Elektrostatinis laukas. Elektrostatinis laukas Elektromagnetinis laukas aplink mus

Elektrinis laukas, remiantis elementariomis fizinėmis sąvokomis, yra ne kas kita, kaip ypatinga materialios aplinkos rūšis, atsirandanti aplink įkrautus kūnus ir veikianti sąveikos tarp tokių kūnų organizavimą tam tikru galutiniu greičiu ir griežtai ribotoje erdvėje.

Jau seniai įrodyta, kad elektrinis laukas gali atsirasti tiek nejudant, tiek judančiame kūnuose. Pagrindinis šio buvimo požymis yra jo poveikis

Viena iš pagrindinių kiekybinių yra „lauko stiprumo“ sąvoka. Skaitmenine išraiška šis terminas reiškia jėgos, kuri veikia bandomąjį krūvį, santykį tiesiogiai su kiekybine šio krūvio išraiška.

Tai, kad mokestis yra testinis, reiškia, kad jis pats nedalyvauja šio lauko kūrime, o jo reikšmė tokia maža, kad neiškraipo pradiniai duomenys. Lauko stiprumas matuojamas V / m, kuris paprastai yra lygus N / C.

Garsus anglų tyrinėtojas M. Faradėjus į mokslinę apyvartą įvedė elektrinio lauko grafinio vaizdavimo metodą. Jo nuomone, šis ypatingas medžiagos tipas brėžinyje turėtų būti pavaizduotas ištisinių linijų pavidalu. Vėliau jas imta vadinti „elektrinio lauko intensyvumo linijomis“, o jų kryptis, remiantis pagrindiniais fiziniais dėsniais, sutampa su įtempimo kryptimi.

Jėgos linijos reikalingos tokioms įtempimo kokybinėms charakteristikoms kaip tankis arba tankis parodyti. Šiuo atveju įtempimo linijų tankis priklauso nuo jų skaičiaus paviršiaus vienete. Sukurtas jėgos linijų paveikslas leidžia nustatyti kiekybinę lauko stiprumo išraišką atskirose jo atkarpose, taip pat sužinoti, kaip ji kinta.

Dielektrikų elektrinis laukas turi gana įdomių savybių. Dielektrikai, kaip žinia, yra medžiagos, kuriose praktiškai nėra laisvų įkrautų dalelių, todėl jos nėra pajėgios laidi.Tokioms medžiagoms pirmiausia turėtų būti priskiriamos visos dujos, keramika, porcelianas, distiliuotas vanduo, žėrutis. ir kt.

Norint nustatyti lauko stiprumą dielektrike, per jį turi būti praleistas elektrinis laukas. Jam veikiant, dielektriko surištieji krūviai pradeda slinkti, tačiau jie negali palikti savo molekulių ribų. Poslinkio kryptis reiškia, kad teigiamai įkrauti pasislenka pagal elektrinio lauko kryptį, o neigiamai įkrauti – priešingi. Dėl šių manipuliacijų dielektriko viduje atsiranda naujas elektrinis laukas, kurio kryptis yra tiesiai priešinga išorinei. Šis vidinis laukas pastebimai susilpnina išorinį, todėl pastarojo intensyvumas mažėja.

Lauko stiprumas yra svarbiausia jo kiekybinė charakteristika, kuri yra tiesiogiai proporcinga stiprumui, su kuriuo ši speciali medžiaga veikia išorinį elektros krūvį. Nepaisant to, kad šios vertės neįmanoma pamatyti, naudodamiesi jėgos linijų brėžiniu, galite susidaryti vaizdą apie jos tankį ir kryptingumą erdvėje.

Kai kurių įkrautų kūnų poveikis kitiems įkrautiems kūnams vyksta be tiesioginio jų kontakto, naudojant elektrinį lauką.

Elektrinis laukas yra materialus. Ji egzistuoja nepriklausomai nuo mūsų ir mūsų žinių apie tai.

Elektrinis laukas sukuriamas elektros krūvių ir aptinkamas elektros krūvių pagalba, veikiant juos tam tikrai jėgai.

Elektrinis laukas vakuume sklinda galutiniu 300 000 km/s greičiu.

Kadangi viena iš pagrindinių elektrinio lauko savybių yra jo veikimas tam tikro stiprumo įkrautoms dalelėms, tai norint supažindinti su kiekybinėmis lauko charakteristikomis, reikia prie tiriamo objekto pastatyti nedidelį kūną su krūviu q (bandomasis krūvis). taškas erdvėje. Jėga veiks šį kūną iš lauko pusės

Jei bandomojo krūvio reikšmę pakeisite, pavyzdžiui, du kartus, du kartus pasikeis ir jį veikianti jėga.

Kai bandomojo krūvio vertė pasikeičia n kartų, krūvį veikianti jėga taip pat pasikeičia n kartų.

Jėgos, veikiančios bandomąjį krūvį, esantį tam tikrame lauko taške, ir šio krūvio vertės santykis yra pastovi vertė ir nepriklauso nei nuo šios jėgos, nei nuo krūvio dydžio, nei nuo to, ar yra bet koks mokestis. Šis santykis žymimas raide ir laikomas elektrinio lauko stiprumo charakteristika. Atitinkamas fizikinis dydis vadinamas elektrinio lauko stiprumas .

Įtempimas parodo, kokia jėga iš elektrinio lauko pusės veikia vienetinį krūvį, esantį tam tikrame lauko taške.

Norint rasti įtempimo vienetą, į valdančiosios įtampos lygtį reikia pakeisti jėgos – 1 N ir krūvio – 1 C vienetus. Gauname: [E] = 1 N / 1 Cl = 1 N / Cl.

Aiškumo dėlei elektriniai laukai brėžiniuose pavaizduoti naudojant jėgos linijas.

Elektrinis laukas gali atlikti krūvio perkėlimą iš vieno taško į kitą. Vadinasi, tam tikrame lauko taške esantis krūvis turi potencialios energijos rezervą.

Lauko energetines charakteristikas galima įvesti taip pat, kaip įvedant jėgos charakteristiką.

Keičiantis bandomojo krūvio vertei, keičiasi ne tik jį veikianti jėga, bet ir šio krūvio potenciali energija. Bandomojo krūvio, esančio tam tikrame lauko taške, energijos santykis su šio krūvio reikšme yra pastovi reikšmė ir nepriklauso nei nuo energijos, nei nuo krūvio.

Norint gauti potencialo vienetą, valdančioje potencialo lygtyje reikia pakeisti energijos vienetus - 1 J ir krūvį - 1 C. Gauname: [φ] = 1 J / 1 C = 1 V.

Šis įrenginys turi savo pavadinimą 1 voltas.

Taškinio krūvio lauko potencialas yra tiesiogiai proporcingas lauką sukuriančio krūvio dydžiui ir atvirkščiai proporcingas atstumui nuo krūvio iki tam tikro lauko taško:

Elektriniai laukai brėžiniuose taip pat gali būti pavaizduoti naudojant vienodo potencialo paviršius, vadinamus ekvipotencialūs paviršiai .

Kai elektros krūvis juda iš vieno potencialo taško į kitokio potencialo tašką, darbas atliekamas.

Fizinis dydis, lygus krūvio perkėlimo iš vieno lauko taško į kitą darbo santykiui su šio krūvio verte, vadinamas elektros įtampa :

Įtampa parodo, kam lygus elektrinio lauko atliktas darbas, kai 1 C krūvis perkeliamas iš vieno lauko taško į kitą.

Įtampos, kaip ir potencialo, vienetas yra 1 V.

Įtampa tarp dviejų lauko taškų, esančių d atstumu vienas nuo kito, yra susijusi su lauko stipriu:

Vienodame elektriniame lauke krūvio perkėlimo iš vieno lauko taško į kitą darbas nepriklauso nuo trajektorijos formos ir yra nulemtas tik krūvio dydžio ir potencialų skirtumo tarp lauko taškų.

PAMOKOS TIPAS: naujos medžiagos mokymosi pamoka.

PAMOKOS TIKSLAI:

Švietimas:

1. Suformuoti vieną iš pagrindinių elektrodinamikos sąvokų – elektrinį lauką.
2. Formuoti dviejų formų materijos idėją: materiją ir lauką.
3. Parodykite, kaip aptikti elektrinį lauką.

Kuriama:

1. Ugdyti mokinių gebėjimą analizuoti, lyginti, išryškinti esminius požymius, daryti išvadas.
2. Ugdykite abstraktųjį ir loginį mokinių mąstymą.

Švietimas:

1. Naudodamiesi trumpojo ir tolimojo veikimo teorijų kovos pavyzdžiu, parodykite pažinimo proceso sudėtingumą.
2. Toliau formuoti pasaulėžiūrą žinių apie materijos sandarą pavyzdžiu.
3. Ugdyti gebėjimą įrodyti, apginti savo požiūrį.

ĮRANGA:

• projektorius;
• prietaisas elektrinių laukų spektrams demonstruoti;
• aukštos įtampos keitiklis „Iškrovimas“;
• srovės šaltinis;
• jungiamieji laidai;
• elektrometras;
• kailis, organinio stiklo lazdelė;
• Popierinės figūrėlės;
• vatos gabalas, laidai;
• transformatorius;
• vielos ritė su 3,5 V lempa.

Didaktinis momentas: atsižvelgiant į žinias, gebėjimus, įgūdžius.

Priėmimas: priekinė apklausa.

Mokytojas: Prisiminkite, kas yra elektros krūvis.
Studentas: Elektros krūvis yra kūnų savybė atlikti elektromagnetinę sąveiką vienas su kitu jėgomis, kurios mažėja didėjant atstumui taip pat, kaip ir visuotinės gravitacijos jėgos, bet kelis kartus viršija gravitacijos jėgas.
Mokytojas: Ar galima sakyti: „Išskrido nemokamas mokestis“.
Studentas: Nr. Elektros krūvis visada yra ant dalelės; laisvų elektros krūvių nėra.
Mokytojas: Kokius elektros krūvių tipus žinote ir kaip jie sąveikauja.
Studentas: Gamtoje yra dalelių, turinčių teigiamą ir neigiamą krūvį. Dvi teigiamai įkrautos arba dvi neigiamo krūvio dalelės yra atstumiamos, o teigiamai ir neigiamai įkrautos dalelės pritraukiamos.
Mokytojas: Iš tiesų, kaltinimai turi viską, kaip ir žmonių gyvenime. Du energingi aktyvūs žmonės negali ilgai būti kartu, tas pats atstumia. Energingi ir ramūs puikiai sutaria, traukia įvairūs dalykai.
Mokytojas: Elektrostatikoje jūs ir aš žinome Kulono dėsnį dėl krūvių sąveikos. Užsirašykite ir suformuokite šį įstatymą.
Studentas: F = k | q1 | | Q2 | / rІ (rašo lentoje, garsiai ištaria įstatymą).

Dviejų nejudančių įkrautų kūnų sąveikos jėga vakuume yra tiesiogiai proporcinga krūvio modulių sandaugai ir atvirkščiai proporcinga atstumų tarp jų kvadratui. Padidinus bent vieną krūvį, tai padidės sąveikos jėga, padidinus atstumą tarp krūvių – jėga mažės.

Didaktinis momentas: naujos medžiagos mokymosi propedeutika.
Priėmimas: probleminė situacija.

Mokytojas: Gerai, mes prisiminėme pagrindinius dalykus, kuriuos išgyvenome. Ar kada susimąstėte, kaip vienas krūvis veikia kitą?

Patirtis: Uždėjau vatos gabalėlį ant neigiamo aukštos įtampos keitiklio poliaus. Įgauna minuso ženklą. Iš teigiamo poliaus pusės vilną veikia elektrinė jėga. Jos įtakoje vata peršoka į teigiamą polių, įgauna pliuso ženklą ir t.t.

Mokytojas: Kaip vienas krūvis veikia kitą? Kaip atliekama elektrinė sąveika? Kulono dėsnis į tai neatsako. Problema ... Nukrypkime nuo elektrinių sąveikų. O kaip jūs bendraujate vienas su kitu, kaip, pavyzdžiui, Anė atkreips į save Katios dėmesį?
Studentas: Galiu paimti jos ranką, stumti, mesti raštelį, paprašyti, kad kas nors jai paskambintų, šaukti, švilpti.
Mokytojas: Visuose jūsų veiksmuose fizikos požiūriu yra vienas bendras dalykas: kas pastebėjo šį bendrą dalyką?
Studentas: Sąveika vykdoma per tarpines grandis (rankas, pečius, natas) arba per terpę (garsas sklinda ore).
Mokytojas: Kokia išvada?
Studentas: Kūnų sąveikai erdvėje tarp sąveikaujančių kūnų reikalingas tam tikras fizinis procesas.
Mokytojas: Taigi, mes išsiaiškinome žmonių sąveiką. Bet kaip sąveikauja elektros krūviai? Kas yra tarpinės grandys, terpė, kuri atlieka elektrines sąveikas?

Didaktinis momentas: naujos medžiagos mokymasis.
Priėmimai: mokinio žiniomis paremtas paaiškinimas, ginčo elementai, žaidimo elementai, teorijos pateikimas eilėraščiu, demonstracinis eksperimentas.
Mokytojas:Šiuo atžvilgiu fizikos srityje vyksta ilgas ginčas tarp trumpojo ir ilgo nuotolio veikimo teorijų šalininkų. Dabar tapsime šių teorijų šalininkais ir bandysime ginčytis.
(Klasę ir lentą padalinu į dvi dalis. Dešinėje lentos pusėje rašau: „Trumpojo nuotolio veiksmo teorija.“ Čia taip pat nupieštas kryžiažodis, 1 pav.).

(Kairėje lentos pusėje rašau: „Veiksmo per atstumą teorija.“ Štai kryžiažodis, 2 pav.).

Mokytojas: Taigi, dešinioji klasės pusė - trumpo nuotolio veiksmų teorijos šalininkai. Sandoris?
Kairė pusė – veiksmo teorijos šalininkai per atstumą. Sandoris?
(Einu į dešinę klasės pusę).

Mokytojas: Na, pradėkime ginčytis. Aiškinu trumpo nuotolio veiksmo teorijos esmę, o tu man padėk atspėti lentoje užrašytus žodžius.

Esame artimų veiksmų šalininkai

Tarp kūnų turi būti trečiadienį.
Nuorodos bendravimui, o ne tuštuma.
Procesai toje aplinkoje yra trumpalaikiai,
Bet ne iš karto. Jų greitis yra baigtinis.
(Tada dar kartą kartoju, be pauzių, prašau visų trumpo nuotolio veiksmo teorijos šalininkų ištarti paryškintus žodžius).

Mokytojas: Pateikite savo teoriją patvirtinančių pavyzdžių.
Studentas: 1. Garsas oru ar kita terpe sklinda 330 m/s greičiu.

2. Paspauskite stabdžių pedalą, stabdžių skysčio slėgis galutiniu greičiu perduodamas į stabdžių trinkeles.
(Aš pereinu į kairę klasės pusę)

Mokytojas: Veiksmo teorijos šalininkai per atstumą. Aš pateikiu veiksmo teorijos esmę per atstumą, o jūs man padedate, atspėkite lentoje užrašytus žodžius.

Esame ilgalaikių veiksmų šalininkai
Patvirtinti: sąveikai
Vienas reikalingas tuštuma,
Ir ne kai kurios nuorodos, trečiadienį.
Kūnų sąveika neginčijama
Toje tuštuma atsiranda akimirksniu.

(Tada dar kartą kartoju, be pauzių, prašau ištarti pasirinktus žodžius visiems veiksmo teorijos šalininkams per atstumą)

Mokytojas: Pateikite savo teoriją patvirtinančių pavyzdžių?
Studentas: 1. Paspaudžiu jungiklį, šviesa užsidega akimirksniu. 2. Įelektrinu strypą ant kailio, atnešu prie elektrometro, elektrometro adata akimirksniu nukrypsta (rodo patirtis su elektrometru).
Mokytojas: Pažymėkime sąsiuvinyje:

Trumpo nuotolio teorija:

1. Elektrinė sąveika vykdoma per terpę, tarpines grandis.
2. Elektrinė sąveika perduodama ribotu greičiu.

Tolimojo nuotolio teorija:

1. Elektrinė sąveika vyksta per tuštumą.
2. Elektrinė sąveika perduodama akimirksniu.

Mokytojas: Kaip būti? Kas teisus? Norėdami išspręsti ginčą, mums reikia ...?

Klasė: Idėja.

Mokytojas: Taip, idėja yra retas žaidimas žodžių miške. / V.Hyugo /

Ginčą užbaigė idėjų generatorius -
Anglų mokslininkas Michaelas Faradėjus.

Kokia Faradėjaus idėja? Eikite į 102 puslapio 38 pastraipos 1 punktą.

Leiskite man skirti jums 3 minutes, kad suprastumėte nuostabią Faradėjaus idėją. ( Klasė skaito, mokytojas keičia instrumentų padėtį).

Mokinys: Pagal Faradėjaus idėją elektros krūviai vienas kito tiesiogiai neveikia. Kiekvienas iš jų kuria aplinkinėje erdvėje elektrinis lauke. Vieno krūvio laukas veikia kitą krūvį ir atvirkščiai. Didėjant atstumui nuo krūvio, laukas silpsta.

Mokytojas: Taigi, kas teisus: ilgo ar trumpo nuotolio veiksmo teorijų šalininkai?

Mokinys: trumpo nuotolio veiksmų teorijos šalininkai.

Mokytojas: O kas yra tarpinė grandis, kuri atlieka elektrinę sąveiką?

Studentas: Elektrinis laukas.

Mokytojas: Kodėl įkrauta vata sąveikauja su įkrautu kamuoliuku per atstumą, prisimeni patirtį?

Mokinys: Įkrauto kamuoliuko elektrinis laukas veikia vatos gumulėlį.

Mokytojas: Elektrinis laukas... Lengva pasakyti, bet sunku įsivaizduoti. Mūsų pojūčiai negali matyti, sutvarkyti šio lauko. Taigi, kas yra elektrinis laukas? (1) – 4) punktų formuluotės kuriame kartu, mokiniai užsirašo sąsiuvinyje).

Elektrinis laukas: ( rašyti į sąsiuvinį). Mokytojo ar mokinių pastabos žodžiu.

Mokytojas: Ar norėtumėte „pamatyti“ elektrinį lauką?

Mūsų pojūčiais tai neįmanoma. Mums padės smulkios dalelės (manų kruopos), supiltos į mašinų alyvą ir patalpintos į stiprų elektrinį lauką.

Patirtis. (Elektrinių laukų spektrams demonstruoti naudojamas prietaisas).

Paimu kiuvetę su aliejumi ir manų kruopomis, pamaišau ant projektoriaus, atvedu įtampą iš „Iškrovimo“ į elektrodus. Ant elektrodų atsirado priešingi krūviai. Ką mes matome, kaip tai paaiškinti?

Mokinys: aplink elektrodus yra elektrinis laukas; laukas grūdus veikia jėga.

Mokytojas: Grūdai rikiuojasi elektros laidai elektrinis laukas, atspindintis jo „nuotrauka“. Kur linijos tankesnės – laukas stipresnis, rečiau – silpnesnis. Linijos driekiasi viena į kitą, o tai reiškia, kad laukai yra priešingi.

Dviejų plokščių laukas skiriasi. Lauko linijos yra lygiagrečios. Toks laukas visuose taškuose yra vienodas ir vadinamas vienodu.

Dviejų plokščių lauke įstatysiu metalinį žiedą, "žiedo viduje grūdeliai nepersirikiuoja. Ką tai reiškia?

Mokinys: Metalinio žiedo viduje nėra elektrinio lauko.

Didaktinis momentas: apibendrinimas; trumpas žinių aprašymas.
Priėmimai: greitoji apklausa naudojant signalines korteles; spėjimo patirtis.

Mokytojas: Taigi, ko mes šiandien išmokome, kas liko mūsų galvose? Patikrinkime. Ant jūsų stalų yra 5 skirtingų spalvų kortelės. Aš užduodu klausimą, jūs iškeliate kortelę, ant kurios, jūsų požiūriu, teisingas atsakymas: spalvota pusė - į mane, tekstas - į jus. Pagal spalvą greitai išsiaiškinsiu, kas ką išmoko. (Mokytojas užfiksuoja greitosios apklausos rezultatą).

Express apklausa.

1 klausimas. Teorijos esmė artima veiksmui? (Raudona kortelė).

2 klausimas. Veiksmo per atstumą teorijos esmė? (Mėlyna kortelė).
3 klausimas. Kokia Faradėjaus idėjos esmė? (Žalioji korta).
4 klausimas. Kas yra elektrinis laukas? (Balta kortelė).

(Penktoji kortelė (oranžinė) neatitinka nė vieno klausimo.)

Kortelių tekstai.

1. Raudona kortelė: kūnai sąveikauja per tarpinius ryšius su finalu
   greitis.
2. Mėlyna kortelė: kūnai akimirksniu sąveikauja per tuštumą.
3. Žalioji kortelė: elektros sąveika atsiranda dėl
   elektrinis laukas.
4. Balta korta: tam tikra materija, egzistuojanti erdvėje aplink įkrautus kūnus. Laukas yra nepriklausomas nuo mūsų, plinta baigtiniu greičiu ir veikia tam tikra jėga krūvį.

Apatinė eilutė: mokytojas pasako, kiek žmonių iš klasės teisingai atsakė į klausimus, įvardija teisingas kortelių spalvas. Šauniai padirbėta!

Mokytojas: O dabar – patirtis po varpu.

Patirtis: jungiu transformatorių prie tinklo. Jo apvijomis juda krūviai, aplink kuriuos, kaip žinia, susidaro elektrinis laukas. Paimu vielos ritę ir lempą. Ritė neprijungta prie tinklo. Atnešu į transformatorių. Kodėl lemputė šviečia, kai ji neįjungta į elektros tinklą?

Mokinys: Aplink transformatoriaus apvijas yra elektrinis laukas, kuris jėga veikia ritėje esančius krūvius, paleidžia krūvius, lempa teka srovė, lempa šviečia. Laukas yra materialus. Elektrinis laukas egzistuoja!

Didaktinis momentas: namų darbai.
Priėmimas: rašyti pastraipas į dienoraštį nuo lentos.

§37, klausimai p. 102, §38, klausimai p. 104. (Myakishev G.Ya., Bukhovtsev B.B. Vadovėlis 10 klasės švietimo įstaigoms. - 8 leidimas - M .: Prosv., 2000).

VI ETAPAS

Didaktinis momentas: apibendrinimas.

Priėmimas: atsižvelgiant į teisingus mokinių atsakymus į pamoką su vėlesniu apibendrinimu; įvertinimas.

Kintamieji elektriniai ir magnetiniai laukai tam tikromis sąlygomis gali generuoti vienas kitą. Jie sudaro elektromagnetinį lauką, kuris visiškai nėra jų derinys. Tai viena visuma, kurioje šie du laukai negali egzistuoti vienas be kito.

Iš istorijos

Danų mokslininko Hanso Christiano Oerstedo patirtis, atlikta 1821 m., parodė, kad elektros srovė sukuria magnetinį lauką. Savo ruožtu kintantis magnetinis laukas gali generuoti elektros srovę. Tai įrodė anglų fizikas Michaelas Faradėjus, 1831 metais atradęs elektromagnetinės indukcijos reiškinį. Jis taip pat yra termino „elektromagnetinis laukas“ autorius.

Tuo metu fizikoje buvo perimta Niutono tolimojo veikimo koncepcija. Buvo tikima, kad visi kūnai veikia vienas kitą per tuštumą be galo dideliu greičiu (beveik akimirksniu) ir bet kokiu atstumu. Buvo manoma, kad elektros krūviai sąveikauja panašiai. Kita vertus, Faradėjus manė, kad gamtoje tuštuma neegzistuoja, o sąveika vyksta ribotu greičiu per tam tikrą materialią aplinką. Ši terpė elektros krūviams yra elektromagnetinis laukas... Ir plinta greičiu, lygiu šviesos greičiui.

Maksvelo teorija

Sujungus ankstesnių tyrimų rezultatus, Anglų fizikas Jamesas Clerkas Maxwellas 1864 metais sukurta elektromagnetinio lauko teorija... Anot jos, kintantis magnetinis laukas generuoja kintantį elektrinį lauką, o kintamasis – kintamąjį magnetinį lauką. Žinoma, pradžioje vieną iš laukų sukuria krūvių ar srovių šaltinis. Tačiau ateityje šie laukai jau gali egzistuoti nepriklausomai nuo tokių šaltinių, todėl atsiranda vienas kito. Tai yra, elektriniai ir magnetiniai laukai yra vieno elektromagnetinio lauko komponentai... Ir bet koks vieno iš jų pasikeitimas sukelia kito atsiradimą. Ši hipotezė sudaro Maksvelo teorijos pagrindą. Magnetinio lauko sukuriamas elektrinis laukas yra sūkurys. Jo jėgos linijos uždaros.

Ši teorija yra fenomenologinė. Tai reiškia, kad jis buvo sukurtas remiantis prielaidomis ir stebėjimais ir neatsižvelgiama į elektrinių ir magnetinių laukų atsiradimo priežastį.

Elektromagnetinio lauko savybės

Elektromagnetinis laukas yra elektrinio ir magnetinio laukų derinys, todėl kiekviename jo erdvės taške jis apibūdinamas dviem pagrindiniais dydžiais: elektrinio lauko stiprumu. E ir magnetinė indukcija V .

Kadangi elektromagnetinis laukas yra elektrinio lauko pavertimo magnetiniu, o magnetinio lauko elektriniu procesas, jo būsena nuolat kinta. Skleisdamas erdvėje ir laike, formuoja elektromagnetines bangas. Priklausomai nuo dažnio ir ilgio šios bangos skirstomos į radijo bangos, terahercinė spinduliuotė, infraraudonoji spinduliuotė, matoma šviesa, ultravioletinė spinduliuotė, rentgeno ir gama spinduliuotė.

Elektromagnetinio lauko intensyvumo ir indukcijos vektoriai yra vienas kitą statmeni, o plokštuma, kurioje jie yra, statmena bangos sklidimo krypčiai.

Tolimojo veikimo teorijoje elektromagnetinių bangų sklidimo greitis buvo laikomas be galo dideliu. Tačiau Maxwellas įrodė, kad taip nėra. Medžiagoje elektromagnetinės bangos sklinda baigtiniu greičiu, kuris priklauso nuo medžiagos dielektrinio ir magnetinio pralaidumo. Todėl Maksvelo teorija vadinama trumpojo nuotolio veiksmų teorija.

Eksperimentiškai Maksvelo teoriją 1888 metais patvirtino vokiečių fizikas Heinrichas Rudolfas Hercas. Jis įrodė, kad elektromagnetinės bangos egzistuoja. Be to, jis išmatavo elektromagnetinių bangų sklidimo vakuume greitį, kuris pasirodė lygus šviesos greičiui.

Integruota forma šis įstatymas atrodo taip:

Gauso dėsnis magnetiniam laukui

Magnetinės indukcijos srautas per uždarą paviršių lygus nuliui.

Fizinė šio dėsnio prasmė ta, kad gamtoje nėra magnetinių krūvių. Magneto polių negalima atskirti. Magnetinio lauko linijos uždarytos.

Faradėjaus indukcijos dėsnis

Magnetinės indukcijos pasikeitimas sukelia sūkurinio elektrinio lauko atsiradimą.

,

Magnetinio lauko cirkuliacijos teorema

Ši teorema apibūdina magnetinio lauko šaltinius, taip pat pačius jų sukurtus laukus.

Elektros srovė ir elektros indukcijos pasikeitimas sukuria sūkurinį magnetinį lauką.

,

,

E- elektrinio lauko stiprumas;

N- magnetinio lauko stiprumas;

V- magnetinė indukcija. Tai vektorinis dydis, parodantis, kokia jėga magnetinis laukas veikia q vertės krūvį, judantį greičiu v;

D- elektrinė indukcija arba elektrinis poslinkis. Tai vektorinis dydis, lygus intensyvumo vektoriaus ir poliarizacijos vektoriaus sumai. Poliarizaciją sukelia elektros krūvių poslinkis veikiant išoriniam elektriniam laukui, palyginti su jų padėtimi, kai tokio lauko nėra.

Δ - operatorė Nabla. Šio operatoriaus veiksmas konkrečiame lauke vadinamas šio lauko rotoriumi.

Δ x E = puvinys E

ρ - išorinio elektros krūvio tankis;

j- srovės tankis – reikšmė, rodanti srovės, tekančios per ploto vienetą, stiprumą;

su- šviesos greitis vakuume.

Elektromagnetinio lauko tyrimas yra susijęs su mokslu, vadinamu elektrodinamika... Ji svarsto jo sąveiką su kūnais, turinčiais elektros krūvį. Ši sąveika vadinama elektromagnetinis... Klasikinė elektrodinamika aprašo tik nuolatines elektromagnetinio lauko savybes, naudodama Maksvelo lygtis. Šiuolaikinė kvantinė elektrodinamika mano, kad elektromagnetinis laukas taip pat turi diskrečių (nepertraukiamų) savybių. Ir tokia elektromagnetinė sąveika vyksta nedalomų kvantinių dalelių, kurios neturi masės ir krūvio, pagalba. Elektromagnetinio lauko kvantas vadinamas fotonas .

Mus supantis elektromagnetinis laukas

Aplink bet kurį kintamosios srovės laidininką sukuriamas elektromagnetinis laukas. Elektromagnetinių laukų šaltiniai yra elektros linijos, elektros varikliai, transformatoriai, miesto elektrinis transportas, geležinkelių transportas, elektrinė ir elektroninė buitinė technika – televizoriai, kompiuteriai, šaldytuvai, lygintuvai, dulkių siurbliai, belaidžiai telefonai, mobilieji telefonai, elektrinės skutimosi priemonės – trumpai tariant, viskas. susijusių su elektros energijos vartojimu ar perdavimu. Galingi elektromagnetinių laukų šaltiniai yra televizijos siųstuvai, korinio telefono stočių antenos, radiolokacinės stotys, mikrobangų krosnelės ir tt O kadangi aplink mus yra nemažai tokių įrenginių, elektromagnetiniai laukai supa mus visur. Šie laukai veikia aplinką ir žmones. Tai nereiškia, kad ši įtaka visada yra neigiama. Elektriniai ir magnetiniai laukai aplink žmones egzistavo jau seniai, tačiau jų spinduliuotės galia prieš kelis dešimtmečius buvo šimtus kartų mažesnė už dabartinę.

Iki tam tikro lygio elektromagnetinė spinduliuotė gali būti nekenksminga žmonėms. Taigi medicinoje, naudojant mažo intensyvumo elektromagnetinę spinduliuotę, audiniai gyja, pašalina uždegiminius procesus, turi analgetinį poveikį. UHF aparatai malšina žarnyno ir skrandžio lygiųjų raumenų spazmus, gerina medžiagų apykaitos procesus organizmo ląstelėse, mažina kapiliarų tonusą, mažina kraujospūdį.

Tačiau stiprūs elektromagnetiniai laukai sukelia sutrikimus žmogaus širdies ir kraujagyslių, imuninės, endokrininės ir nervų sistemos darbe, gali sukelti nemigą, galvos skausmą, stresą. Pavojus yra tas, kad jų poveikis žmonėms beveik nepastebimas, o pažeidimai atsiranda palaipsniui.

Kaip apsisaugoti nuo mus supančios elektromagnetinės spinduliuotės? Visiškai to padaryti neįmanoma, todėl reikia stengtis sumažinti jo poveikį. Visų pirma, reikia sutvarkyti buitinę techniką taip, kad ji būtų toliau nuo tų vietų, kur dažniausiai būname. Pavyzdžiui, nereikia sėdėti per arti televizoriaus. Juk kuo toliau nuo elektromagnetinio lauko šaltinio, tuo jis silpnesnis. Labai dažnai prietaisą paliekame įjungtą. Bet elektromagnetinis laukas išnyksta tik atjungus įrenginį nuo elektros tinklo.

Žmogaus sveikatą veikia ir natūralūs elektromagnetiniai laukai – kosminė spinduliuotė, Žemės magnetinis laukas.

Signalus apie tolimus įvykius visada gauname tarpinės terpės pagalba.Pavyzdžiui, telefoninis ryšys vykdomas elektros laidais, kalba per atstumą perduodama naudojant ore sklindančias garso bangas.

(garsas negali sklisti beorėje erdvėje). Kadangi signalo atsiradimas visada yra materialus reiškinys, tai jo sklidimas, susijęs su energijos perdavimu iš taško į erdvės tašką, gali vykti tik materialioje aplinkoje.

Svarbiausias požymis, kad perduodant signalą dalyvauja tarpinė terpė, yra galutinis signalo sklidimo nuo šaltinio iki stebėtojo greitis, kuris priklauso nuo terpės savybių. Pavyzdžiui, garsas ore sklinda maždaug 330 m/s greičiu.

Jei gamtoje būtų reiškinių, kurių metu signalų sklidimo greitis būtų be galo didelis, ty signalas būtų akimirksniu perduotas iš vieno kūno į kitą bet kokiu atstumu tarp jų, tai reikštų, kad kūnai gali veikti vienas kitą atstumu ir nesant tarp jų materijos. Toks kūnų veikimas vienas kitam fizikoje vadinamas ilgo nuotolio veikimu. Kai kūnai veikia vienas kitą naudodami tarpinę medžiagą, jų sąveika vadinama trumpojo nuotolio. Vadinasi, trumpo nuotolio veikimu kūnas tiesiogiai veikia materialinę aplinką, o ši aplinka jau veikia kitą kūną.

Vieno kūno poveikio perdavimas kitam per tarpinę aplinką užtrunka šiek tiek laiko, nes bet kokie procesai materialioje aplinkoje perduodami iš taško į tašką ribotu ir aiškiai apibrėžtu greičiu. Trumpojo veikimo teorijos matematinį pagrindimą pateikė iškilus anglų mokslininkas D. Maksvelas (1831-1879). Kadangi signalai, kurie iš karto sklinda, gamtoje neegzistuoja, ateityje laikysimės trumpojo veikimo teorijos.

Kai kuriais atvejais signalai sklinda naudojant medžiagą, pavyzdžiui, garso sklidimas ore. Kitais atvejais medžiaga tiesiogiai nedalyvauja perduodant signalą, pavyzdžiui, šviesa iš Saulės pasiekia Žemę per beorę erdvę. Todėl materija neegzistuoja tik materijos pavidalu.

Tais atvejais, kai kūnų poveikis vienas kitam gali įvykti per beorę erdvę, šį smūgį perduodanti materiali terpė vadinama lauku. Taigi, ar materija egzistuoja materijos pavidalu ir forma? laukai. Priklausomai nuo jėgų, veikiančių tarp kūnų, laukai gali būti įvairių tipų. Laukas, kuris pagal visuotinės traukos dėsnį perduoda vieno kūno veikimą kitam, vadinamas gravitaciniu lauku. Laukas, perkeliantis vieno nejudančio elektros krūvio poveikį kitam stacionariam krūviui pagal Kulono dėsnį, vadinamas elektrostatiniu arba elektriniu lauku.

Patirtis parodė, kad elektriniai signalai beorėje erdvėje sklinda labai dideliu, bet galutiniu greičiu, kuris yra maždaug 300 000 km/s (§ 27.7). tai

įrodo, kad elektrinis laukas yra ta pati fizinė tikrovė kaip ir materija. Lauko savybių tyrimas leido per atstumą perduoti energiją naudojant lauką ir panaudoti ją žmonijos poreikiams. Pavyzdys yra radijo ryšio, televizijos, lazerių ir tt veikimas. Tačiau daugelis šios srities savybių yra menkai ištirtos arba dar nežinomos. Lauko fizikinių savybių ir lauko bei materijos sąveikos tyrimas yra viena iš svarbiausių šiuolaikinės fizikos mokslinių problemų.

Bet koks elektros krūvis erdvėje sukuria elektrinį lauką, kurio pagalba sąveikauja su kitais krūviais. Elektrinis laukas veikia tik elektros krūvius. Todėl yra tik vienas būdas aptikti tokį lauką: įvesti bandomąjį krūvį į dominančią vietą erdvėje.Jeigu šioje vietoje yra laukas, tai jį veiks elektros jėga.

Kai laukas tiriamas su bandomuoju krūviu, laikoma, kad jo buvimas neiškraipo tiriamo lauko. Tai reiškia, kad bandomojo krūvio dydis turi būti labai mažas, palyginti su krūviais, kurie sukuria lauką. Sutarėme kaip bandomąjį krūvį naudoti teigiamą krūvį.

Iš Kulono dėsnio išplaukia, kad elektros krūvių sąveikos jėgos absoliuti vertė mažėja didėjant atstumui tarp jų, bet niekada visiškai neišnyksta. Tai reiškia, kad teoriškai elektros krūvio laukas tęsiasi iki begalybės. Tačiau praktikoje manome, kad laukas egzistuoja tik ten, kur bandomąjį krūvį veikia pastebima jėga.

Taip pat atkreipkite dėmesį, kad kai krūvis juda, jo laukas juda kartu su juo. Kai krūvis pašalinamas tiek, kad elektrinė jėga praktiškai nebeveikia bandomojo krūvio jokiame erdvės taške, sakome, kad laukas išnyko, nors realiai jis persikėlė į kitus erdvės taškus.