Электрическое поле

Электрическое поле

Это некое состояние, которое существует в пространстве, окружающее заряженную частицу. Такое состояние действует на любые заряженные объекты, которые находятся в электрическом поле.

Истинная природа электрических полей и зарядов, до сих пор вызывает немало разногласий, однако можно увидеть влияние электрического поля, его можно измерить и предсказать, используя известные уравнения.
Так же как магнит образует вокруг себя невидимое магнитное поле, которое можно обнаружить, если в это поле поместить второй магнит и установить силу притяжения или отталкивания между магнитами, электрические заряды создают электрическое поле. Такое поле можно обнаружить, поместив пробный заряд в поле и измерив силу притяжения или отталкивания, которая возникнет. Такая сила, называется кулоновской. На самом деле, неправильно разделять магнитное поле и электрическое, поскольку они имеют непосредственную связь между собой.

Магнитное поле, которое изменяется во времени, «инициирует» электрическое поле, а движущийся в электрическом поле заряд создает магнитное поле.

В результате такого тесного взаимодействия, эти поля не разделяют, а описывают единым электромагнитным полем.

Определение электрического поля

Электрическое поле можно описать, как векторное поле, которое устанавливает связь между зарядом пробной частицы, помещенное в поле и силой, которая действует на эту же заряженную частицу.

$E=\frac Fq$

где $E$ – электрическое поле, $F$ – сила, действующая на пробную частицу, находящуюся в поле, $q$ – пробный заряд. Единица измерения величины $E$ – вольт на метр $[В ·м^{-1}]$ или ньютон на кулон $[Н · Кл^{-1}]$.

Электрическое поле в конденсаторах

Электромагнетизм

Наука, изучающая статические и динамические заряды, электрические и магнитные поля и эффекты в результате их взаимодействия.

Конденсаторы

Устройства, способные накапливать электрическую потенциальную энергию, используя электрическое поле.

Электрическая потенциальная энергия

Потенциальная электрическая энергия

Это потенциальная энергия заряженной частицы, находящейся в электрическое поле, которая возникает как результат действия на нее кулоновской силы.

Она также определяется как изменение работы, необходимой для перемещения частицы из некой точки (часто бесконечно удаленной) в точку пространства, где непосредственно измеряется электрическая потенциальная энергия. Единицей измерения такой энергии является $Дж$ (джоуль).

Напряженность электрического поля

В обычном конденсаторе с пластинами, расположенными параллельно, напряжение, приложенное между этими пластинами, создает однородное электрическое поле.

Напряженность электрического поля в конденсаторе прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна расстоянию между пластинами.

Такая конфигурация конденсаторов ограничивает максимальное номинальное напряжение конденсатора, поскольку если напряженность электрического поля превысит граничное напряжение пробоя диэлектрика, то произойдет пробой последнего и конденсатор придет в неисправность.

Емкость конденсатора

Емкость

Есть способность тела накапливать в себе электрический заряд.

Это способность применяется в устройствах — конденсаторах для накопления электрической энергии. Когда подается напряжение на конденсатор, некоторое количество положительного заряда $(+q)$ накапливается на одной пластине, на второй пластине накапливается точно такой же заряд, но противоположный по знаку $(-q)$. Емкость обозначается $C$ и описывается формулой:

$C=\frac qU$,

где $q$ – количество заряда на пластинах, $U$ – напряжение между двумя пластинами. Емкость конденсатора сильно зависит от геометрии конденсатора. Такие параметры, как площадь пластин, расстояние между ними, характеристики диэлектрика, расположенного между пластинами сильно влияют на величину емкости конденсатора. Единицей емкости принято использовать $Ф$ (фарад).

Энергия конденсатора

Конденсаторы используются для хранения энергии в виде электрической энергии. Когда мы отдаем энергию конденсатору, она накапливается в нем в форме электрического поля, которое создается между пластинами. Энергия запасенная в конденсаторе находится по формуле:

$W\;=\;\frac12CU^2$,

$W$ – накопленная энергия, $C$ – емкость, $U$ – напряжение, приложенное к конденсатору.

Не знаете, сколько стоит статья по физике на заказ? Обратитесь к нашим экспертам!

Тест по теме «Электрическое поле»