đặc điểm điện trường

Bài viết mô tả các đặc điểm chính của điện trường: tiềm năng, điện áp và cường độ.

điện trường là gì

Để tạo ra điện trường, cần tạo ra điện tích. Các tính chất của không gian xung quanh các điện tích (các vật thể tích điện) khác với các tính chất của không gian không có điện tích. Đồng thời, các tính chất của không gian, khi một điện tích được đưa vào, không thay đổi ngay lập tức: sự thay đổi bắt đầu từ điện tích và lan truyền với một tốc độ nhất định từ điểm này sang điểm khác trong không gian.

Trong vùng không gian chứa điện tích thì biểu hiện các lực cơ học tác dụng lên các điện tích khác đưa vào không gian đó. Các lực này không phải là kết quả của tác động trực tiếp của một điện tích này lên một điện tích khác, mà là tác động thông qua một môi trường đã thay đổi về chất.

Không gian xung quanh các điện tích, trong đó các lực tác dụng lên các điện tích đưa vào nó được biểu hiện, được gọi là điện trường.

Một điện tích trong điện trường chuyển động theo hướng của lực tác dụng lên nó từ phía của trường.Trạng thái nghỉ của một điện tích như vậy chỉ có thể xảy ra khi một lực bên ngoài (bên ngoài) nào đó tác dụng lên điện tích cân bằng với cường độ điện trường.

Ngay khi sự cân bằng giữa ngoại lực và cường độ trường bị xáo trộn, điện tích bắt đầu chuyển động trở lại. Hướng chuyển động của nó luôn trùng với hướng của lực lớn hơn.

Để rõ ràng, điện trường thường được biểu diễn bằng cái gọi là đường sức điện trường. Các đường sức này trùng với phương của các lực tác dụng trong điện trường. Đồng thời, người ta đã đồng ý vẽ nhiều đường sao cho số lượng của chúng trên mỗi 1 cm2 diện tích được lắp đặt vuông góc với các đường tỷ lệ thuận với cường độ trường tại điểm tương ứng.

Hướng của trường thường được coi là hướng của cường độ trường tác dụng lên một điện tích dương đặt trong một trường nhất định. Các điện tích dương bị đẩy bởi các điện tích dương và bị các điện tích âm hút. Do đó, trường hướng từ điện tích dương sang điện tích âm.

Hướng của các đường sức được biểu thị trong hình vẽ bằng các mũi tên. Khoa học đã chứng minh rằng các đường sức của điện trường đều có điểm đầu và điểm cuối, nghĩa là chúng không tự đóng lại. Dựa trên hướng giả định của trường, chúng ta thấy rằng các đường sức bắt đầu bằng điện tích dương (vật mang điện tích dương) và kết thúc bằng điện tích âm.

Cơm. 1. Ví dụ về hình ảnh của điện trường sử dụng các đường sức: a — điện trường có một điện tích dương, b — điện trường có một điện tích âm, c — điện trường có hai điện tích trái dấu, d — an điện trường của hai điện tích cùng dấu

Trong bộ lễ phục.Hình 1 cho thấy các ví dụ về điện trường được mô tả bằng các đường sức. Cần phải nhớ rằng các đường sức điện trường chỉ là một cách biểu diễn bằng đồ thị một trường. Không có chất nào lớn hơn đối với đường khái niệm lực ở đây.

định luật Cu lông

Độ mạnh của tương tác giữa hai điện tích phụ thuộc vào kích thước và sự sắp xếp lẫn nhau của các điện tích cũng như tính chất vật lý của môi trường xung quanh chúng.

Đối với hai cơ thể vật lý nhiễm điện, kích thước của chúng không đáng kể so với khoảng cách giữa các cơ thể, việc chữa lành tương tác được xác định bằng toán học như sau:

Trong đó F là lực tương tác của các điện tích tính bằng niutơn (N), k — khoảng cách giữa các điện tích tính bằng mét (m), Q1 và Q2 — độ lớn của các điện tích tính bằng culông (k), k là hệ số tỷ lệ, giá trị của nó phụ thuộc vào tính chất của môi trường xung quanh điện tích.

Công thức trên có dạng như sau: lực tương tác giữa hai điện tích điểm tỉ lệ thuận với tích độ lớn của các điện tích này và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng (định luật Coulomb).

Để xác định hệ số tỷ lệ k, sử dụng biểu thức k = 1 /(4πεεО).

tiềm năng điện trường

Điện trường luôn truyền chuyển động cho điện tích nếu lực trường tác dụng lên điện tích không cân bằng bởi bất kỳ ngoại lực nào. Điều này ngụ ý rằng điện trường có năng lượng tiềm năng, nghĩa là khả năng thực hiện công việc.

Bằng cách di chuyển một điện tích từ điểm này sang điểm khác trong không gian, điện trường hoạt động, do đó việc cung cấp thế năng cho trường giảm đi.Nếu một điện tích chuyển động trong điện trường dưới tác dụng của một ngoại lực nào đó tác dụng ngược chiều với lực trường, thì công không phải do lực điện trường mà do ngoại lực thực hiện. Trong trường hợp này, thế năng của trường không những không giảm mà ngược lại, còn tăng lên.

Công thực hiện bởi một lực bên ngoài di chuyển một điện tích trong điện trường tỷ lệ thuận với độ lớn của các lực trường chống lại chuyển động đó. Công do ngoại lực thực hiện trong trường hợp này hoàn toàn dành cho việc tăng thế năng của trường. Để đặc trưng cho trường từ khía cạnh thế năng của nó, người ta gọi một đại lượng gọi là thế năng điện trường.

Bản chất của số lượng này là như sau. Giả sử điện tích dương nằm ngoài điện trường đang xét. Điều này có nghĩa là trường thực tế không ảnh hưởng đến điện tích đã cho. Để một lực bên ngoài đưa điện tích này vào điện trường và vượt qua lực cản chuyển động do lực trường tác dụng, di chuyển điện tích đến một điểm nhất định trong trường. Công do lực thực hiện, và do đó lượng mà thế năng của trường tăng lên, phụ thuộc hoàn toàn vào các tính chất của trường. Do đó, công việc này có thể đặc trưng cho năng lượng của một điện trường nhất định.

Năng lượng điện trường liên quan đến một đơn vị điện tích dương đặt tại một điểm nhất định trong trường được gọi là điện thế tại một điểm nhất định.

Nếu tiềm năng được ký hiệu bằng chữ φ, điện tích bằng chữ q và công dành cho việc di chuyển điện tích bằng W, thì điện thế trường tại một điểm nhất định sẽ được biểu thị bằng công thức φ = W / q.

Theo đó, điện thế tại một điểm nhất định bằng số với công do ngoại lực thực hiện khi một điện tích dương đơn vị di chuyển ra khỏi trường về phía một điểm đã cho. Điện thế trường được đo bằng vôn (V). Nếu trong quá trình truyền một điện tích ngoài trường đến một điểm nhất định, ngoại lực đã thực hiện công bằng một joule, thì điện thế tại một điểm nhất định trong trường bằng một vôn: 1 vôn = 1 joule / 1 culông

cường độ điện trường

Trong bất kỳ điện trường nào, điện tích dương di chuyển từ điểm có điện thế cao hơn đến điểm có điện thế thấp hơn. Ngược lại, điện tích âm di chuyển từ điểm có điện thế thấp hơn đến điểm có điện thế cao hơn. Trong cả hai trường hợp, công việc được thực hiện bằng năng lượng tiềm tàng của điện trường.

Nếu chúng ta biết công này, tức là lượng mà thế năng của trường đã giảm đi khi điện tích dương q di chuyển từ điểm 1 của trường đến điểm 2, thì sẽ dễ dàng tìm được hiệu điện thế giữa các điểm này của trường. trường U1,2:

U1,2 = A/q,

trong đó A là công do lực trường thực hiện khi điện tích q được chuyển từ điểm 1 sang điểm 2. Điện áp giữa hai điểm trong điện trường bằng số với công thực hiện bởi 0 để chuyển một đơn vị điện tích dương từ một điểm trong lĩnh vực này sang lĩnh vực khác.

Có thể thấy, điện áp giữa hai điểm của trường và hiệu điện thế giữa các điểm giống nhau đại diện cho cùng một đơn vị vật lý… Do đó, thuật ngữ điện áp và hiệu điện thế là giống nhau. Điện áp được đo bằng vôn (V).

Hiệu điện thế giữa hai điểm bằng một vôn nếu, khi truyền một điện lượng từ điểm này sang điểm khác của trường, lực trường thực hiện công bằng một joule: 1 vôn = 1 joule / 1 culông

cường độ điện trường

Theo định luật Coulomb, cường độ điện trường của một điện tích nhất định tác dụng lên một điện tích khác đặt trong trường này không giống nhau tại mọi điểm của trường. Điện trường tại bất kỳ điểm nào có thể được đặc trưng bởi độ lớn của lực mà nó tác dụng lên một đơn vị điện tích dương đặt tại một điểm nhất định.

Biết giá trị này, xác định được lực F tác dụng lên mỗi điện tích Q. Có thể viết F = Q x E, trong đó F là lực tác dụng lên điện tích Q đặt tại một điểm trong điện trường, E là lực tác dụng lên một điện tích dương đơn vị đặt tại cùng một điểm trong trường. Đại lượng E bằng số với lực tác dụng bởi một đơn vị điện tích dương tại một điểm nhất định trong trường được gọi là cường độ điện trường.