořeno bodovým nábojem, pak jsou čáry intenzity radiální přímky vycházející z náboje, pokud je kladný. Čáry vstoupí do náboje, pokud je záporný. V prostoru, kde nejsou žádné náboje, jsou spojité. Grafický způsob znázornění elektrostatického pole je pro svou velkou přehlednost široce používán v elektrotechnice.
Vlastnosti tahových čar. Čáry napětí (siločáry) elektrostatického pole jsou neuzavřené čáry: začínají na kladných nábojích a končí na záporných nábojích nebo v nekonečnu, nikde se neprotínají ani nepřerušují. Hustota tahových čar charakterizuje hodnotu intenzity elektrostatického pole: počet tahových čar pronikající jednotkovou povrchovou plochou kolmo k tahovým čarám se musí rovnat vektorovému modulu. Uveďme příklady některých elektrostatických polí.
Prostor kolem jakéhokoli elektrického náboje nebo několika nábojů, jejichž prostřednictvím dochází k interakci mezi náboji, se nazývá elektrické pole.
Elektrické pole je jednou ze stran elektromagnetického pole, což je zvláštní druh hmoty a vyznačuje se následujícími vlastnostmi:
1. Kolem jakékoli nabité částice nebo tělesa existuje elektromagnetické pole.
2. Pole se vyznačuje spojitým rozložením v prostoru.
Pole je nositelem energie.
Energii pole lze přeměnit na jiné druhy energie (mechanické, chemické atd.)
Elektrické pole je charakterizováno následujícími veličinami:
Napětí elektrické pole v daném bodě je hodnota, která se číselně rovná síle, kterou pole působí na jednotkový bodový náboj umístěný v daném bodě pole:
Napětí je vektorová veličina. Za směr vektoru intenzity se považuje směr síly, se kterou pole působí na kladný náboj umístěný v daném bodě pole.
E-mailem pole lze zobrazit pomocí e-mailu. siločáry tak, aby vektory napětí směřovaly tangenciálně k elektrické energii. elektrické vedení.
E-mailem siločáry jsou dráhy, po kterých se kladný náboj pohybuje vlivem pole.
Pomocí e-mailu siločáry mohou ukazovat intenzitu pole, přičemž oblastí jsou vedeny čáry, jejichž počet je úměrný intenzitě pole. Pokud dosadíme hodnotu síly do vzorce napětí Fz Coulombova zákona dostáváme:
Pokud je pole tvořeno více bodovými náboji, pak se síla takového pole určí jako geometrický součet intenzit vytvořených každým nábojem zvlášť.
Pokud úhel není správný, použijte kosinovou větu.
Elektrické napětíje poměr práce vykonané silami pole k přesunutí zkušebního náboje z jednoho bodu v poli do druhého k velikosti tohoto náboje.
E-mailem pole může být homogenní nebo nehomogenní. Ve stejnoměrném poli jsou vektory intenzity totožné co do velikosti a směru.
Elektrické napětí je energetická charakteristika pole. Toto je skalární veličina.
Elektrický potenciálv daném bodě je hodnota číselně rovna práci vynaložené na přesun jednoho bodového (kladného) náboje z vnějšku pole do daného bodu.
Potenciál je skalární veličina, může být kladná i záporná.
Pro srovnání potenciálů byl zaveden podmíněný koncept nulový potenciál.Obvykle se má za to, že povrch Země má nulový potenciál, a pokud je potenciál nad nulou, pak je kladný, a pokud je nižší, je záporný.
Potenciální rozdíl mezi dvěma elektrickými body. pole se nazývají napětí mezi těmito body:
Vztah mezi napětím a elektrickým napětím. pole jsou definována následovně. Práce přesunu zkušebního náboje do el pole lze definovat:
Vodiče první řady: všechny kovy a jejich slitiny. Vodiče druhé řady: elektrolyty.
Dielektrika: keramika, sklo, slída, křemen, azbest, plasty, pryž, minerální oleje, laky, vzduch atd.
Vzájemně posunuté pod vlivem vnější elektřiny. pole a současně vázané nabité částice v rámci molekulové formy dipól.
Tento jev se nazývá dielektrická polarizace. Pokud je dielektrikum odstraněno z externího el pole, pak se polarizace úplně zastaví. Některá dielektrika (titanát barnatý, titaničitan olovnatý) si však zachovávají zbytkovou polarizaci, když pole zmizí.
Čím více je dielektrikum polarizováno, tím je slabší Еstřih ve stejnou dobu Е a čím větší je dielektrická konstanta a.
Elektrické napětí se nazývá pole, ve kterém dochází k průrazu dielektrika e-mailem dielektrická pevnostNebo průrazné napětí.
Napětí, při kterém dochází k průrazu dielektrika, se nazývá průrazné napětí.
Vztah se nazývábezpečnostní rezerva.
Polovodiče zaujímají střední pozici ve vodivosti mezi kovy a dielektriky. S rostoucí teplotou se zvyšuje jejich vodivost. Patří sem: křemík, germanium, selen, oxid měďný, sulfid olovnatý atd.
