Elektrostatisk felt. Elektrostatisk felt Elektromagnetisk felt omkring os

Det elektriske felt er ifølge elementære fysiske begreber intet andet end en særlig type materielt miljø, der opstår omkring ladede legemer og påvirker organiseringen af ​​interaktion mellem sådanne legemer med en vis sluthastighed og i et strengt begrænset rum.

Det er længe blevet bevist, at et elektrisk felt kan opstå i både ubevægelige og bevægelige legemer. Hovedtegnet på denne tilstedeværelse er dens effekt på

En af de vigtigste kvantitative er begrebet "feltstyrke". I numeriske termer betyder dette udtryk forholdet mellem den kraft, der virker på en testladning, direkte til det kvantitative udtryk for denne ladning.

Det faktum, at ladningen er test, betyder, at den ikke selv deltager i skabelsen af ​​dette felt, og dens værdi er så lille, at den ikke fører til nogen forvrængning af de oprindelige data. Feltstyrken måles i V/m, som konventionelt er lig med N/C.

Den berømte engelske forsker M. Faraday introducerede metoden til grafisk repræsentation af et elektrisk felt i videnskabelig cirkulation. Efter hans mening bør denne særlige type sager på tegningen afbildes i form af kontinuerlige linjer. De begyndte efterfølgende at blive kaldt "linjer med elektrisk feltintensitet", og deres retning, baseret på de grundlæggende fysiske love, falder sammen med spændingsretningen.

Kraftlinjer er nødvendige for at vise sådanne kvalitetsegenskaber for spænding som tæthed eller tæthed. I dette tilfælde afhænger tætheden af ​​spændingslinjer af deres antal pr. overfladeenhed. Det skabte billede af kraftlinjerne giver dig mulighed for at bestemme det kvantitative udtryk for feltstyrken i dens individuelle sektioner, samt at finde ud af, hvordan den ændrer sig.

Det elektriske felt af dielektrikum har ret interessante egenskaber. Som du ved, er dielektriske stoffer stoffer, hvori der praktisk talt ikke er nogen gratis ladede partikler, og derfor er de ikke i stand til at lede. Sådanne stoffer bør først og fremmest omfatte alle gasser, keramik, porcelæn, destilleret vand, glimmer , etc.

For at bestemme feltstyrken i et dielektrikum skal et elektrisk felt føres igennem det. Under dens virkning begynder de bundne ladninger i dielektrikumet at skifte, men de er ikke i stand til at forlade grænserne for deres molekyler. Retningen af ​​forskydningen indebærer, at positivt ladede forskydes i retning af det elektriske felt, og negativt ladede forskydes imod. Som et resultat af disse manipulationer opstår et nyt elektrisk felt inde i dielektrikumet, hvis retning er direkte modsat den eksterne. Dette indre felt svækker det ydre mærkbart, derfor falder intensiteten af ​​sidstnævnte.

Feltstyrken er dens vigtigste kvantitative egenskab, som er direkte proportional med den styrke, hvormed denne særlige type stof virker på en ekstern elektrisk ladning. På trods af det faktum, at det er umuligt at se denne værdi, ved hjælp af tegningen af ​​kraftlinjerne, kan du få en idé om dens tæthed og retning i rummet.

Virkningen af ​​nogle ladede legemer på andre ladede legemer udføres uden deres direkte kontakt ved hjælp af et elektrisk felt.

Det elektriske felt er materiale. Det eksisterer uafhængigt af os og vores viden om det.

Et elektrisk felt skabes af elektriske ladninger og detekteres ved hjælp af elektriske ladninger ved påvirkning af en bestemt kraft på dem.

Det elektriske felt forplanter sig med en sluthastighed på 300.000 km/s i et vakuum.

Da en af ​​hovedegenskaberne ved et elektrisk felt er dets effekt på ladede partikler med en vis styrke, er det for at introducere feltets kvantitative karakteristika nødvendigt at placere et lille legeme med en ladning q (testladning) ved undersøgt punkt i rummet. En kraft vil virke på denne krop fra siden af ​​feltet

Hvis du ændrer værdien af ​​testladningen, for eksempel to gange, vil kraften, der virker på den, også ændre sig to gange.

Når værdien af ​​testladningen ændres n gange, ændres kraften, der virker på ladningen, også n gange.

Forholdet mellem kraften, der virker på en prøveladning placeret i et givet punkt i feltet, og værdien af ​​denne ladning er en konstant værdi og afhænger hverken af ​​denne kraft eller af ladningens størrelse, eller om der er enhver afgift. Dette forhold er angivet med et bogstav og tages som styrkekarakteristikken for det elektriske felt. Den tilsvarende fysiske størrelse kaldes elektrisk feltstyrke .

Spænding viser, hvilken kraft der virker fra siden af ​​det elektriske felt på en enhedsladning placeret i et givet punkt i feltet.

For at finde spændingsenheden er det nødvendigt at erstatte kraftenhederne - 1 N og ladningen - 1 C i den styrende spændingsligning. Vi får: [E] = 1 N / 1 Cl = 1 N / Cl.

For klarhedens skyld er elektriske felter i tegningerne afbildet ved hjælp af kraftlinjer.

Et elektrisk felt kan gøre arbejdet med at flytte en ladning fra et punkt til et andet. Derfor, en ladning placeret i et givet punkt i feltet har en reserve af potentiel energi.

Feltets energikarakteristika kan indtastes på samme måde som indførelsen af ​​kraftkarakteristikken.

Når værdien af ​​testladningen ændres, ændres ikke kun kraften, der virker på den, men også den potentielle energi af denne ladning. Forholdet mellem energien af ​​testladningen placeret i et givet punkt i feltet og værdien af ​​denne ladning er en konstant værdi og afhænger hverken af ​​energien eller ladningen.

For at opnå en potentialenhed er det nødvendigt at erstatte energienheder - 1 J og en ladning - 1 C i den styrende potentialeligning. Vi får: [φ] = 1 J / 1 C = 1 V.

Denne enhed har sit eget navn på 1 volt.

Potentialet af feltet af en punktladning er direkte proportional med størrelsen af ​​den ladning, der skaber feltet og er omvendt proportional med afstanden fra ladningen til et givet punkt i feltet:

Elektriske felter i tegningerne kan også afbildes ved hjælp af overflader med lige potentiale, kaldet ækvipotentiale overflader .

Når en elektrisk ladning bevæger sig fra et punkt med et potentiale til et punkt med et andet potentiale, arbejdes der.

En fysisk størrelse svarende til forholdet mellem arbejdet med at flytte en ladning fra et punkt i feltet til et andet og værdien af ​​denne ladning kaldes elektrisk spænding :

Spændingen viser, hvad arbejdet udført af det elektriske felt er lig, når en ladning på 1 C flyttes fra et punkt i feltet til et andet.

Spændingsenheden såvel som potentialet er 1 V.

Spændingen mellem to punkter i feltet placeret i en afstand d fra hinanden er relateret til feltstyrken:

I et ensartet elektrisk felt afhænger arbejdet med at flytte en ladning fra et punkt i feltet til et andet ikke af banens form og bestemmes kun af ladningens størrelse og potentialforskellen mellem feltets punkter.

LEKTIONSTYPE: Lektion i at lære nyt materiale.

LEKTIONENS MÅL:

Uddannelsesmæssigt:

1. At danne et af elektrodynamikkens grundlæggende begreber - et elektrisk felt.
2. At danne en idé om stof i to former: stof og felt.
3. Vis hvordan man detekterer et elektrisk felt.

Udvikler:

1. At udvikle elevernes evne til at analysere, sammenligne, fremhæve væsentlige træk, drage konklusioner.
2. Udvikle abstrakt og logisk tænkning af eleverne.

Uddannelse:

1. Ved hjælp af eksemplet med kampen mellem teorierne om kort- og langrækkende handling, vis kompleksiteten af ​​erkendelsesprocessen.
2. Fortsæt med at danne et verdensbillede på eksemplet med viden om materiens struktur.
3. For at dyrke evnen til at bevise, forsvar dit synspunkt.

UDSTYR:

• overheadprojektor;
• en anordning til demonstration af spektre af elektriske felter;
• højspændingskonverter "Discharge";
• nuværende kilde;
• forbindelsesledninger;
• elektrometer;
• pels, plexiglas stick;
• papirfigurer;
• et stykke bomuldsuld, ledninger;
• transformer;
• en trådspole med en 3,5V lampe.

Didaktisk øjeblik: under hensyntagen til viden, evner, færdigheder.

Reception: frontal undersøgelse.

Lærer: Husk, hvad en elektrisk ladning er.
Studerende: Elektrisk ladning er kroppens egenskab til at udføre elektromagnetisk vekselvirkning med hinanden med kræfter, der aftager med stigende afstand på samme måde som universel gravitationskræfter, men overstiger tyngdekraften flere gange.
Lærer: Er det muligt at sige: "En gratis afgift er fløjet."
Studerende: Ingen. Den elektriske ladning er altid på partiklen; gratis elektriske ladninger eksisterer ikke.
Lærer: Hvilke typer elektriske ladninger kender du, og hvordan de interagerer.
Studerende: I naturen er der partikler med positive og negative ladninger. To positivt ladede eller to negativt ladede partikler frastødes, mens positivt og negativt ladede partikler tiltrækkes.
Lærer: Faktisk har anklagerne alt som i menneskers liv. To energiske aktive mennesker kan ikke være sammen i lang tid, det samme afvises. Energisk og rolig kommer godt ud af det, forskellige ting tiltrækkes.
Lærer: Inden for elektrostatik kender du og jeg Coulombs lov for samspillet mellem ladninger. Skriv ned og form denne lov.
Studerende: F = k | q1 | | q2 | / rІ (skriver på tavlen, udtaler loven højt).

Kraften af ​​vekselvirkning af to stationære ladede legemer i et vakuum er direkte proportional med produktet af ladningsmoduler og omvendt proportional med kvadratet af afstandene mellem dem. Hvis mindst én ladning øges, så vil vekselvirkningskraften stige, hvis afstanden mellem ladningerne øges, vil kraften falde.

Didaktisk øjeblik: propædeutik for at lære nyt materiale.
Reception: problemsituation.

Lærer: Okay, vi huskede de vigtigste ting, vi gik igennem. Har du nogensinde spekuleret på, hvordan en ladning virker på en anden?

Erfaring: Jeg lagde et stykke bomuld på minuspolen på højspændingsomformeren. Den får et minustegn. Fra siden af ​​den positive pol virker en elektrisk kraft på fleeceen. Under påvirkning af hende hopper vat til den positive pol, får et plustegn osv.

Lærer: Hvordan virker en ladning på en anden? Hvordan udføres elektriske interaktioner? Coulombs lov svarer ikke på dette. Problem ... Lad os se bort fra elektriske interaktioner. Og hvordan interagerer I med hinanden, hvordan vil Anya for eksempel henlede Katyas opmærksomhed på sig selv?
Studerende: Jeg kan tage hendes hånd, skubbe, smide en seddel, bede nogen ringe til hende, råbe, fløjte.
Lærer: I alle dine handlinger set fra et fysiksynspunkt er der én fælles ting: hvem lagde mærke til denne fælles ting?
Studerende: Interaktion udføres gennem mellemled (arme, skuldre, noter) eller gennem mediet (lyden forplanter sig i luften).
Lærer: Hvad er konklusionen?
Studerende: Til vekselvirkning af kroppe kræves en vis fysisk proces i rummet mellem de vekselvirkende kroppe.
Lærer: Så vi fandt ud af interaktionen mellem mennesker. Men hvordan interagerer elektriske ladninger? Hvad er mellemleddene, mediet, der udfører elektriske interaktioner?

Didaktisk øjeblik: lære nyt stof.
Receptioner: forklaring baseret på elevviden, elementer i en disput, elementer i et spil, præsentation af teori på vers, demonstrationseksperiment.
Lærer: I denne henseende har der været en lang strid i fysik mellem tilhængerne af teorierne om kort- og langrækkende handling. Nu vil vi blive tilhængere af disse teorier og prøve at argumentere ..
(Jeg deler klasseværelset og tavlen i to halvdele. I højre side af tavlen skriver jeg: "Teori om kortdistancehandling." Her tegnes også et kryds og tværs, figur 1).

(På venstre side af tavlen skriver jeg: “Teori om handling på afstand.” Her er et krydsord, figur 2).

Lærer: Så den højre side af klassen - tilhængere af teorien om kortdistancehandling. Del?
Venstre side - tilhængere af teorien om handling på afstand. Del?
(Jeg går til højre side af klassen).

Lærer: Nå, lad os begynde at skændes. Jeg forklarer essensen af ​​teorien om kortdistancehandling, og du hjælper mig med at gætte ordene skrevet på tavlen.

Vi er tilhængere af tæt handling

Mellem kroppene skulle der være Onsdag.
Links til kommunikation, ikke tomhed.
Processer i det miljø er flygtige,
Men ikke med det samme. Deres fart er endelig.
(Så gentager jeg igen, uden pauser, jeg beder alle tilhængere af teorien om kortdistancehandling om at udtale de fremhævede ord).

Lærer: Giv eksempler for at bevise din teori.
Studerende: 1. Lyd bevæger sig gennem luft eller andet medium med en hastighed på 330 m/s.

2. Tryk på bremsepedalen, bremsevæsketrykket ved sluthastigheden overføres til bremseklodserne.
(Jeg flytter til venstre side af klassen)

Lærer: Tilhængere af handlingsteorien på afstand. Jeg præsenterer essensen af ​​handlingsteorien på afstand, og du hjælper mig med at gætte ordene skrevet på tavlen.

Vi er tilhængere af langsigtede handlinger
Godkend: til interaktion
Der er brug for en tomhed,
Og ikke nogle links, onsdag.
Samspillet mellem kroppe er ubestrideligt
I den tomhed sker der med det samme.

(Så gentager jeg igen, uden pauser, jeg beder dig om at udtale de valgte ord til alle tilhængere af handlingsteorien på afstand)

Lærer: Giv eksempler for at bevise din teori?
Studerende: 1. Jeg trykker på kontakten, lyset tændes med det samme. 2. Jeg elektrificerer stangen på pelsen, bringer den til elektrometeret, elektrometernålen afbøjes øjeblikkeligt (viser en oplevelse med et elektrometer).
Lærer: Lad os lave noter i en notesbog:

Kort rækkevidde teori:

1. Elektrisk interaktion udføres gennem mediet, mellemled.
2. Elektrisk interaktion transmitteres med en endelig hastighed.

Lang rækkevidde teori:

1. Elektrisk interaktion sker gennem tomrummet.
2. Elektriske interaktioner overføres øjeblikkeligt.

Lærer: Hvordan skal man være? Hvem har ret? For at løse tvisten har vi brug for ...?

Klasse: Idé.

Lærer: Ja, ideen er en sjælden leg i ordskoven. / V.Hyugo /

Kontroversen blev afsluttet af idégeneratoren -
Engelsk videnskabsmand Michael Faraday.

Hvad er Faradays idé? Gå til side 102, afsnit 38, punkt 1.

Lad mig give dig 3 minutter til at fange Faradays geniale idé. ( Klassen læser, læreren ændrer instrumenternes placering).

Discipel: Ifølge Faradays idé virker elektriske ladninger ikke direkte på hinanden. Hver af dem skaber i det omgivende rum elektrisk Mark. Feltet for en ladning virker på en anden ladning og omvendt. Efterhånden som afstanden fra ladningen øges, svækkes feltet.

Lærer: Så hvem har ret: Tilhængere af teorierne om langdistancehandling eller kortdistancehandling?

Discipel: Tilhængere af teorien om kortdistancehandling.

Lærer: Og hvad er det mellemled, der udfører elektrisk interaktion?

Studerende: Elektrisk felt.

Lærer: Så hvorfor interagerer et ladet vat med en ladet bold på afstand, husk oplevelsen?

Discipel: Det elektriske felt i en ladet kugle virker på en vatkugle.

Lærer: Elektrisk felt ... Det er nemt at sige, men svært at forestille sig. Vores sanser er ikke i stand til at se, fix dette felt. Så hvad er et elektrisk felt? (Formuleringen af ​​punkt 1) - 4) vi skaber sammen, eleverne laver noter i en notesbog).

Elektrisk felt: ( skrive i en notesbog). Mundtlige kommentarer fra lærer eller elever.

Lærer: Vil du gerne "se" et elektrisk felt?

Dette er ikke muligt med vores sanser. Små partikler (semolina) hældt i maskinolie og placeret i et stærkt elektrisk felt vil hjælpe os.

En oplevelse. (En enhed bruges til at demonstrere spektrene af elektriske felter).

Jeg tager en kuvette med olie og semulje, rører den på overheadprojektoren, bringer spændingen fra "Discharge" til elektroderne. De modsatte ladninger optrådte på elektroderne. Hvad ser vi, hvordan forklarer vi det?

Discipel: Der er et elektrisk felt omkring elektroderne; marken virker på kornene med kraft.

Lærer: Korn står i kø elledninger elektrisk felt, reflekterende hans "billede". Hvor linjerne er tættere - er feltet stærkere, sjældnere - svagere. Linjerne strækker sig mod hinanden, hvilket betyder, at felterne er modsatte.

Feltet på de to plader er forskelligt. Feltlinjerne er parallelle. Et sådant felt er det samme på alle punkter og kaldes ensartet.

Jeg vil placere en metalring i feltet af to plader, "kornene er ikke omarrangeret inde i ringen. Hvad betyder det?

Discipel: Der er intet elektrisk felt inde i metalringen.

Didaktisk moment: generalisering; kort redegørelse for viden.
Receptioner: ekspresmåling ved hjælp af signalkort; gætteoplevelse.

Lærer: Så hvad har vi lært i dag, hvad er der tilbage i vores hoveder? Lad os tjekke. Der er 5 kort i forskellige farver på dine borde. Jeg stiller et spørgsmål, du hæver kortet, hvor det korrekte svar fra dit synspunkt er: den farvede side - mod mig, teksten - mod dig. Efter farve finder jeg hurtigt ud af, hvem der har lært hvad. (Læreren registrerer resultatet af ekspresundersøgelsen).

Ekspres undersøgelse.

Spørgsmål 1. Essensen af ​​teorien er tæt på handling? (Rødt kort).

Spørgsmål 2. Essensen af ​​teorien om handling på afstand? (Blå kort).
Spørgsmål 3. Hvad er essensen af ​​Faradays idé? (Opholdstilladelse).
Spørgsmål 4. Hvad er et elektrisk felt? (Hvidt kort).

(Det femte kort (orange) matcher ikke nogen af ​​spørgsmålene.)

Tekster af kort.

1. Rødt kort: organer interagerer gennem mellemled med finalen
   hastighed.
2. Blåt kort: Kropper interagerer gennem tomrummet øjeblikkeligt.
3. Grønt kort: Elektrisk interaktion skyldes
   elektrisk felt.
4. Hvidt kort: en slags stof, der eksisterer i rummet omkring ladede kroppe. Feltet er uafhængigt af os, spreder sig med en begrænset hastighed og virker med en vis kraft på ladningen.

Nederste linje: læreren siger, hvor mange personer fra klassen, der har svaret rigtigt på spørgsmålene, navngiver de rigtige farver på kortene. Godt klaret!

Lærer: Og nu – oplevelse under klokken.

Erfaring: Jeg tilslutter en transformer til netværket. Ladninger bevæger sig i dens viklinger, omkring hvilke der som bekendt skabes et elektrisk felt. Jeg tager en spole af ledning og en lampe. Spolen er ikke forbundet til netværket. Jeg bringer den til transformeren. Hvorfor lyser lampen, når den ikke er tilsluttet det elektriske netværk?

Discipel: Der er et elektrisk felt omkring transformatorens viklinger, som virker på ladningerne i spolen med kraft, sætter ladningerne i gang, strøm løber gennem lampen, lampen lyser. Feltet er materielt. Det elektriske felt eksisterer!

Didaktisk øjeblik: lektier.
Reception: skrive afsnit ind i dagbogen fra tavlen.

§37, spørgsmål s. 102, §38, spørgsmål s. 104. (Myakishev G.Ya., Bukhovtsev B.B. Lærebog for 10 klasser af uddannelsesinstitutioner. - 8. udg. - M .: Prosv., 2000 ).

VI STAGE

Didaktisk øjeblik: opsummering.

Modtagelse: under hensyntagen til elevernes korrekte svar til lektionen med efterfølgende generalisering; karaktergivning.

Skiftende elektriske og magnetiske felter under visse forhold kan generere hinanden. De danner et elektromagnetisk felt, som slet ikke er deres kombination. Dette er en enkelt helhed, hvori disse to felter ikke kan eksistere uden hinanden.

Fra historien

Erfaringen fra den danske videnskabsmand Hans Christian Ørsted, udført i 1821, viste, at en elektrisk strøm genererer et magnetfelt. Til gengæld er det skiftende magnetfelt i stand til at generere en elektrisk strøm. Dette blev bevist af den engelske fysiker Michael Faraday, som opdagede fænomenet elektromagnetisk induktion i 1831. Han er også forfatter til udtrykket "elektromagnetisk felt".

På det tidspunkt blev konceptet om Newtons langtrækkende handling overtaget i fysikken. Det blev antaget, at alle kroppe virker på hinanden gennem tomhed med uendelig høj hastighed (næsten øjeblikkeligt) og på enhver afstand. Det blev antaget, at elektriske ladninger interagerer på en lignende måde. Faraday mente derimod, at tomhed ikke eksisterer i naturen, og at interaktion sker med en endelig hastighed gennem et bestemt materielt miljø. Dette medium til elektriske ladninger er elektromagnetisk felt... Og det spreder sig med en hastighed svarende til lysets hastighed.

Maxwells teori

Ved at kombinere resultaterne af tidligere undersøgelser, Engelsk fysiker James Clerk Maxwell i 1864 oprettet teori om elektromagnetiske felter... Ifølge hende genererer et skiftende magnetfelt et skiftende elektrisk felt, og et vekslende elektrisk felt genererer et vekslende magnetfelt. Selvfølgelig er et af felterne i begyndelsen skabt af en kilde til ladninger eller strømme. Men i fremtiden kan disse felter allerede eksistere uafhængigt af sådanne kilder, hvilket får hinanden til at dukke op. Det er, elektriske og magnetiske felter er komponenter af et enkelt elektromagnetisk felt... Og enhver ændring i en af ​​dem forårsager udseendet af en anden. Denne hypotese danner grundlaget for Maxwells teori. Det elektriske felt, der genereres af magnetfeltet, er vortex. Dens kraftlinjer er lukkede.

Denne teori er fænomenologisk. Det betyder, at det blev skabt på grundlag af antagelser og observationer og ikke overvejer årsagen til forekomsten af ​​elektriske og magnetiske felter.

Egenskaber for elektromagnetiske felter

Et elektromagnetisk felt er en kombination af elektriske og magnetiske felter, derfor er det på hvert punkt i dets rum beskrevet af to hovedstørrelser: styrken af ​​det elektriske felt E og magnetisk induktion V .

Da det elektromagnetiske felt er processen med at omdanne et elektrisk felt til et magnetisk felt og derefter et magnetfelt til et elektrisk, ændres dets tilstand konstant. Den spreder sig i rum og tid og danner elektromagnetiske bølger. Afhængig af frekvens og længde er disse bølger opdelt i radiobølger, terahertz-stråling, infrarød stråling, synligt lys, ultraviolet stråling, røntgen- og gammastråling.

Vektorerne for intensiteten og induktionen af ​​det elektromagnetiske felt er indbyrdes vinkelrette, og det plan, de ligger i, er vinkelret på bølgeudbredelsesretningen.

I teorien om langdistanceaktion blev udbredelseshastigheden af ​​elektromagnetiske bølger anset for at være uendelig stor. Maxwell beviste dog, at dette ikke var tilfældet. I et stof udbreder elektromagnetiske bølger sig med en endelig hastighed, som afhænger af stoffets dielektriske og magnetiske permeabilitet. Derfor kaldes Maxwells teori teorien om kortdistancehandling.

Eksperimentelt blev Maxwells teori bekræftet i 1888 af den tyske fysiker Heinrich Rudolf Hertz. Han beviste, at der eksisterer elektromagnetiske bølger. Desuden målte han udbredelseshastigheden af ​​elektromagnetiske bølger i et vakuum, som viste sig at være lig med lysets hastighed.

I integreret form ser denne lov således ud:

Gauss lov for et magnetfelt

Fluxen af ​​magnetisk induktion gennem en lukket overflade er nul.

Den fysiske betydning af denne lov er, at der ikke er nogen magnetiske ladninger i naturen. En magnets poler kan ikke adskilles. De magnetiske feltlinjer er lukkede.

Faradays lov om induktion

Ændringen i magnetisk induktion forårsager fremkomsten af ​​et elektrisk hvirvelfelt.

,

Magnetfeltcirkulationssætning

Denne sætning beskriver kilderne til det magnetiske felt, såvel som felterne selv skabt af dem.

Elektrisk strøm og ændring i elektrisk induktion genererer et hvirvelmagnetfelt.

,

,

E- elektrisk feltstyrke;

N- magnetisk feltstyrke;

V- magnetisk induktion. Dette er en vektorstørrelse, der viser med hvilken kraft et magnetfelt virker på en ladning med q-værdi, der bevæger sig med en hastighed v;

D- elektrisk induktion eller elektrisk forskydning. Det er en vektormængde lig med summen af ​​intensitetsvektoren og polarisationsvektoren. Polarisering er forårsaget af forskydning af elektriske ladninger under påvirkning af et eksternt elektrisk felt i forhold til deres position, når et sådant felt er fraværende.

Δ - operatør Nabla. Denne operatørs handling på et specifikt felt kaldes dette felts rotor.

Δ x E = rot E

ρ - tætheden af ​​den eksterne elektriske ladning;

j- strømtæthed - en værdi, der viser styrken af ​​strømmen, der flyder gennem en enhedsareal;

med- lysets hastighed i et vakuum.

Studiet af det elektromagnetiske felt er engageret i en videnskab kaldet elektrodynamik... Hun overvejer dets interaktion med kroppe, der har en elektrisk ladning. Denne interaktion kaldes elektromagnetisk... Klassisk elektrodynamik beskriver kun de kontinuerlige egenskaber af det elektromagnetiske felt ved hjælp af Maxwells ligninger. Moderne kvanteelektrodynamik mener, at det elektromagnetiske felt også har diskrete (diskontinuerlige) egenskaber. Og sådan elektromagnetisk interaktion sker ved hjælp af udelelige kvantepartikler, der ikke har masse og ladning. Det elektromagnetiske felts kvantum kaldes foton .

Elektromagnetisk felt omkring os

Et elektromagnetisk felt genereres omkring enhver AC-leder. Kilder til elektromagnetiske felter er elledninger, elektriske motorer, transformatorer, elektrisk bytransport, jernbanetransport, elektriske og elektroniske husholdningsapparater - fjernsyn, computere, køleskabe, strygejern, støvsugere, trådløse telefoner, mobiltelefoner, elektriske barbermaskiner - kort sagt alt relateret til forbrug eller transmission af elektricitet. Kraftige kilder til elektromagnetiske felter er tv-sendere, antenner til mobiltelefonstationer, radarstationer, mikrobølgeovne osv. Og da der er en del sådanne enheder omkring os, omgiver elektromagnetiske felter os overalt. Disse felter påvirker miljøet og mennesker. Dermed ikke sagt, at denne indflydelse altid er negativ. Elektriske og magnetiske felter har eksisteret omkring mennesker i lang tid, men styrken af ​​deres stråling for et par årtier siden var hundredvis af gange lavere end den nuværende.

Op til et vist niveau kan elektromagnetisk stråling være uskadelig for mennesker. Så i medicin, ved hjælp af lav-intensitet elektromagnetisk stråling, helbreder væv, eliminerer inflammatoriske processer og har en smertestillende effekt. UHF-enheder lindrer spasmer af glatte muskler i tarmen og maven, forbedrer metaboliske processer i kroppens celler, reducerer tonen i kapillærerne og sænker blodtrykket.

Men stærke elektromagnetiske felter forårsager forstyrrelser i arbejdet i en persons kardiovaskulære, immune, endokrine og nervesystem, kan forårsage søvnløshed, hovedpine, stress. Faren er, at deres virkning er næsten umærkelig for mennesker, og krænkelser opstår gradvist.

Hvordan kan vi beskytte os selv mod den elektromagnetiske stråling, der omgiver os? Det er umuligt at gøre dette fuldstændigt, så du skal forsøge at minimere dets påvirkning. Først og fremmest skal du arrangere husholdningsapparater, så de er væk fra de steder, hvor vi er oftest. Du behøver for eksempel ikke sidde for tæt på tv'et. Når alt kommer til alt, jo længere afstanden er fra kilden til det elektromagnetiske felt, jo svagere bliver det. Meget ofte lader vi apparatet være tilsluttet. Men det elektromagnetiske felt forsvinder kun, når enheden afbrydes fra det elektriske netværk.

Menneskets sundhed påvirkes også af naturlige elektromagnetiske felter – kosmisk stråling, Jordens magnetfelt.

Vi modtager altid signaler om fjerne begivenheder ved hjælp af et mellemmedium. For eksempel foregår telefonkommunikation ved hjælp af elektriske ledninger, tale overføres over en afstand ved hjælp af lydbølger, der forplanter sig i luften

(lyd kan ikke forplante sig i et luftløst rum). Da fremkomsten af ​​et signal altid er et materielt fænomen, kan dets udbredelse, forbundet med overførsel af energi fra punkt til punkt i rummet, kun forekomme i et materielt miljø.

Det vigtigste tegn på, at et mellemmedium er involveret i signaltransmission, er den endelige hastighed af signaludbredelsen fra kilden til observatøren, som afhænger af mediets egenskaber. For eksempel rejser lyd i luften med en hastighed på omkring 330 m/s.

Hvis der i naturen var fænomener, hvor signalernes udbredelseshastighed var uendeligt stor, dvs. signalet ville blive transmitteret øjeblikkeligt fra et legeme til et andet i enhver afstand mellem dem, så ville det betyde, at kroppe kan virke på hinanden ved en afstand og i fravær af stof mellem dem. En sådan handling af kroppe på hinanden i fysik kaldes langrækkende handling. Når kroppe virker på hinanden ved hjælp af stof ind imellem, kaldes deres interaktion kortdistance. Følgelig påvirker kroppen direkte det materielle miljø med en kortrækkende handling, og dette miljø påvirker allerede en anden krop.

Det tager noget tid at overføre påvirkningen fra et legeme til et andet gennem det mellemliggende miljø, da alle processer i det materielle miljø overføres fra punkt til punkt med en endelig og veldefineret hastighed. Den matematiske underbygning af teorien om kortdistancehandling blev givet af den fremragende engelske videnskabsmand D. Maxwell (1831-1879). Da signaler, der forplanter sig øjeblikkeligt, ikke eksisterer i naturen, vil vi i fremtiden holde os til teorien om kortdistancehandling.

I nogle tilfælde sker udbredelsen af ​​signaler ved hjælp af et stof, for eksempel udbredelsen af ​​lyd i luft. I andre tilfælde er stof ikke direkte involveret i signaltransmission, for eksempel når lys fra Solen Jorden gennem luftløst rum. Derfor eksisterer stof ikke kun i form af stof.

I de tilfælde, hvor kroppens påvirkning af hinanden kan ske gennem et luftløst rum, kaldes det materialemedium, der overfører denne påvirkning, et felt. Eksisterer materie i form af stof og i form? felter. Afhængig af den slags kræfter, der virker mellem kroppene, kan felterne være af forskellige typer. Feltet, der overfører et legemes handling til et andet i overensstemmelse med loven om universel gravitation, kaldes gravitationsfeltet. Feltet, der overfører effekten af ​​en stationær elektrisk ladning til en anden stationær ladning i overensstemmelse med Coulombs lov, kaldes et elektrostatisk eller elektrisk felt.

Erfaring har vist, at elektriske signaler forplanter sig i luftløse rum med en meget høj, men endelig hastighed, som er cirka 300.000 km/s (§ 27.7). det

beviser, at det elektriske felt er den samme fysiske virkelighed som stof. Studiet af feltets egenskaber gjorde det muligt at overføre energi over en afstand ved hjælp af feltet og bruge det til menneskehedens behov. Et eksempel er virkningen af ​​radiokommunikation, fjernsyn, lasere osv. Mange af feltets egenskaber er imidlertid dårligt undersøgt eller endnu ikke kendte. Studiet af feltets fysiske egenskaber og samspillet mellem feltet og stof er et af de vigtigste videnskabelige problemer i moderne fysik.

Enhver elektrisk ladning skaber et elektrisk felt i rummet, ved hjælp af hvilket det interagerer med andre ladninger. Et elektrisk felt virker kun på elektriske ladninger. Derfor er der kun én måde at detektere et sådant felt på: at indføre en testladning i det interessante punkt i rummet. Hvis der er et felt på dette tidspunkt, vil en elektrisk kraft virke på det.

Når et felt undersøges med en testladning, vurderes det, at dets tilstedeværelse ikke forvrænger det undersøgte felt. Det betyder, at størrelsen af ​​testladningen skal være meget lille i forhold til de ladninger, der skaber feltet. Vi blev enige om at bruge en positiv ladning som en testladning.

Det følger af Coulombs lov, at den absolutte værdi af vekselvirkningen af ​​elektriske ladninger aftager med stigende afstand mellem dem, men aldrig helt forsvinder. Det betyder, at det elektriske ladningsfelt teoretisk strækker sig til det uendelige. Men i praksis mener vi, at feltet kun eksisterer, hvor en mærkbar kraft virker på testladningen.

Bemærk også, at når ladningen bevæger sig, flytter dens felt sig med den. Når ladningen fjernes så meget, at den elektriske kraft praktisk talt ikke længere virker på testladningen på noget sted i rummet, siger vi, at feltet er forsvundet, selvom det i virkeligheden har flyttet sig til andre punkter i rummet.