Sähköstaattinen kenttä. Sähköstaattinen kenttä Sähkömagneettinen kenttä ympärillämme

Perusfysikaalisten käsitteiden mukaan sähkökenttä ei ole muuta kuin erityinen aineellinen ympäristö, joka syntyy varautuneiden kappaleiden ympärille ja vaikuttaa tällaisten kappaleiden välisen vuorovaikutuksen järjestämiseen tietyllä loppunopeudella ja tiukasti rajoitetussa tilassa.

On jo pitkään todistettu, että sähkökenttä voi syntyä sekä liikkumattomissa että liikkuvissa kappaleissa. Tämän läsnäolon tärkein merkki on sen vaikutus

Yksi tärkeimmistä kvantitatiivisista on käsite "kenttävoimakkuus". Numeerisesti tämä termi tarkoittaa testivaraukseen vaikuttavan voiman suhdetta suoraan tämän varauksen kvantitatiiviseen ilmaisuun.

Se, että varaus on testi, tarkoittaa, että se ei itse osallistu tämän kentän luomiseen ja sen arvo on niin pieni, että se ei johda lähtötietojen vääristymiseen. Kentänvoimakkuus mitataan yksikössä V / m, joka on tavanomaisesti yhtä suuri kuin N / C.

Kuuluisa englantilainen tutkija M. Faraday esitteli sähkökentän graafisen esityksen menetelmän tieteelliseen liikkeeseen. Hänen mielestään tämä erityinen materiaali piirustuksessa tulisi kuvata jatkuvina viivoina. Myöhemmin niitä alettiin kutsua "sähkökentän voimakkuuden linjoiksi", ja niiden suunta, joka perustuu fysikaalisiin peruslakeihin, on sama kuin jännityksen suunta.

Voimalinjoja tarvitaan näyttämään jännityksen laatuominaisuudet, kuten tiheys tai tiheys. Tässä tapauksessa jännityslinjojen tiheys riippuu niiden lukumäärästä pintayksikköä kohti. Luodun kuvan voimalinjoista voit määrittää kentänvoimakkuuden kvantitatiivisen ilmaisun sen yksittäisissä osissa sekä selvittää, miten se muuttuu.

Eristeiden sähkökentällä on varsin mielenkiintoisia ominaisuuksia. Kuten tiedät, eristeet ovat aineita, joissa ei käytännössä ole vapaita varautuneita hiukkasia, joten ne eivät siksi pysty johtamaan. Tällaisia ​​aineita tulisi ennen kaikkea sisältää kaikki kaasut, keramiikka, posliini, tislattu vesi, kiille , jne.

Dielektrisen kentänvoimakkuuden määrittämiseksi sen läpi on ohjattava sähkökenttä. Sen vaikutuksesta eristeessä olevat sidotut varaukset alkavat siirtyä, mutta ne eivät pysty poistumaan molekyyliensä rajoista. Siirtymän suunta tarkoittaa, että positiivisesti varautuneet siirtyvät sähkökentän suuntaa pitkin ja negatiivisesti varautuneet siirtyvät vastaan. Näiden manipulaatioiden seurauksena eristeen sisälle syntyy uusi sähkökenttä, jonka suunta on suoraan vastakkainen ulkoiseen nähden. Tämä sisäinen kenttä heikentää huomattavasti ulkoista, joten jälkimmäisen intensiteetti laskee.

Kentänvoimakkuus on sen tärkein kvantitatiivinen ominaisuus, joka on suoraan verrannollinen voimakkuuteen, jolla tämä erikoistyyppinen aine vaikuttaa ulkoiseen sähkövaraukseen. Huolimatta siitä, että tätä arvoa on mahdoton nähdä, käyttämällä voimalinjojen piirustusta, voit saada käsityksen sen tiheydestä ja suuntautumisesta avaruudessa.

Joidenkin varautuneiden kappaleiden vaikutus muihin varautuneisiin kappaleisiin tapahtuu ilman niiden suoraa kosketusta sähkökentän avulla.

Sähkökenttä on materiaalista. Se on olemassa meistä ja sitä koskevista tiedoistamme riippumatta.

Sähkövaraukset synnyttävät sähkökentän, joka havaitaan sähkövarausten avulla niihin kohdistuvan tietyn voiman vaikutuksesta.

Sähkökenttä etenee tyhjiössä loppunopeudella 300 000 km/s.

Koska yksi sähkökentän pääominaisuuksista on sen vaikutus tietyn voimakkuuden omaaviin varautuneisiin hiukkasiin, niin kentän kvantitatiivisten ominaisuuksien käyttöön ottamiseksi on välttämätöntä sijoittaa pieni kappale, jonka varaus on q (testivaraus). tutkittu piste avaruudessa. Voima vaikuttaa tähän kehoon kentän puolelta

Jos muutat testilatauksen arvoa esimerkiksi kahdesti, myös siihen vaikuttava voima muuttuu kahdesti.

Kun testivarauksen arvo muuttuu n kertaa, myös varaukseen vaikuttava voima muuttuu n kertaa.

Tiettyyn kentän pisteeseen sijoitettuun testivaraukseen vaikuttavan voiman suhde tämän varauksen arvoon on vakioarvo, eikä se riipu tästä voimasta, varauksen suuruudesta tai siitä, onko mitään maksua. Tämä suhde on merkitty kirjaimella ja se on sähkökentän voimakkuusominaisuus. Vastaavaa fyysistä määrää kutsutaan sähkökentän voimakkuus .

Jännitys osoittaa, mikä voima vaikuttaa sähkökentän puolelta tiettyyn kentän pisteeseen sijoitettuun yksikkövaraukseen.

Jännitysyksikön löytämiseksi on välttämätöntä korvata voimayksiköt - 1 N ja varaus - 1 C hallitsevaan jännitysyhtälöön. Saamme: [E] = 1 N / 1 Cl = 1 N / Cl.

Selvyyden vuoksi sähkökentät piirustuksissa on kuvattu voimalinjoja käyttäen.

Sähkökenttä voi siirtää varauksen pisteestä toiseen. Siten, kentän tiettyyn pisteeseen sijoitetulla varauksella on potentiaalienergiavarasto.

Kentän energiaominaisuudet voidaan syöttää samalla tavalla kuin voimakäyrän käyttöönotto.

Kun testivarauksen arvo muuttuu, ei ainoastaan ​​siihen vaikuttava voima, vaan myös tämän varauksen potentiaalinen energia. Tietyssä kentän kohdassa sijaitsevan testivarauksen energian suhde tämän varauksen arvoon on vakioarvo, eikä se riipu energiasta eikä varauksesta.

Potentiaaliyksikön saamiseksi on välttämätöntä korvata energiayksiköt - 1 J ja varaus - 1 C hallitsevaan potentiaaliyhtälöön. Saamme: [φ] = 1 J / 1 C = 1 V.

Tällä yksiköllä on oma nimi 1 voltti.

Pistevarauksen kentän potentiaali on suoraan verrannollinen kentän luovan varauksen suuruuteen ja on kääntäen verrannollinen etäisyyteen varauksesta tiettyyn kentän pisteeseen:

Piirustuksissa olevat sähkökentät voidaan kuvata myös käyttämällä samanpotentiaalisia pintoja, ns ekvipotentiaalipinnat .

Kun sähkövaraus siirtyy yhden potentiaalin pisteestä eri potentiaaliseen pisteeseen, työ tehdään.

Fysikaalista määrää, joka on yhtä suuri kuin varauksen siirtämisen työn suhde kentän pisteestä toiseen, tämän varauksen arvoon on ns. sähköjännite :

Jännite osoittaa, mitä sähkökentän tekemä työ on, kun 1 C:n varaus siirretään kentän pisteestä toiseen.

Jännitteen ja potentiaalin yksikkö on 1 V.

Jännite kahden kentän pisteen välillä, jotka sijaitsevat etäisyydellä d toisistaan, on suhteessa kentänvoimakkuuteen:

Tasaisessa sähkökentässä varauksen siirtäminen kentän pisteestä toiseen ei riipu liikeradan muodosta ja sen määrää vain varauksen suuruus ja kentän pisteiden välinen potentiaaliero.

Oppituntityyppi: Oppitunti uuden materiaalin oppimisessa.

OPPIEN TAVOITTEET:

Koulutuksellinen:

1. Muodostaa yksi sähködynamiikan peruskäsitteistä - sähkökenttä.
2. Muodostaa käsitys aineesta kahdessa muodossa: aine ja kenttä.
3. Näytä kuinka sähkökenttä havaitaan.

Kehitetään:

1. Kehittää opiskelijoiden kykyä analysoida, vertailla, korostaa olennaisia ​​piirteitä, tehdä johtopäätöksiä.
2. Kehitä opiskelijoiden abstraktia ja loogista ajattelua.

Koulutus:

1. Käytä esimerkkiä lyhyen ja pitkän kantaman toiminnan teorioiden välisestä kamppailusta, osoita kognitioprosessin monimutkaisuus.
2. Jatka maailmankuvan muodostamista aineen rakennetta koskevan tiedon esimerkillä.
3. Kasvata kykyä todistaa, puolustaa näkemystäsi.

LAITTEET:

• piirtoheitin;
• laite sähkökenttien spektrien osoittamiseksi;
• suurjännitemuunnin "Puhtaa";
• nykyinen lähde;
• liitäntäjohdot;
• sähkömittari;
• turkis, pleksi kiinni;
• paperi hahmot;
• pala puuvillaa, lanka;
• muuntaja;
• lankakela, jossa on 3,5 V lamppu.

Didaktinen hetki: ottaen huomioon tiedot, kyvyt, taidot.

Vastaanotto: frontaalinen kysely.

Opettaja: Muista mitä sähkövaraus on.
Opiskelija: Sähkövaraus on kappaleiden ominaisuus suorittaa sähkömagneettista vuorovaikutusta toistensa kanssa voimilla, jotka pienenevät etäisyyden kasvaessa samalla tavalla kuin yleisen gravitaatiovoimat, mutta ylittävät painovoimat useita kertoja.
Opettaja: Onko mahdollista sanoa: "Ilmainen maksu on lentänyt."
Opiskelija: Ei. Sähkövaraus on aina hiukkasessa; vapaita sähkövarauksia ei ole olemassa.
Opettaja: Millaisia ​​sähkövarauksia tiedät ja miten ne toimivat vuorovaikutuksessa.
Opiskelija: Luonnossa on positiivisia ja negatiivisia varauksia sisältäviä hiukkasia. Kaksi positiivisesti varautunutta tai kaksi negatiivisesti varautunutta hiukkasta hylkivät, kun taas positiivisesti ja negatiivisesti varautuneita hiukkasia vetää puoleensa.
Opettaja: Syytöksissä on todellakin kaikki, kuten ihmisten elämässä. Kaksi energistä aktiivista ihmistä ei voi olla yhdessä pitkään, sama karkotetaan. Energiset ja rauhalliset tulevat hyvin toimeen, erilaiset asiat houkuttelevat.
Opettaja: Sähköstatiikassa sinä ja minä tunnemme Coulombin lain varausten vuorovaikutukselle. Kirjoita ylös ja muodosta tämä laki.
Opiskelija: F = k | q1 | | q2 | / rІ (kirjoittaa taululle, lausuu lain ääneen).

Kahden paikallaan olevan varautuneen kappaleen vuorovaikutusvoima tyhjiössä on suoraan verrannollinen varausmoduulien tuloon ja kääntäen verrannollinen niiden välisten etäisyyksien neliöön. Jos vähintään yhtä varausta lisätään, vuorovaikutusvoima kasvaa, jos varausten välistä etäisyyttä kasvatetaan, voima pienenee.

Didaktinen hetki: uuden materiaalin oppimisen propedeutiikka.
Vastaanotto: ongelmatilanne.

Opettaja: Okei, muistimme tärkeimmät asiat, jotka kävimme läpi. Oletko koskaan miettinyt, kuinka yksi lataus vaikuttaa toiseen?

Kokemus: Laitoin palan puuvillaa korkeajännitemuuntimen negatiiviseen napaan. Se saa miinusmerkin. Positiivisen navan puolelta fleeceen vaikuttaa sähkövoima. Hänen vaikutuksestaan ​​puuvilla hyppää positiiviseen napaan, saa plusmerkin jne.

Opettaja: Miten yksi lataus vaikuttaa toiseen? Miten sähköiset vuorovaikutukset suoritetaan? Coulombin laki ei vastaa tähän. Ongelma ... Poistutaanpa sähköisistä vuorovaikutuksista. Ja miten olette vuorovaikutuksessa toistenne kanssa, kuinka esimerkiksi Anya kiinnittää Katjan huomion itseensä?
Opiskelija: Voin ottaa hänen kätensä, työntää, heittää muistiinpanon, pyytää jotakuta soittamaan hänelle, huutaa, viheltää.
Opettaja: Kaikissa toimissasi fysiikan näkökulmasta on yksi yhteinen asia: kuka huomasi tämän yhteisen asian?
Opiskelija: Vuorovaikutus tapahtuu välilinkkien (kädet, olkapäät, nuotit) tai välineen kautta (ääni leviää ilmassa).
Opettaja: Mikä on johtopäätös?
Opiskelija: Kappaleiden vuorovaikutukseen tarvitaan tietty fyysinen prosessi vuorovaikutuksessa olevien kappaleiden välisessä tilassa.
Opettaja: Joten, selvitimme ihmisten vuorovaikutuksen. Mutta miten sähkövaraukset vaikuttavat toisiinsa? Mitkä ovat välilinkit, sähköistä vuorovaikutusta suorittava väliaine?

Didaktinen hetki: uuden materiaalin oppiminen.
Vastaanotot: opiskelijan tietoon perustuva selitys, riidan elementit, pelin elementit, teorian esittäminen säkeessä, demonstraatiokoe.
Opettaja: Tältä osin fysiikassa on ollut pitkä kiista lyhyen ja pitkän kantaman toiminnan teorioiden kannattajien välillä. Nyt meistä tulee näiden teorioiden kannattajia ja yritämme väittää ..
(Jaan luokan ja taulun kahteen osaan. Taulun oikealle puolelle kirjoitan: "Lyhyen kantaman toiminnan teoria." Myös ristisanatehtävä piirretään tähän, kuva 1).

(Kirjoitan taulun vasemmalle puolelle: "Etäisen toiminnan teoria." Tässä on ristisanatehtävä, kuva 2).

Opettaja: Joten, luokan oikea puoli - lyhyen kantaman toiminnan teorian kannattajia. Sopimus?
Vasen puoli - toimintateorian kannattajat etäältä. Sopimus?
(Menen luokan oikealle puolelle).

Opettaja: No, aloitetaan riidellä. Selitän lyhyen kantaman toiminnan teorian ydintä, ja sinä autat minua arvaamaan taululle kirjoitetut sanat.

Olemme tiiviin toiminnan kannattajia

Kehojen välissä pitäisi olla Keskiviikko.
Linkkejä viestintään, ei tyhjyys.
Prosessit siinä ympäristössä ovat ohikiitäviä,
Mutta ei heti. Niiden nopeus on rajallinen.
(Sitten toistan uudelleen, ilman taukoja, pyydän kaikkia lyhyen kantaman toiminnan teorian kannattajia lausumaan korostetut sanat).

Opettaja: Anna esimerkkejä teoriasi todistamiseksi.
Opiskelija: 1. Ääni kulkee ilman tai muun väliaineen läpi nopeudella 330 m/s.

2. Paina jarrupoljinta, jolloin jarrunesteen paine loppunopeudella välittyy jarrupaloille.
(siirryn luokan vasemmalle puolelle)

Opettaja: Toimintateorian kannattajat etäältä. Esitän toimintateorian olemuksen etäältä, ja sinä autat minua arvaamaan taululle kirjoitetut sanat.

Olemme pitkän tähtäimen toiminnan kannattajia
Hyväksy: vuorovaikutukseen
Yksi tarvitaan tyhjyys,
Eikä joitain linkkejä, keskiviikko.
Kehojen vuorovaikutus on kiistaton
Siinä tyhjyys syntyy välittömästi.

(Sitten toistan uudelleen, ilman taukoja, pyydän sinua lausumaan valitut sanat kaikille toimintateorian kannattajille etäältä)

Opettaja: Anna esimerkkejä teoriasi todistamiseksi?
Opiskelija: 1. Painan kytkintä, valo syttyy välittömästi. 2. Sähköistän sauvan turkissa, tuon sen sähkömetriin, sähkömittarin neula poikkeaa välittömästi (näkyy kokemus elektrometrillä).
Opettaja: Tehdään muistiinpanoja muistikirjaan:

Lyhyen kantaman teoria:

1. Sähköinen vuorovaikutus tapahtuu väliaineen välissä olevien linkkien kautta.
2. Sähköinen vuorovaikutus välittyy rajallisella nopeudella.

Pitkän kantaman teoria:

1. Sähköinen vuorovaikutus tapahtuu tyhjiön kautta.
2. Sähköiset vuorovaikutukset välittyvät välittömästi.

Opettaja: Kuinka olla? Kuka on oikeassa? Riidan ratkaisemiseksi tarvitsemme...?

Luokka: Idea.

Opettaja: Kyllä, idea on harvinainen peli sanojen metsässä. / V.Hyugo /

Kiistan viimeisteli ideoiden generaattori -
Englantilainen tiedemies Michael Faraday.

Mikä on Faradayn idea? Siirry sivulle 102 kappale 38, kohta 1.

Annan sinulle 3 minuuttia aikaa ottaa kiinni Faradayn loistava idea. ( Luokka lukee, opettaja vaihtaa soittimien asentoa).

Opetuslapsi: Faradayn idean mukaan sähkövaraukset eivät vaikuta toisiinsa suoraan. Jokainen heistä luo ympäröivään tilaan sähköinen ala. Yhden varauksen kenttä vaikuttaa toiseen varaukseen ja päinvastoin. Kun etäisyys varauksesta kasvaa, kenttä heikkenee.

Opettaja: Kuka on siis oikeassa: pitkän kantaman toiminnan tai lyhyen kantaman toiminnan teorioiden kannattajat?

Opetuslapsi: Lyhyen kantaman toiminnan teorian kannattaja.

Opettaja: Ja mikä on välilinkki, joka suorittaa sähköisen vuorovaikutuksen?

Opiskelija: Sähkökenttä.

Opettaja: Miksi siis ladattu vanu on vuorovaikutuksessa ladatun pallon kanssa etäältä, muistatko kokemuksen?

Opetuslapsi: Varautuneen pallon sähkökenttä vaikuttaa pumpulipalloon.

Opettaja: Sähkökenttä... Se on helppo sanoa, mutta vaikea kuvitella. Aistimme eivät pysty näkemään, korjaa tätä kenttää. Joten mikä on sähkökenttä? (Kohteiden 1) - 4) sanamuoto luomme yhdessä, opiskelijat tekevät muistiinpanoja vihkoon).

Sähkökenttä: ( kirjoittaa muistikirjaan). Opettajan tai oppilaiden suulliset kommentit.

Opettaja: Haluaisitko "nähdä" sähkökentän?

Tämä ei ole mahdollista aisteillamme. Pienet hiukkaset (mannasuurimot), jotka on kaadettu koneöljyyn ja asetettu vahvaan sähkökenttään, auttavat meitä.

Kokemus. (Sähkökenttien spektrien osoittamiseen käytetään laitetta).

Otan kyvetin öljyllä ja mannasuurimolla, sekoitan piirtoheittimellä, tuon jännitteen "purkauksesta" elektrodeihin. Vastakkaiset varaukset ilmestyivät elektrodeille. Mitä näemme, miten se selitetään?

Oppilas: Elektrodien ympärillä on sähkökenttä; pelto vaikuttaa jyviin voimalla.

Opettaja: Jyvät rivissä sähkölinjat sähkökenttä, heijastava hänen "kuvansa". Missä viivat ovat tiheämpiä - kenttä on vahvempi, harvemmin - heikompi. Viivat venyvät toisiaan kohti, mikä tarkoittaa, että kentät ovat vastakkaisia.

Kahden levyn kenttä on erilainen. Kenttäviivat ovat yhdensuuntaiset. Tällainen kenttä on sama kaikissa pisteissä ja sitä kutsutaan yhtenäiseksi.

Asetan metallirenkaan kahden levyn kenttään, "jyvät eivät järjesty uudelleen renkaan sisällä. Mitä tämä tarkoittaa?

Oppilas: Metallirenkaan sisällä ei ole sähkökenttää.

Didaktinen hetki: yleistäminen; lyhyt selvitys tiedosta.
Vastaanotot: pikakysely signaalikorttien avulla; arvauskokemus.

Opettaja: Mitä olemme oppineet tänään, mitä on jäljellä päähämme? Tarkistetaan. Pöydilläsi on 5 eriväristä korttia. Esitän kysymyksen, nostat kortin, jossa sinun näkökulmastasi oikea vastaus on: värillinen puoli - minua kohti, teksti - sinua kohti. Värien perusteella saan nopeasti selville, kuka on oppinut mitä. (Opettaja kirjaa pikakyselyn tuloksen).

Pikakysely.

Kysymys 1. Teorian ydin on lähellä toimintaa? (Punainen kortti).

Kysymys 2. Toimintateorian ydin etänä? (Sininen kortti).
Kysymys 3. Mikä on Faradayn idean ydin? (Vihreä kortti).
Kysymys 4. Mikä on sähkökenttä? (Valkoinen kortti).

(Viides kortti (oranssi) ei vastaa yhtään kysymystä.)

Korttien tekstit.

1. Punainen kortti: ruumiit ovat vuorovaikutuksessa välilinkkien kautta finaalin kanssa
   nopeus.
2. Sininen kortti: Kehot ovat vuorovaikutuksessa tyhjyyden läpi välittömästi.
3. Vihreä kortti: Sähköinen vuorovaikutus johtuu
   sähkökenttä.
4. Valkoinen kortti: eräänlainen aine, joka esiintyy avaruudessa varautuneiden kappaleiden ympärillä. Kenttä on meistä riippumaton, leviää äärellisellä nopeudella ja vaikuttaa jollain voimalla varaukseen.

Bottom line: opettaja kertoo kuinka moni luokasta vastasi kysymyksiin oikein, nimeää korttien oikeat värit. Hyvin tehty!

Opettaja: Ja nyt - kokemus kellon alla.

Kokemus: Kytken muuntajan verkkoon. Varaukset liikkuvat sen käämeissä, joiden ympärille, kuten tiedätte, syntyy sähkökenttä. Otan lankakelan ja lampun. Kelaa ei ole kytketty verkkoon. Tuon sen muuntajalle. Miksi lamppu palaa, kun sitä ei ole kytketty sähköverkkoon?

Oppilas: Muuntajan käämien ympärillä on sähkökenttä, joka vaikuttaa kelan varauksiin voimalla, saa varaukset liikkeelle, virta kulkee lampun läpi, lamppu hehkuu. Ala on materiaalinen. Sähkökenttä on olemassa!

Didaktinen hetki: kotitehtävät.
Vastaanotto: kirjoittaa kappaleita päiväkirjaan taululta.

§37, kysymykset s. 102, § 38, kysymykset s. 104. (Myakishev G.Ya., Bukhovtsev B.B. Oppikirja 10 oppilaitoksen luokalle. - 8. painos - M .: Prosv., 2000 ).

VI VAIHE

Didaktinen hetki: yhteenveto.

Vastaanotto: ottamalla huomioon oppilaiden oikeat vastaukset oppitunnille myöhemmällä yleistyksellä; luokittelu.

Vaihtelevat sähkö- ja magneettikentät voivat tietyissä olosuhteissa synnyttää toisiaan. Ne muodostavat sähkömagneettisen kentän, mikä ei ole ollenkaan niiden yhdistelmä. Tämä on yksi kokonaisuus, jossa nämä kaksi kenttää eivät voi olla olemassa ilman toisiaan.

Historiasta

Tanskalaisen tiedemiehen Hans Christian Oerstedin vuonna 1821 tekemä kokemus osoitti, että sähkövirta synnyttää magneettikentän. Vaihtuva magneettikenttä puolestaan ​​pystyy tuottamaan sähkövirran. Tämän todisti englantilainen fyysikko Michael Faraday, joka löysi sähkömagneettisen induktion ilmiön vuonna 1831. Hän on myös termin "sähkömagneettinen kenttä" kirjoittaja.

Tuolloin Newtonin pitkän kantaman toiminnan käsite otettiin käyttöön fysiikassa. Uskottiin, että kaikki ruumiit vaikuttavat toisiinsa tyhjyyden kautta äärettömän suurella nopeudella (melkein välittömästi) ja millä tahansa etäisyydellä. Oletettiin, että sähkövaraukset vuorovaikuttavat samalla tavalla. Faraday puolestaan ​​uskoi, että luonnossa ei ole tyhjyyttä ja että vuorovaikutusta tapahtuu rajallisella nopeudella tietyn aineellisen ympäristön läpi. Tämä sähkövarausten väliaine on elektromagneettinen kenttä... Ja se leviää nopeudella, joka on yhtä suuri kuin valonnopeus.

Maxwellin teoria

Yhdistämällä aikaisempien tutkimusten tuloksia, Englantilainen fyysikko James Clerk Maxwell perustettiin vuonna 1864 sähkömagneettisen kentän teoria... Hänen mukaansa muuttuva magneettikenttä synnyttää muuttuvan sähkökentän ja vaihtuva sähkökenttä vaihtuvan magneettikentän. Tietenkin alussa yksi kentistä syntyy varausten tai virtojen lähteestä. Mutta tulevaisuudessa nämä kentät voivat jo olla olemassa tällaisista lähteistä riippumatta, mikä aiheuttaa toistensa ilmaantumista. Tuo on, sähkö- ja magneettikentät ovat yhden sähkömagneettisen kentän komponentteja... Ja mikä tahansa muutos yhdessä niistä aiheuttaa toisen ulkonäön. Tämä hypoteesi muodostaa perustan Maxwellin teorialle. Magneettikentän tuottama sähkökenttä on pyörre. Sen voimalinjat ovat kiinni.

Tämä teoria on fenomenologinen. Tämä tarkoittaa, että se on luotu oletusten ja havaintojen perusteella, eikä se ota huomioon sähkö- ja magneettikenttien esiintymisen syytä.

Sähkömagneettisen kentän ominaisuudet

Sähkömagneettinen kenttä on yhdistelmä sähkö- ja magneettikenttiä, joten sen jokaisessa pisteessä sitä kuvataan kahdella pääsuureella: sähkökentän voimakkuudella E ja magneettinen induktio V .

Koska sähkömagneettinen kenttä on prosessi, jossa sähkökenttä muunnetaan magneettiseksi ja sitten magneettikenttä sähköiseksi, sen tila muuttuu jatkuvasti. Avaruudessa ja ajassa leviäessään se muodostaa sähkömagneettisia aaltoja. Taajuudesta ja pituudesta riippuen nämä aallot jaetaan radioaallot, terahertsisäteily, infrapunasäteily, näkyvä valo, ultraviolettisäteily, röntgen- ja gammasäteily.

Sähkömagneettisen kentän intensiteetin ja induktion vektorit ovat keskenään kohtisuorassa ja taso, jossa ne sijaitsevat, on kohtisuorassa aallon etenemissuuntaan nähden.

Pitkän kantaman toiminnan teoriassa sähkömagneettisten aaltojen etenemisnopeutta pidettiin äärettömän suurena. Maxwell kuitenkin osoitti, että näin ei ollut. Aineessa sähkömagneettiset aallot etenevät äärellisellä nopeudella, joka riippuu aineen dielektrisestä ja magneettisesta läpäisevyydestä. Siksi Maxwellin teoriaa kutsutaan lyhyen kantaman toiminnan teoriaksi.

Maxwellin teorian vahvisti kokeellisesti vuonna 1888 saksalainen fyysikko Heinrich Rudolf Hertz. Hän todisti, että sähkömagneettisia aaltoja on olemassa. Lisäksi hän mittasi sähkömagneettisten aaltojen etenemisnopeuden tyhjiössä, joka osoittautui yhtä suureksi kuin valon nopeus.

Integraalisessa muodossa tämä laki näyttää tältä:

Gaussin laki magneettikentästä

Magneettisen induktion vuo suljetun pinnan läpi on nolla.

Tämän lain fyysinen merkitys on, että luonnossa ei ole magneettisia varauksia. Magneetin napoja ei voi erottaa toisistaan. Magneettikenttäviivat ovat kiinni.

Faradayn induktiolaki

Muutos magneettisessa induktiossa aiheuttaa pyörteen sähkökentän ilmaantumisen.

,

Magneettikentän kiertolause

Tämä lause kuvaa magneettikentän lähteitä sekä itse niiden luomia kenttiä.

Sähkövirta ja sähköinduktion muutos synnyttävät pyörremagneettikentän.

,

,

E- sähkökentän voimakkuus;

N- magneettikentän voimakkuus;

V- magneettinen induktio. Tämä on vektorisuure, joka osoittaa, millä voimalla magneettikenttä vaikuttaa nopeudella v liikkuvaan q-arvon varaukseen;

D- sähköinen induktio tai sähköinen siirtymä. Se on vektorisuure, joka on yhtä suuri kuin intensiteettivektorin ja polarisaatiovektorin summa. Polarisaatio johtuu sähkövarausten siirtymisestä ulkoisen sähkökentän vaikutuksesta suhteessa niiden sijaintiin, kun tällaista kenttää ei ole.

Δ - operaattori Nabla. Tämän operaattorin toimintaa tietyllä kentällä kutsutaan tämän kentän roottoriksi.

Δ x E = rot E

ρ - ulkoisen sähkövarauksen tiheys;

j- virrantiheys - arvo, joka osoittaa yksikköpinta-alan läpi kulkevan virran voimakkuuden;

kanssa- valon nopeus tyhjiössä.

Sähkömagneettisen kentän tutkimus harjoittaa tiedettä nimeltä sähködynamiikka... Hän harkitsee sen vuorovaikutusta kappaleiden kanssa, joissa on sähkövaraus. Tätä vuorovaikutusta kutsutaan sähkömagneettinen... Klassinen sähködynamiikka kuvaa vain sähkömagneettisen kentän jatkuvia ominaisuuksia Maxwellin yhtälöiden avulla. Nykyaikainen kvanttielektrodynamiikka uskoo, että sähkömagneettisella kentällä on myös diskreettejä (epäjatkuvia) ominaisuuksia. Ja tällainen sähkömagneettinen vuorovaikutus tapahtuu jakamattomien kvanttihiukkasten avulla, joilla ei ole massaa ja varausta. Sähkömagneettisen kentän kvanttia kutsutaan fotoni .

Sähkömagneettinen kenttä ympärillämme

Sähkömagneettinen kenttä syntyy minkä tahansa vaihtovirtajohtimen ympärille. Sähkömagneettisten kenttien lähteitä ovat voimajohdot, sähkömoottorit, muuntajat, kaupunkien sähköliikenne, rautatieliikenne, sähkö- ja elektroniikkakodinkoneet - televisiot, tietokoneet, jääkaapit, silitysraudat, pölynimurit, langattomat puhelimet, matkapuhelimet, sähköparranajokoneet - lyhyesti sanottuna kaikki liittyvät sähkön kulutukseen tai siirtoon. Voimakkaita sähkömagneettisten kenttien lähteitä ovat televisiolähettimet, matkapuhelinasemien antennit, tutka-asemat, mikroaaltouunit jne. Ja koska tällaisia ​​laitteita on ympärillämme melko vähän, sähkömagneettiset kentät ympäröivät meitä kaikkialla. Nämä kentät vaikuttavat ympäristöön ja ihmisiin. Tämä ei tarkoita sitä, että tämä vaikutus olisi aina negatiivinen. Sähkö- ja magneettikenttiä on ollut ihmisten ympärillä jo pitkään, mutta niiden säteilyteho oli muutama vuosikymmen sitten satoja kertoja nykyistä pienempi.

Tietylle tasolle asti sähkömagneettinen säteily voi olla vaaratonta ihmisille. Joten lääketieteessä matalan intensiteetin sähkömagneettisen säteilyn avulla kudokset paranevat, poistavat tulehdusprosessit ja niillä on kipua lievittävä vaikutus. UHF-laitteet lievittävät suolen ja mahan sileiden lihasten kouristuksia, parantavat aineenvaihduntaprosesseja kehon soluissa, vähentävät kapillaarien sävyä ja alentavat verenpainetta.

Mutta vahvat sähkömagneettiset kentät aiheuttavat häiriöitä ihmisen sydän- ja verisuoni-, immuuni-, endokriinis- ja hermostojärjestelmissä, voivat aiheuttaa unettomuutta, päänsärkyä, stressiä. Vaarana on, että niiden vaikutus on ihmisille lähes huomaamaton, ja rikkomukset syntyvät vähitellen.

Kuinka voimme suojautua meitä ympäröivältä sähkömagneettiselta säteilyltä? Tätä on mahdotonta tehdä kokonaan, joten sinun on yritettävä minimoida sen vaikutus. Ensinnäkin sinun on järjestettävä kodinkoneet niin, että ne ovat poissa paikoista, joissa olemme useimmiten. Sinun ei esimerkiksi tarvitse istua liian lähellä televisiota. Loppujen lopuksi, mitä kauempana on etäisyys sähkömagneettisen kentän lähteestä, sitä heikommaksi se tulee. Usein jätämme laitteen kytkettynä verkkovirtaan. Mutta sähkömagneettinen kenttä katoaa vain, kun laite irrotetaan sähköverkosta.

Ihmisten terveyteen vaikuttavat myös luonnolliset sähkömagneettiset kentät - kosminen säteily, maapallon magneettikenttä.

Saamme aina signaaleja kaukaisista tapahtumista välimedian avulla, esimerkiksi puhelinliikenne tapahtuu sähköjohtoja käyttäen, puhe välitetään kaukaa ilmassa etenevien ääniaaltojen avulla.

(ääni ei voi levitä ilmattomassa tilassa). Koska signaalin syntyminen on aina aineellinen ilmiö, niin sen eteneminen, joka liittyy energian siirtymiseen avaruuden pisteestä pisteeseen, voi tapahtua vain aineellisessa ympäristössä.

Tärkein merkki siitä, että välimedia on mukana signaalin siirrossa, on signaalin lopullinen etenemisnopeus lähteestä havainnoijaan, joka riippuu väliaineen ominaisuuksista. Esimerkiksi ääni etenee ilmassa noin 330 m/s nopeudella.

Jos luonnossa esiintyisi ilmiöitä, joissa signaalien etenemisnopeus on äärettömän suuri, eli signaali välittyy välittömästi kappaleesta toiseen millä tahansa etäisyydellä niiden välillä, niin tämä tarkoittaisi sitä, että kappaleet voivat vaikuttaa toisiinsa etäisyyden ja aineen puuttuessa niiden välillä. Tällaista kappaleiden toimintaa toisiinsa fysiikassa kutsutaan pitkän kantaman toiminnaksi. Kun kappaleet vaikuttavat toisiinsa välissä olevan aineen avulla, niiden vuorovaikutusta kutsutaan lyhyeksi kantamaksi. Lyhyen kantaman toiminnalla keho siis vaikuttaa suoraan aineelliseen ympäristöön, ja tämä ympäristö vaikuttaa jo toiseen kehoon.

Kehon vaikutuksen siirtyminen toiseen väliympäristön kautta kestää jonkin aikaa, koska materiaaliympäristön kaikki prosessit siirtyvät pisteestä pisteeseen äärellisellä ja tarkasti määritellyllä nopeudella. Lyhyen kantaman toiminnan teorian matemaattisen perustelun antoi erinomainen englantilainen tiedemies D. Maxwell (1831-1879). Koska välittömästi leviäviä signaaleja ei ole luonnossa, noudatamme jatkossa lyhyen kantaman toiminnan teoriaa.

Joissakin tapauksissa signaalien eteneminen tapahtuu aineen avulla, esimerkiksi äänen eteneminen ilmassa. Muissa tapauksissa aine ei ole suoraan mukana signaalin välittämisessä, esimerkiksi Auringosta tuleva valo pääsee Maahan ilmattoman avaruuden kautta. Siksi ainetta ei ole olemassa vain aineen muodossa.

Niissä tapauksissa, joissa kappaleiden vaikutus toisiinsa voi tapahtua ilmattoman tilan kautta, tätä iskua välittävää materiaalia kutsutaan kentällä. Onko siis ainetta olemassa aineen muodossa ja muodossa? kentät. Riippuen kappaleiden välillä vaikuttavista voimista, kentät voivat olla erityyppisiä. Kenttää, joka välittää yhden kappaleen toiminnan toiselle universaalin gravitaatiolain mukaisesti, kutsutaan gravitaatiokentällä. Kenttää, joka siirtää yhden kiinteän sähkövarauksen vaikutuksen toiseen kiinteään varaukseen Coulombin lain mukaisesti, kutsutaan sähköstaattiseksi tai sähkökentällä.

Kokemus on osoittanut, että sähköiset signaalit etenevät ilmattomassa tilassa erittäin suurella, mutta loppunopeudella, joka on noin 300 000 km/s (§ 27.7). se

todistaa, että sähkökenttä on sama fyysinen todellisuus kuin aine. Kentän ominaisuuksien tutkiminen mahdollisti energian siirtämisen etäisyyden päähän kentän avulla ja sen hyödyntämisen ihmiskunnan tarpeisiin. Esimerkkinä on radioviestinnän, television, laserien jne. toiminta. Monet alan ominaisuudet ovat kuitenkin huonosti tutkittuja tai niitä ei vielä tunneta. Kentän fysikaalisten ominaisuuksien sekä kentän ja aineen vuorovaikutuksen tutkiminen on yksi modernin fysiikan tärkeimmistä tieteellisistä ongelmista.

Mikä tahansa sähkövaraus luo avaruuteen sähkökentän, jonka avulla se on vuorovaikutuksessa muiden varausten kanssa. Sähkökenttä vaikuttaa vain sähkövarauksiin. Siksi on vain yksi tapa havaita tällainen kenttä: tuoda testivaraus avaruuden kiinnostavaan kohtaan.Jos tässä kohdassa on kenttä, siihen vaikuttaa sähkövoima.

Kun kenttää tutkitaan testivarauksella, katsotaan, että sen läsnäolo ei vääristä tutkittavaa kenttää. Tämä tarkoittaa, että testivarauksen suuruuden tulee olla hyvin pieni verrattuna kentän luoviin varauksiin. Sovimme positiivisen varauksen käyttämisestä testilatauksena.

Coulombin laista seuraa, että sähkövarausten vuorovaikutusvoiman itseisarvo pienenee niiden välisen etäisyyden kasvaessa, mutta ei koskaan katoa kokonaan. Tämä tarkoittaa, että teoriassa sähkövarauskenttä ulottuu äärettömään. Käytännössä uskomme kuitenkin, että kenttä on olemassa vain siellä, missä havaittava voima vaikuttaa testivaraukseen.

Huomaa myös, että kun varaus liikkuu, sen kenttä liikkuu sen mukana. Kun varaus poistetaan niin paljon, että sähkövoima ei käytännössä enää vaikuta testivaraukseen missään avaruuden pisteessä, sanotaan, että kenttä on kadonnut, vaikka todellisuudessa se on siirtynyt muihin avaruuden pisteisiin.