1. Взаємодія заряджених тіл
2. Характеристики електричного поля
3. Коротка історія розвитку електричного поля
4. Використання електричного поля

Електричне поле - це одна з теоретичних концепцій, що пояснюють явища взаємодії між зарядженими тілами. Субстанцію не можна помацати, але можна довести існування, що і було зроблено в ході сотень натурних експериментів.

Взаємодія заряджених тіл

Звикли вважати застарілі теорії утопією, між тим мужі науки зовсім не дурні. Сьогодні смішно звучить вчення Франкліна про електричну рідини, видатний фізик Епінус присвятив цілий трактат. Закон Кулона відкритий експериментально на основі крутильних ваг, аналогічними методами користувався Георг Ом при виведенні відомого рівняння для ділянки кола . Але що лежить за всім цим?

Повинні зізнатися, електричне поле просто є черговою теорією, яка не поступається франкліновой рідини. Сьогодні відомо про субстанції два факти:

1. Постійне електричне поле існує навколо зарядженого тіла. Присутній два знака частинок, об'єкти можуть притягатися, відштовхуватися. Вчать у школі, немає сенсу додатково тут обговорювати питання. Напруженість поля показує, в який бік буде діяти сила на позитивно заряджену частинку - тому, є величиною векторною. Тіло оточене лініями еквівалентності, в кожній точці яких напрямок унікальне. Для точкового заряду розходяться променями в сторони. Напрямок визначено знаком: вектори прагнуть геть від позитивного.

   Силові лінії електричного поля

2. Електричне поле змінюється в часі, просторі. Згідно рівнянням Максвелла, породжує магнітне, що описується аналогічним законом. Вектори полів лежать у взаємно перпендикулярних площинах, існують в тісному взаємозв'язку. Електромагнітна хвиля, повсюдно використовується в побуті, техніці для передачі інформації за допомогою ефіру.

Викладені факти заклали базис сучасного уявлення про взаємодії в природі, виступають опорою теорії близкодействия. Крім неї вченими висувалися інші припущення про суть спостережуваного явища. Теорія близкодействия має на увазі миттєве поширення сил без участі ефіру. Оскільки явища помацати важче, ніж електричне поле, багато філософів охрестили подібні погляди ідеалістичними. У нашій країні вони успішно критикувалися радянською владою, оскільки, як відомо, більшовики недолюблювали Бога, клювали по кожному зручному випадку ідею існування чого-небудь, «залежного від наших уявлень і вчинків» (попутно вивчаючи надможливості Джунь).

Франклін пояснював позитивні, негативні заряди тел надлишком, недостатністю електричної рідини.

Характеристики електричного поля

Електричне поле описується векторною величиною - напруженістю. Стрілка, напрямок якої збігається з силою, що діє в точці на одиничний позитивний заряд, довжина пропорційна модулю сили. Фізики знаходять зручним користуватися потенціалом. Величина скалярна, простіше уявити на прикладі температури: в кожній точці простору деяке значення. Під електричним потенціалом розуміють роботу, що здійснюються для переміщення одиничного заряду з точки нульового потенціалу в дану точку.

електричний потенціал

Поле, що описується зазначеним вище способом, називається безвихровим. Іноді називають потенційним. Функція потенціалу електричного поля безперервна, змінюється плавно по протяжності простору. В результаті виділимо точки рівного потенціалу, додають поверхні. Для одиничного заряду сфера: далі об'єкт, слабкіше поле (закон Кулона). Поверхні називають еквіпотенціальними.

Для розуміння рівнянь Максвелла запозичень уявлення про декілька характеристиках векторного поля:

• Градієнтом електричного потенціалу називається вектор, напрям збігається з найшвидшим зростанням параметра поля. Значення тим більше, чим швидше змінюється величина. Направлений градієнт від меншого значення потенціалу до більшого:

1. Градієнт перпендикулярний еквіпотенційної поверхні.
2. Градієнт тим більше, чим ближче розташування еквіпотенційних поверхонь, що відрізняються один від одного на задану величину потенціалу електричного поля.
3. Градієнт потенціалу, узятий з оберненим знаком, є напруженістю електричного поля.

Електричний потенціал. Градієнт «підіймається в гору»

• Дивергенція є скалярною величиною, що обчислюється для вектора напруженості електричного поля. Є аналогом градієнта (для векторів), показує швидкість зміни величини. Необхідність у введенні додаткової характеристики: векторне поле позбавлене градієнта. Отже, для опису потрібно якийсь аналог - дивергенція. Параметр в математичної записи схожий з градієнтом, позначається грецькою буквою Набла, застосовується для векторних величин.
• Ротор векторного поля іменується вихором. Фізично величина дорівнює нулю при рівномірному зміні параметра. Якщо ротор відмінний від нуля, виникають замкнуті вигини ліній. У потенційних полів точкових зарядів по визначенню вихор відсутня. Не обов'язково лінії напруженості в цьому випадку прямолінійні. Просто змінюються плавно, не утворюючи вихорів. Поле з ненульовим ротором часто називають соленоїдом. Часто застосовується синонім - вихровий.
• Повний потік вектора представлений інтегралом по поверхні твори напруженості електричного поля на елементарну площу. Межа величини при прагненні ємності тіла до нуля є дивергенцію поля. Поняття межі вивчається старшими класами середньої школи, учень може скласти певне уявлення на предмет обговорення.

Рівняння Максвелла описують змінюється в часі електричне поле і показують, що в таких випадках виникає хвиля. Прийнято вважати, одна з формул вказує відсутність в природі відокремлених магнітних зарядів (полюсів). Іноді в літературі зустрінемо особливий оператор - лапласіан. Позначається як квадрат Набла, обчислюється для векторних величин, являє дивергенцией градієнта поля.

Користуючись зазначеними величинами, математики та фізики розраховують електричні і магнітні поля. Наприклад, доведено: скалярний потенціал може бути тільки у безвихрового поля (точкових зарядів). Придумані інші аксіоми. Вихровий поле ротора позбавлене дивергенції.

Подібні аксіоми легко покладемо в основу опису процесів, що відбуваються в реальних існуючих пристроях. Антигравітаційний, вічний двигун були б непоганою підмогою економіці. Якщо реалізувати на практиці теорію Ейнштейна нікому не вдалося, напрацювання Ніколи Тесла досліджуються ентузіастами. Відсутні ротор, дивергенція.

Коротка історія розвитку електричного поля

• Першою віхою назвемо введення в ужиток науки Лагранжем поняття потенціалу. Параметр в теорії електрики характеризує напруженість поля. Великий астроном ввів потенціал стосовно до небесної механіки в 1773 році.
• У 1785 році Кулон з використанням крутильних ваг досвідченим шляхом вивів закон взаємодії між електричними зарядами.
• У 1812 році Пуассон пов'язав поняття потенціалу з електричними і магнітними явищами.
• У 1819 році Ерстед емпірично показав: магнітна стрілка може відхилятися поточним по провіднику струмом (див. магнітна індукція ), Що створює навколо круговий електричне поле постійної напруженості.
• 1827 рік - Георг Ом вивів закон, що зв'язує величини напруги і сили струму через опір ділянки кола . Використовувалося дію поля на магнітну стрілку. Результуюча сила вимірювалася за допомогою крутильних терезів.

  Георг Ом

• У 1831 році М. Фарадей публікує роботи з електромагнетизму, показуючи взаємозв'язок двох різнорідних полів, пояснюється практична сторона питання (електродвигун). Фарадей займався питаннями на той момент без малого 10 років, не наважувався опублікувати конспект, зупинений критикою з боку свого наставника Деві, який вважав ідею задумки плагіатом (див. Вікіпедію). Погляди вченого знайшли гарячий відгук у серцях матеріалістів. Згідно М. Фарадея поле поширюється з кінцевою швидкістю в ефірі (відома з фізики швидкість світла).
• Виведене в 1833 році правило Ленца призвело до виявлення в 1838 році оборотності електричних машин (з роботи на генерацію енергії).
• У другій половині XIX століття ввели в ужиток одиниці виміру магнітного і електричного полів (тесла з'явилася в другій половині XX століття під час затвердження системи одиниць СІ).
• У 1973 році Максвелл вперше викладає теорію в «Трактаті про електрику і магнетизм» взаємозв'язку електричного, магнітного полів, підкріплюючи рівняннями.

За постановкою теорії були численні роботи по застосуванню електричного і електромагнітного полів на практиці, найвідомішою з яких в Росії вважають досвід Попова по передачі інформації через ефір. Виник ряд питань. Струнка теорія Максвелла безсила пояснити явища, що спостерігаються при проходженні електромагнітних хвиль через іонізовані середовища. Планк висунув припущення: промениста енергія випускається дозованими порціями, названими згодом квантами. Дифракцію окремих електронів, люб'язно яку він демонстрував Ютуб в англомовному варіанті, відкрили в 1949 році радянські фізики. Частка одночасно проявляла хвильові властивості.

Це говорить нам: сучасні уявлення про електричному полі постійному і змінному, далекі досконалості. Багато хто знає Ейнштейна, безсилі пояснити, що відрив фізик. Теорія відносності 1915 року пов'язує електричне, магнітне поля і тяжіння. Правда, формул у вигляді закону представлено не було. Сьогодні відомо: існують частинки, що рухається швидше, поширення світла. Черговий камінь в город.

Системи одиниць зазнавали постійна зміна. Спочатку введена СГС, що базується на напрацюваннях Гаусса, не зручна. Перші букви позначають базисні одиниці: сантиметр, грам, секунда. Електромагнітні величини додані до СГС в 1874 році Максвеллом і Томсоном. СРСР в 1948 році країною стала використовувати МКС (метр, кілограм, секунда). Кінець баталій поклало введення в 60-х роках XX століття системи СІ (ГОСТ 9867), де напруженості електричного поля вимірюється в В / м.

Використання електричного поля

У конденсаторах відбувається накопичення електричного заряду. Отже, між обкладинками утворюється поле. Оскільки ємність безпосередньо залежить від величини вектора напруженості, з метою підвищення параметра простір заповнюється діелектриком.

Непрямим чином електричні поля застосовуються кінескопами, люстрами Чижевського, потенціал сітки управляє рухом променів електронних ламп. Незважаючи на відсутність стрункої теорії, ефекти електричного поля лежать в основі багатьох зображень.