Elektrosztatikus mező. Elektrosztatikus tér Körülöttünk elektromágneses tér

Az elektromos tér az elemi fizikai fogalmak szerint nem más, mint egy speciális anyagi környezet, amely a töltött testek körül keletkezik, és bizonyos végsebességgel és szigorúan korlátozott térben befolyásolja az ilyen testek közötti kölcsönhatás szerveződését.

Régóta bebizonyosodott, hogy mozdulatlan és mozgó testekben is létrejöhet elektromos tér. Ennek a jelenlétnek a fő jele a hatása a

Az egyik fő kvantitatív a „térerősség” fogalma. Számszerűen ez a kifejezés a próbatöltésre ható erő és a töltés mennyiségi kifejeződésének arányát jelenti.

Az a tény, hogy a töltés teszt, azt jelenti, hogy maga nem vesz részt ennek a mezőnek a létrehozásában, és értéke olyan kicsi, hogy nem vezet a kiindulási adatok torzulásához. A térerősséget V / m-ben mérik, ami hagyományosan N / C-val egyenlő.

A híres angol kutató, M. Faraday bevezette a tudományos körforgásba az elektromos tér grafikus ábrázolásának módszerét. Véleménye szerint ezt a speciális anyagtípust a rajzon folyamatos vonalak formájában kell ábrázolni. Ezt követően "elektromos térintenzitás-vonalaknak" kezdték nevezni, és irányuk az alapvető fizikai törvények alapján egybeesik a feszültség irányával.

Erővonalakra van szükség a feszültség olyan minőségi jellemzőinek bemutatásához, mint a sűrűség vagy a sűrűség. Ebben az esetben a feszültségvonalak sűrűsége az egységnyi felületre jutó számuktól függ. Az erővonalakról készített kép lehetővé teszi a térerősség mennyiségi kifejeződésének meghatározását egyes szakaszaiban, valamint annak változásait.

A dielektrikumok elektromos tere meglehetősen érdekes tulajdonságokkal rendelkezik. Mint ismeretes, a dielektrikumok olyan anyagok, amelyekben gyakorlatilag nincsenek szabad töltésű részecskék, ezért nem vezetnek. Ilyen anyagok mindenekelőtt minden gáz, kerámia, porcelán, desztillált víz, csillám stb.

A dielektrikum térerősségének meghatározásához elektromos teret kell átvezetni rajta. Ennek hatására a dielektrikumban lévő kötött töltések eltolódnak, de nem képesek elhagyni molekuláik határait. Az elmozdulás iránya azt jelenti, hogy a pozitív töltésűek az elektromos tér iránya mentén, a negatív töltésűek pedig ellene tolódnak el. Ezen manipulációk eredményeként a dielektrikum belsejében új elektromos tér keletkezik, amelynek iránya közvetlenül ellentétes a külsővel. Ez a belső mező érezhetően gyengíti a külsőt, ezért az utóbbi intenzitása csökken.

A térerősség a legfontosabb mennyiségi jellemzője, amely egyenesen arányos azzal az erősséggel, amellyel ez a speciális anyagtípus külső elektromos töltésre hat. Annak ellenére, hogy ezt az értéket nem lehet látni, az erővonalak megrajzolásával képet kaphat annak sűrűségéről és irányultságáról a térben.

Egyes töltött testek hatása más töltött testekre közvetlen érintkezés nélkül, elektromos tér segítségével történik.

Az elektromos tér anyagi. Tőlünk és a vele kapcsolatos tudásunktól függetlenül létezik.

Az elektromos töltések elektromos mezőt hoznak létre, és elektromos töltések segítségével érzékelik, bizonyos erők hatására.

Az elektromos tér vákuumban 300 000 km/s végsebességgel terjed.

Mivel az elektromos tér egyik fő tulajdonsága a bizonyos erősségű töltött részecskékre gyakorolt ​​hatása, ezért a tér mennyiségi jellemzőinek bemutatásához egy q töltésű (próbatöltés) kis testet kell elhelyezni vizsgált pont a térben. Erő hat erre a testre a mező oldaláról

Ha például kétszer megváltoztatja a teszttöltés értékét, akkor a rá ható erő is kétszer változik.

Ha a próbatöltés értéke n-szer változik, a töltésre ható erő is n-szeres mértékben változik.

A mező adott pontjában elhelyezett próbatöltésre ható erő és ennek a töltésnek az aránya állandó érték, és nem függ sem ettől az erőtől, sem a töltés nagyságától, sem attól, hogy van-e bármilyen díjat. Ezt az arányt egy betű jelöli, és az elektromos tér erősségi jellemzőjének tekintjük. A megfelelő fizikai mennyiséget ún elektromos térerősség .

A feszültség azt mutatja meg, hogy a tér adott pontjában elhelyezett egységnyi töltésre milyen erő hat az elektromos tér oldaláról.

A feszültség mértékegységének megtalálásához be kell cserélni az erő - 1 N és a töltés - 1 C mértékegységeit a szabályozó feszültségegyenletbe. A következőt kapjuk: [E] = 1 N / 1 Cl = 1 N / Cl.

Az egyértelműség kedvéért a rajzokon az elektromos mezőket erővonalak segítségével ábrázoltuk.

Az elektromos tér képes arra, hogy a töltést egyik pontból a másikba mozgassa. Ennélfogva, a mező adott pontjában elhelyezett töltés potenciális energiatartalékkal rendelkezik.

A mező energetikai jellemzői ugyanúgy megadhatók, mint az erőkarakterisztika bevezetése.

A teszttöltés értékének változásával nemcsak a rá ható erő változik, hanem ennek a töltésnek a potenciális energiája is. A mező adott pontjában elhelyezkedő teszttöltés energiájának aránya ennek a töltésnek az értékéhez állandó érték, és nem függ sem az energiától, sem a töltéstől.

A potenciál mértékegységének megszerzéséhez az irányadó potenciálegyenletbe be kell cserélni az energiaegységeket - 1 J és egy töltést - 1 C. A következőt kapjuk: [φ] = 1 J / 1 C = 1 V.

Ennek az egységnek saját neve 1 volt.

Egy ponttöltés mezejének potenciálja egyenesen arányos a teret létrehozó töltés nagyságával, és fordítottan arányos a töltés és a mező adott pontja közötti távolsággal:

Az elektromos mezők a rajzokon azonos potenciálú felületek, ún ekvipotenciális felületek .

Amikor egy elektromos töltés egy potenciállal rendelkező pontból egy másik potenciállal rendelkező pontba mozog, akkor a munka megtörténik.

Azt a fizikai mennyiséget, amely megegyezik a töltésnek a mező egyik pontjáról a másikba történő áthelyezésének munkája és a töltés értékének arányával, az ún. elektromos feszültség :

A feszültség azt mutatja meg, hogy mekkora az elektromos tér által végzett munka, amikor 1 C-os töltést mozgatunk a tér egyik pontjából a másikba.

A feszültség és a potenciál mértékegysége 1 V.

A tér két, egymástól d távolságra lévő pontja közötti feszültség a térerősséghez kapcsolódik:

Egyenletes elektromos térben a töltésnek a mező egyik pontjából a másikba történő mozgatásának munkája nem függ a pálya alakjától, és csak a töltés nagysága és a mező pontjai közötti potenciálkülönbség határozza meg.

ÓRA TÍPUSA: lecke az új tananyag elsajátításában.

A LECKE CÉLKITŰZÉSEI:

Nevelési:

1. Az elektrodinamika egyik alapfogalmának kialakítása - az elektromos tér.
2. Képet alkotni az anyagról két formában: anyagban és mezőben.
3. Mutassa be az elektromos mező érzékelésének módját!

Fejlesztés:

1. Fejleszteni a tanulók elemző, összehasonlító, lényeges jellemzők kiemelésének, következtetések levonó képességét.
2. Fejleszti a tanulók absztrakt és logikus gondolkodását.

Oktatás:

1. Mutassa be a megismerési folyamat összetettségét a rövid és a nagy hatótávolságú cselekvés elméletei közötti harc példáján!
2. Folytassa a világkép kialakítását az anyag szerkezetére vonatkozó ismeretek példáján.
3. Nevelni a bizonyítási képességet, megvédeni álláspontját.

FELSZERELÉS:

• írásvetítő;
• elektromos mezők spektrumát bemutató készülék;
• nagyfeszültségű konverter „kisütés”;
• áramforrás;
• összekötő vezetékek;
• elektrométer;
• szőrme, plexi bot;
• papír figurák;
• egy darab vatta, vezetékek;
• transzformátor;
• huzaltekercs 3,5V-os lámpával.

Didaktikai momentum: tudás, képességek, készségek figyelembe vétele.

Fogadás: frontális felmérés.

Tanár: Ne feledje, mi az elektromos töltés.
Diák: Az elektromos töltés a testek azon tulajdonsága, hogy elektromágneses kölcsönhatást folytatnak egymással olyan erőkkel, amelyek a távolság növekedésével ugyanúgy csökkennek, mint az egyetemes gravitációs erők, de többszörösen meghaladják a gravitációs erőket.
Tanár: Lehetséges-e azt mondani: "Ingyenes díj repült?"
Diák: Nem. Az elektromos töltés mindig a részecskén van, szabad elektromos töltések nem léteznek.
Tanár: Milyen típusú elektromos töltéseket ismer, és hogyan hatnak egymásra.
Diák: A természetben vannak pozitív és negatív töltésű részecskék. Két pozitív töltésű vagy két negatív töltésű részecskét taszít, míg a pozitív és negatív töltésű részecskéket vonzza.
Tanár: Valójában a vádakban minden benne van, mint az emberek életében. Két energikus aktív ember nem tud sokáig együtt lenni, ugyanazt taszítják. Energikusak és nyugodtak jól kijönnek egymással, más dolgok vonzzák.
Tanár: Az elektrosztatikában te és én ismerjük a töltések kölcsönhatására vonatkozó Coulomb-törvényt. Írd le és alakítsd ki ezt a törvényt.
Diák: F = k | q1 | q2 | / rІ (ír a táblára, hangosan kimondja a törvényt).

Két álló helyzetben lévő töltött test kölcsönhatási ereje vákuumban egyenesen arányos a töltésmodulusok szorzatával, és fordítottan arányos a köztük lévő távolságok négyzetével. Ha legalább egy töltést növelünk, akkor a kölcsönhatás ereje nő, ha a töltések közötti távolság nő, az erő csökken.

Didaktikai momentum: az új anyag tanulásának propedeutikája.
Recepció: problémás helyzet.

Tanár: Oké, emlékeztünk a főbb dolgokra, amelyeken keresztül mentünk. Elgondolkozott már azon, hogyan hat az egyik töltés a másikra?

Tapasztalat: A nagyfeszültségű átalakító negatív pólusára tettem egy vattadarabot. Mínusz jelet kap. A pozitív pólus felől elektromos erő hat a gyapjúra. Hatása alatt a vatta a pozitív pólusra ugrik, pluszjelet kap stb.

Tanár: Hogyan hat az egyik töltet a másikra? Hogyan valósulnak meg az elektromos kölcsönhatások? A Coulomb-törvény erre nem ad választ. Probléma ... Térjünk el az elektromos kölcsönhatásoktól. És hogyan kommunikáltok egymással, hogyan fogja például Anya felhívni magára Katya figyelmét?
Diák: Megfoghatom a kezét, lökhetem, cetlit dobhatok, megkérhetek valakit, hogy hívja fel, kiabálhatok, fütyülhetek.
Tanár: Fizikai szempontból minden cselekedetében van egy közös dolog: ki vette észre ezt a közös dolgot?
Diák: Az interakció közbülső láncszemeken (karok, vállak, hangok) vagy a médiumon keresztül történik (a hang a levegőben terjed).
Tanár: Mi a következtetés?
Diák: A testek kölcsönhatásához bizonyos fizikai folyamatra van szükség a kölcsönható testek közötti térben.
Tanár: Tehát kitaláltuk az emberek interakcióját. De hogyan hatnak egymásra az elektromos töltések? Mik azok a köztes láncszemek, az elektromos kölcsönhatásokat végrehajtó közeg?

Didaktikai pillanat: új anyag tanulása.
Fogadások: tanulói tudáson alapuló magyarázat, vitaelemek, játékelemek, elmélet bemutatása versben, bemutató kísérlet.
Tanár: E tekintetben a fizikában hosszú vita folyik a rövid és nagy hatótávolságú cselekvés elméletének hívei között. Most ezeknek az elméleteknek a támogatói leszünk, és megpróbálunk vitatkozni.
(Az osztálytermet és a táblát két részre osztom. A tábla jobb oldalára írom: „Rövid hatótávolságú cselekvés elmélete.” Itt egy keresztrejtvény is rajzolódik, 1. ábra).

(A tábla bal oldalára ezt írom: „A távoli cselekvés elmélete.” Itt egy keresztrejtvény, 2. ábra).

Tanár: Tehát az osztály jobb oldala - a rövid távú cselekvés elméletének támogatói. Üzlet?
A bal oldal - a cselekvéselmélet támogatói távolról. Üzlet?
(Az osztály jobb oldalára megyek).

Tanár: Nos, kezdjünk vitatkozni. Elmagyarázom a rövid hatótávolságú cselekvés elméletének lényegét, te pedig segíts, kitaláld a táblára írt szavakat.

Mi a szoros cselekvés hívei vagyunk

A testek között kell lennie Szerda.
Linkek a kommunikációhoz, nem üresség.
Ebben a környezetben a folyamatok múlékonyak,
De nem azonnal. A sebességük véges.
(Majd ismét megismétlem, szünet nélkül, megkérem a rövid távú cselekvés elméletének híveit, hogy ejtsék ki a kiemelt szavakat).

Tanár: Mondjon példákat elméletének bizonyítására!
Diák: 1. A hang a levegőben vagy más közegben 330 m/s sebességgel terjed.

2. Nyomja meg a fékpedált, a fékfolyadék nyomása a végsebességnél átkerül a fékbetétekre.
(Átmegyek az osztály bal oldalára)

Tanár: A cselekvéselmélet támogatói távolról. Távolról bemutatom a cselekvéselmélet lényegét, te pedig segítesz, kitaláld a táblára írt szavakat.

Támogatói vagyunk a hosszú távú cselekvésnek
Jóváhagyás: interakcióhoz
Egy kell üresség,
És nem néhány link, szerda.
A testek kölcsönhatása tagadhatatlan
Ebben megtörténik az üresség azonnal.

(Ezután ismét megismétlem, szünetek nélkül, arra kérem, hogy a kiválasztott szavakat ejtse ki a cselekvéselmélet minden támogatójának távolról)

Tanár: Mondjon példákat az elmélet bizonyítására?
Diák: 1. Megnyomom a kapcsolót, a lámpa azonnal felgyullad. 2. A bundára felvillanyozom a rudat, hozom az elektrométerhez, az elektrométer tűje azonnal kitér (mutat egy élmény elektrométerrel).
Tanár: Jegyzetek egy füzetbe:

Rövid hatótávolságú elmélet:

1. Az elektromos kölcsönhatás a közegen keresztül, közbenső kapcsolatokon keresztül történik.
2. Az elektromos kölcsönhatás véges sebességgel átvitelre kerül.

Hosszú távú elmélet:

1. Az elektromos kölcsönhatás az üregen keresztül megy végbe.
2. Az elektromos kölcsönhatások azonnal átvitelre kerülnek.

Tanár: Hogyan legyek? Kinek van igaza? A vita megoldásához szükségünk van...?

Osztály: Ötlet.

Tanár: Igen, az ötlet ritka játék a szavak erdejében. / V.Hyugo /

A vitát az ötletgenerátor fejezte be -
Michael Faraday angol tudós.

Mi Faraday ötlete? Ugrás a 102. oldal 38. bekezdés 1. pontjára.

Hadd adjak 3 percet, hogy elkapja Faraday zseniális ötletét. ( Az osztály olvas, a tanár megváltoztatja a hangszerek helyzetét).

Tanítvány: Faraday elképzelése szerint az elektromos töltések nem hatnak közvetlenül egymásra. Mindegyik a környező térben alkot elektromos terület. Egy töltés mezeje egy másik töltésre hat, és fordítva. A töltéstől való távolság növekedésével a mező gyengül.

Tanár: Kinek van tehát igaza: a hosszú távú cselekvés vagy a rövid távú cselekvés elméletének támogatóinak?

Tanítvány: A rövid távú cselekvés elméletének támogatói.

Tanár: És mi az a köztes láncszem, amely elektromos kölcsönhatást hajt végre?

Diák: Elektromos mező.

Tanár: Akkor miért lép kölcsönhatásba egy feltöltött vatta és egy töltött golyó távolról, emlékszel az élményre?

Tanítvány: A töltött golyó elektromos tere egy vattakorongra hat.

Tanár: Elektromos mező... Könnyű kimondani, de nehéz elképzelni. Érzékszerveink nem képesek látni, rögzíteni ezt a mezőt. Tehát mi az elektromos mező? (Az 1) - 4) pontok megfogalmazása közösen alkotunk, a tanulók füzetbe jegyzetelnek).

Elektromos mező: ( jegyzetfüzetbe írva). A tanár vagy a tanulók szóbeli megjegyzései.

1). Egyfajta anyag, amely a töltött testek körüli térben létezik.	1) Az anyag két formában létezhet: anyag és mező. A szubsztanciát közvetlenül érezzük érzékszervekkel, a mezőt - közvetve, valamin keresztül.
2). A mező anyagi, tőlünk függetlenül létezik.	2) (a) Rádióhullámok – elektromágneses mezők. Akkor is terjednek az űrben, ha forrásuk (például rádióállomás) nem működik. b) A mikrohullámú sütő elektromos tér energiájával melegíti fel az ételt. Ez azt jelenti, hogy az elektromos tér létezik. Anyagi, mert energiával rendelkezik.
3). Az elektromos tér c = 3 * 10 8 m/s végsebességgel terjed.	3) Most ez bebizonyosodott: a holdjáró Földről történő irányításakor figyelembe veszik, hogy a rádiójel 1,3 másodpercig terjed a Holdra; a Vénuszon lévő állomás irányításakor vegye figyelembe, hogy az elektromos mező 3,5 percig terjed.
4). Az elektromos tér fő tulajdonsága, hogy elektromosan hat némi erővel tölt fel.	4) Egy élmény: egy plexi lemez elektromos tere erővel hat a papírfigurákra, mozgásra, „táncra” késztetve őket.

Tanár: Szeretnél „látni” egy elektromos mezőt?

Ez érzékszerveinkkel nem lehetséges. A gépolajba öntött és erős elektromos térbe helyezett apró részecskék (búzadara) segítségünkre lesznek.

Egy élmény. (Egy eszközt használnak az elektromos mezők spektrumának bemutatására).

Előveszek egy küvettát olajjal és búzadarával, megkeverem az írásvetítőn, feszültséget viszek a „kisülésből” az elektródákra. Ellentétes töltések jelentek meg az elektródákon. Mit látunk, hogyan magyarázzuk el?

Tanítvány: Az elektródák körül elektromos tér van; a mező erővel hat a szemekre.

Tanár: Gabonák sorakoznak távvezetékek elektromos tér, visszaverő a "képe". Ahol sűrűbbek a vonalak - a mező erősebb, ritkábban - gyengébb. A vonalak egymás felé nyúlnak, ami azt jelenti, hogy a mezők ellentétesek.

A két lemez mezője eltérő. A térvonalak párhuzamosak. Egy ilyen mező minden ponton azonos, és egységesnek nevezzük.

A két lemezből álló mezőbe egy fémgyűrűt helyezek, "a szemcsék nincsenek átrendezve a gyűrűn belül. Mit jelent ez?

Tanítvány: A fémgyűrű belsejében nincs elektromos tér.

Didaktikai momentum: általánosítás; rövid ismertető a tudásról.
Fogadások: expressz felmérés jelzőkártyákkal; találgató tapasztalat.

Tanár: Mit tanultunk ma, mi maradt meg a fejünkben? Nézzük meg. 5 különböző színű kártya van az asztalodon. Felteszek egy kérdést, te felemeled azt a kártyát, amelyen a te szemszögedből a helyes válasz: a színes oldal - felém, a szöveg - feléd. Szín szerint gyorsan kiderítem, ki mit tanult. (Az expressz felmérés eredményét a tanár rögzíti).

Expressz felmérés.

1. kérdés. Az elmélet lényege közel áll a cselekvéshez? (Piros lap).

2. kérdés: A távoli cselekvéselmélet lényege? (Kék kártya).
3. kérdés Mi a lényege Faraday ötletének? (Zöldkártya).
4. kérdés. Mi az elektromos mező? (Fehér kártya).

(Az ötödik kártya (narancssárga) nem felel meg egyik kérdésnek sem.)

Kártyák szövegei.

1. Piros lap: a testek köztes kapcsolatokon keresztül lépnek kapcsolatba a döntővel
   sebesség.
2. Kék kártya: A testek azonnal kölcsönhatásba lépnek az űrben.
3. Zöld kártya: Az elektromos kölcsönhatás oka
   elektromos mező.
4. Fehér kártya: egyfajta anyag, amely a töltött testek körül a térben létezik. A mező tőlünk független, véges sebességgel terjed és némi erővel hat a töltésre.

A lényeg: a tanár elmondja, hogy az osztályból hányan válaszoltak helyesen a kérdésekre, megnevezi a kártyák helyes színeit. Szép munka!

Tanár: És most - tapasztalat a csengő alatt.

Tapasztalat: Transzformátort csatlakoztatok a hálózatra. Tekercseiben töltések mozognak, amelyek körül, mint ismeretes, elektromos mező jön létre. Veszek egy dróttekercset és egy lámpát. A tekercs nincs csatlakoztatva a hálózathoz. viszem a transzformátorhoz. Miért világít a lámpa, ha nincs bedugva az elektromos hálózatba?

Tanítvány: A transzformátor tekercselése körül elektromos tér van, amely erővel hat a tekercsben lévő töltésekre, mozgásba hozza a töltéseket, áram folyik át a lámpán, a lámpa világít. A mező anyagi. Az elektromos tér létezik!

Didaktikai pillanat: házi feladat.
Recepció: bekezdések írása a naplóba a tábláról.

37. §, kérdések 102. o., 38. §, kérdések 104. o. (Myakishev G.Ya., Bukhovtsev B.B. Tankönyv az oktatási intézmények 10 osztályához. - 8. kiadás - M .: Prosv., 2000).

VI. SZAKASZ

Didaktikai momentum: összegzés.

Fogadás: a tanulók órára adott helyes válaszainak figyelembevétele utólagos általánosítással; osztályozás.

Részletek Kategória: Villamosság és mágnesesség Megjelent 2015.06.05. 20:46 Találatok: 13114

A váltakozó elektromos és mágneses mezők bizonyos körülmények között generálhatják egymást. Elektromágneses mezőt alkotnak, ami egyáltalán nem az ő kombinációjuk. Ez egy egységes egész, amelyben ez a két mező nem létezhet egymás nélkül.

A történelemből

Hans Christian Oersted dán tudós 1821-ben végzett tapasztalata azt mutatta, hogy az elektromos áram mágneses teret hoz létre. A változó mágneses tér viszont képes elektromos áramot generálni. Ezt bizonyította be Michael Faraday angol fizikus, aki 1831-ben fedezte fel az elektromágneses indukció jelenségét. Ő az "elektromágneses mező" kifejezés szerzője is.

Abban az időben a fizikában a Newton-féle nagy hatótávolságú akció koncepcióját alkalmazták. Azt hitték, hogy minden test az ürességen keresztül, végtelenül nagy sebességgel (majdnem azonnal) és bármilyen távolságból hat egymásra. Feltételezték, hogy az elektromos töltések hasonló módon hatnak egymásra. Faraday viszont úgy vélte, hogy a természetben nem létezik üresség, és a kölcsönhatás véges sebességgel megy végbe egy bizonyos anyagi környezetben. Ez az elektromos töltések közege az elektromágneses mező... És a fénysebességgel egyenlő sebességgel terjed.

Maxwell elmélete

A korábbi vizsgálatok eredményeit kombinálva James Clerk Maxwell angol fizikus 1864-ben létrehozták elektromágneses tér elmélet... Elmondása szerint a változó mágneses mező változó elektromos mezőt, a váltakozó elektromos mező pedig váltakozó mágneses teret generál. Természetesen kezdetben az egyik mezőt töltés- vagy áramforrás hozza létre. De a jövőben ezek a mezők már létezhetnek az ilyen forrásoktól függetlenül, egymás megjelenését okozva. vagyis Az elektromos és a mágneses mezők egyetlen elektromágneses tér alkotóelemei... És az egyik változása egy másik megjelenését idézi elő. Ez a hipotézis képezi Maxwell elméletének alapját. A mágneses tér által keltett elektromos tér örvény. Erővonalai zártak.

Ez az elmélet fenomenológiai. Ez azt jelenti, hogy feltételezések és megfigyelések alapján jött létre, és nem veszi figyelembe az elektromos és mágneses mezők előfordulásának okát.

Az elektromágneses tér tulajdonságai

Az elektromágneses mező elektromos és mágneses mezők kombinációja, ezért a tér minden pontján két fő mennyiséggel írják le: az elektromos tér erősségével. E és mágneses indukció V .

Mivel az elektromágneses tér az a folyamat, amikor az elektromos mezőt mágnesessé, majd a mágneses mezőt elektromosvá alakítják, állapota folyamatosan változik. Térben és időben terjedve elektromágneses hullámokat képez. A frekvenciától és hossztól függően ezek a hullámok fel vannak osztva rádióhullámok, terahertz-sugárzás, infravörös sugárzás, látható fény, ultraibolya sugárzás, röntgen- és gamma-sugárzás.

Az elektromágneses tér intenzitásának és indukciójának vektorai egymásra merőlegesek, és a sík, amelyben vannak, merőleges a hullámterjedés irányára.

A nagy hatótávolságú hatás elméletében az elektromágneses hullámok terjedési sebességét végtelenül nagynak tekintették. Maxwell azonban bebizonyította, hogy ez nem így van. Egy anyagban az elektromágneses hullámok véges sebességgel terjednek, ami az anyag dielektromos és mágneses áteresztőképességétől függ. Ezért Maxwell elméletét a rövid távú cselekvés elméletének nevezik.

Maxwell elméletét 1888-ban kísérletileg megerősítette Heinrich Rudolf Hertz német fizikus. Bebizonyította, hogy léteznek elektromágneses hullámok. Sőt, megmérte az elektromágneses hullámok terjedési sebességét vákuumban, amiről kiderült, hogy megegyezik a fénysebességgel.

Integrált formában ez a törvény így néz ki:

Gauss törvénye a mágneses térre

A zárt felületen áthaladó mágneses indukció fluxusa nulla.

Ennek a törvénynek az a fizikai jelentése, hogy a természetben nincsenek mágneses töltések. A mágnes pólusai nem választhatók szét. A mágneses erővonalak zártak.

Faraday indukciós törvénye

A mágneses indukció változása örvény elektromos tér megjelenését okozza.

,

Mágneses tér cirkulációs tétele

Ez a tétel leírja a mágneses tér forrásait, valamint magukat az általuk létrehozott mezőket.

Az elektromos áram és az elektromos indukció változása örvény mágneses teret hoz létre.

,

,

E- elektromos térerősség;

N- mágneses térerősség;

V- mágneses indukció. Ez egy vektormennyiség, amely megmutatja, hogy a mágneses tér mekkora erővel hat a v sebességgel mozgó q értékű töltésre;

D- elektromos indukció vagy elektromos elmozdulás. Ez egy vektormennyiség, amely egyenlő az intenzitásvektor és a polarizációs vektor összegével. A polarizációt az elektromos töltések elmozdulása okozza egy külső elektromos tér hatására a helyzetükhöz képest, amikor ilyen tér nincs jelen.

Δ - kezelő Nabla. Ennek az operátornak egy adott mezőn végzett tevékenységét a mező rotorjának nevezzük.

Δ x E = rot E

ρ - a külső elektromos töltés sűrűsége;

j- áramsűrűség - az egységnyi területen átfolyó áram erősségét mutató érték;

val vel- a fény sebessége vákuumban.

Az elektromágneses mező tanulmányozása egy tudomány ún elektrodinamika... Figyelembe veszi annak kölcsönhatását olyan testekkel, amelyek elektromos töltéssel rendelkeznek. Ezt az interakciót ún elektromágneses... A klasszikus elektrodinamika csak az elektromágneses tér folytonos tulajdonságait írja le Maxwell-egyenletek segítségével. A modern kvantumelektrodinamika úgy véli, hogy az elektromágneses térnek is vannak diszkrét (nem folytonos) tulajdonságai. És az ilyen elektromágneses kölcsönhatás olyan oszthatatlan kvantumrészecskék segítségével jön létre, amelyeknek nincs tömegük és töltésük. Az elektromágneses tér kvantumát ún foton .

Elektromágneses tér körülöttünk

Bármely AC vezető körül elektromágneses mező keletkezik. Az elektromágneses terek forrásai az elektromos vezetékek, villanymotorok, transzformátorok, városi elektromos közlekedés, vasúti közlekedés, elektromos és elektronikus háztartási gépek - televíziók, számítógépek, hűtőszekrények, vasalók, porszívók, vezeték nélküli telefonok, mobiltelefonok, elektromos borotvák - egyszóval minden villamos energia fogyasztásával vagy átvitelével kapcsolatos. Az elektromágneses mezők erős forrásai a televízióadók, a mobiltelefon-állomások antennái, radarállomások, mikrohullámú sütők stb. És mivel elég sok ilyen eszköz van körülöttünk, elektromágneses mezők vesznek körül minket mindenhol. Ezek a mezők hatással vannak a környezetre és az emberre. Ez nem azt jelenti, hogy ez a hatás mindig negatív. Elektromos és mágneses mezők régóta léteznek az ember körül, de sugárzásuk ereje néhány évtizeddel ezelőtt százszor kisebb volt a jelenleginél.

Egy bizonyos szintig az elektromágneses sugárzás ártalmatlan lehet az emberre. Tehát az orvostudományban az alacsony intenzitású elektromágneses sugárzás segítségével a szövetek gyógyulnak, megszüntetik a gyulladásos folyamatokat, és fájdalomcsillapító hatásúak. Az UHF-készülékek enyhítik a bél és a gyomor simaizmainak görcseit, javítják az anyagcsere folyamatokat a test sejtjeiben, csökkentik a kapillárisok tónusát és csökkentik a vérnyomást.

De az erős elektromágneses mezők zavarokat okoznak az ember szív- és érrendszerének, immunrendszerének, endokrin és idegrendszerének munkájában, álmatlanságot, fejfájást, stresszt okozhatnak. A veszély az, hogy hatásuk az ember számára szinte észrevehetetlen, és a jogsértések fokozatosan jelentkeznek.

Hogyan védekezhetünk a minket körülvevő elektromágneses sugárzás ellen? Ezt teljesen lehetetlen megtenni, ezért meg kell próbálnia minimalizálni a hatását. Mindenekelőtt úgy kell elrendeznie a háztartási gépeket, hogy távol legyenek azoktól a helyektől, ahol leggyakrabban vagyunk. Például nem kell túl közel ülnie a TV-hez. Végtére is, minél távolabb van az elektromágneses mező forrásától, annál gyengébb lesz. Nagyon gyakran hagyjuk bedugva a készüléket. De az elektromágneses mező csak akkor tűnik el, ha a készüléket leválasztják az elektromos hálózatról.

Az emberi egészséget a természetes elektromágneses mezők is befolyásolják – a kozmikus sugárzás, a Föld mágneses tere.

A távoli eseményekről mindig közbülső közeg segítségével kapunk jeleket, például a telefonos kommunikáció elektromos vezetékekkel történik, a beszédet a levegőben terjedő hanghullámok segítségével távolról továbbítják.

(levegőtlen térben a hang nem terjedhet). Mivel a jel megjelenése mindig anyagi jelenség, ezért terjedése, az energia térbeli pontról pontra történő átvitelével együtt, csak anyagi környezetben fordulhat elő.

A legfontosabb jele annak, hogy a jelátvitelben köztes közeg vesz részt, a jel forrástól a megfigyelőig terjedő végső sebessége, amely a közeg tulajdonságaitól függ. Például a hang körülbelül 330 m/s sebességgel terjed a levegőben.

Ha a természetben léteznének olyan jelenségek, amelyeknél a jelek terjedési sebessége végtelenül nagy, azaz a jel azonnal átkerülne egyik testről a másikra, bármilyen távolságban közöttük, akkor ez azt jelentené, hogy a testek egy bizonyos távolságban hatnak egymásra. távolság és anyag hiányában közöttük. A testek ilyen egymásra hatását a fizikában nagy hatótávolságú cselekvésnek nevezzük. Amikor a testek egymásra hatnak a köztes anyag segítségével, kölcsönhatásukat rövid hatótávolságúnak nevezzük. Következésképpen egy rövid távú cselekvéssel a test közvetlenül hat az anyagi környezetre, és ez a környezet már egy másik testre.

Az egyik test hatásának a köztes környezeten keresztül a másikra való átvitele némi időbe telik, mivel az anyagi környezetben minden folyamat pontról pontra, véges és jól meghatározott sebességgel halad át. A rövid távú cselekvés elméletének matematikai alátámasztását a kiváló angol tudós, D. Maxwell (1831-1879) adta meg. Mivel a természetben nem léteznek azonnal terjedő jelek, a jövőben ragaszkodunk a rövid távú cselekvés elméletéhez.

Egyes esetekben a jelek terjedése valamilyen anyag segítségével történik, például a hang terjedése a levegőben. Más esetekben az anyag nem vesz részt közvetlenül a jelátvitelben, például a Nap fénye levegőtlen téren keresztül jut el a Földre. Ezért az anyag nem csak anyag formájában létezik.

Azokban az esetekben, amikor a testek egymásra ütése levegőtlen téren keresztül történhet, az ezt átadó anyagi közeget mezőnek nevezzük. Tehát létezik-e az anyag anyag formájában és formában? mezőket. Attól függően, hogy a testek között milyen erők hatnak, a mezők különböző típusúak lehetnek. Azt a mezőt, amely az univerzális gravitáció törvényének megfelelően átadja az egyik test hatását a másiknak, gravitációs mezőnek nevezzük. Elektrosztatikus vagy elektromos térnek nevezzük azt a mezőt, amely a Coulomb-törvény szerint egy álló elektromos töltés hatását egy másik álló töltésre viszi át.

A tapasztalatok szerint az elektromos jelek a levegőtlen térben igen nagy, de végsebességgel terjednek, ami hozzávetőlegesen 300 000 km/s (27.7 §). azt

bizonyítja, hogy az elektromos tér ugyanaz a fizikai valóság, mint az anyag. A mező tulajdonságainak tanulmányozása lehetővé tette az energia távolsági átvitelét a mező segítségével és az emberiség szükségleteire való felhasználását. Példa erre a rádiókommunikáció, a televízió, a lézerek stb. működése. A terület számos tulajdonsága azonban kevéssé tanulmányozott vagy még nem ismert. A mező fizikai tulajdonságainak, valamint a mező és az anyag kölcsönhatásának vizsgálata a modern fizika egyik legfontosabb tudományos problémája.

Bármilyen elektromos töltés elektromos teret hoz létre a térben, melynek segítségével kölcsönhatásba lép más töltésekkel. Az elektromos tér csak az elektromos töltésekre hat. Ezért egy ilyen tér észlelésének egyetlen módja van: teszttöltést vezetünk be a tér érdekes pontjába.Ha ezen a ponton van tér, akkor arra elektromos erő hat.

Ha egy mezőt teszttöltéssel vizsgálunk, akkor azt tekintjük, hogy jelenléte nem torzítja a vizsgált mezőt. Ez azt jelenti, hogy a teszttöltés nagyságának nagyon kicsinek kell lennie a mezőt létrehozó töltésekhez képest. Megállapodtunk, hogy teszttöltésként pozitív töltést használunk.

A Coulomb-törvényből következik, hogy az elektromos töltések kölcsönhatási erejének abszolút értéke a köztük lévő távolság növekedésével csökken, de soha nem tűnik el teljesen. Ez azt jelenti, hogy elméletileg az elektromos töltéstér a végtelenségig terjed. A gyakorlatban azonban úgy gondoljuk, hogy a mező csak ott létezik, ahol észrevehető erő hat a teszttöltésre.

Vegye figyelembe azt is, hogy amikor a töltés mozog, a tere is együtt mozog vele. Amikor a töltést annyira eltávolítjuk, hogy az elektromos erő gyakorlatilag a tér egyetlen pontján sem hat a próbatöltésre, akkor azt mondjuk, hogy a mező eltűnt, bár a valóságban a tér más pontjaira költözött.