Elektrostatisch veld. Elektrostatisch veld Elektromagnetisch veld om ons heen

Het elektrische veld is, volgens elementaire fysische concepten, niets meer dan een speciaal soort materiële omgeving die ontstaat rond geladen lichamen en de organisatie van interactie tussen dergelijke lichamen beïnvloedt met een bepaalde eindsnelheid en in een strikt beperkte ruimte.

Het is al lang bewezen dat een elektrisch veld kan ontstaan ​​in zowel onbeweeglijke als in bewegende lichamen. Het belangrijkste teken van deze aanwezigheid is het effect op

Een van de belangrijkste kwantitatieve is het concept van "veldsterkte". In numerieke termen betekent deze term de verhouding van de kracht die op een testlading inwerkt, rechtstreeks tot de kwantitatieve uitdrukking van deze lading.

Het feit dat de lading een test is, betekent dat deze zelf geen enkele rol speelt bij het creëren van dit veld, en de waarde ervan is zo klein dat het niet leidt tot enige vervorming van de initiële gegevens. De veldsterkte wordt gemeten in V/m, wat conventioneel gelijk is aan N/C.

De beroemde Engelse onderzoeker M. Faraday introduceerde de methode van grafische weergave van een elektrisch veld in wetenschappelijke circulatie. Naar zijn mening moet dit speciale type materie in de tekening worden weergegeven in de vorm van ononderbroken lijnen. Vervolgens werden ze "lijnen van elektrische veldintensiteit" genoemd en hun richting, gebaseerd op de fundamentele natuurwetten, valt samen met de richting van de spanning.

Krachtlijnen zijn nodig om kwaliteitskenmerken van spanning als dichtheid of dichtheid te tonen. In dit geval hangt de dichtheid van spanningslijnen af ​​van hun aantal per oppervlakte-eenheid. Het gemaakte beeld van de krachtlijnen stelt u in staat om de kwantitatieve uitdrukking van de veldsterkte in de afzonderlijke secties te bepalen en om erachter te komen hoe deze verandert.

Het elektrische veld van diëlektrica heeft behoorlijk interessante eigenschappen. Zoals u weet, zijn diëlektrica stoffen waarin praktisch geen vrij geladen deeltjes zijn, daarom zijn ze niet in staat om te geleiden. Dergelijke stoffen moeten in de eerste plaats alle gassen, keramiek, porselein, gedestilleerd water, mica omvatten , enzovoort.

Om de veldsterkte in een diëlektricum te bepalen, moet er een elektrisch veld doorheen worden geleid. Onder zijn actie beginnen de gebonden ladingen in het diëlektricum te verschuiven, maar ze kunnen de grenzen van hun moleculen niet verlaten. De richting van de verplaatsing houdt in dat positief geladen degenen worden verplaatst langs de richting van het elektrische veld, en negatief geladen degenen worden verplaatst tegen. Als gevolg van deze manipulaties ontstaat er een nieuw elektrisch veld in het diëlektricum, waarvan de richting direct tegengesteld is aan het externe veld. Dit interne veld verzwakt het externe veld merkbaar, daarom neemt de intensiteit van het laatste af.

De veldsterkte is de belangrijkste kwantitatieve eigenschap ervan, die recht evenredig is met de sterkte waarmee dit speciale type materie inwerkt op een externe elektrische lading. Ondanks het feit dat het onmogelijk is om deze waarde te zien, kun je met behulp van de tekening van de krachtlijnen een idee krijgen van de dichtheid en richting in de ruimte.

De werking van sommige geladen lichamen op andere geladen lichamen wordt uitgevoerd zonder hun direct contact, door middel van een elektrisch veld.

Het elektrische veld is materieel. Het bestaat onafhankelijk van ons en onze kennis erover.

Een elektrisch veld wordt gecreëerd door elektrische ladingen en wordt gedetecteerd met behulp van elektrische ladingen door de werking van een bepaalde kracht erop.

Het elektrische veld plant zich voort met een eindsnelheid van 300.000 km/s in vacuüm.

Aangezien een van de belangrijkste eigenschappen van een elektrisch veld zijn effect op geladen deeltjes met een bepaalde sterkte is, is het, om kwantitatieve eigenschappen van het veld te introduceren, noodzakelijk om een ​​klein lichaam met een lading q (testlading) aan de onderzocht punt in de ruimte. Er zal een kracht op dit lichaam werken vanaf de zijkant van het veld

Als u de waarde van de testlading bijvoorbeeld twee keer verandert, verandert de kracht die erop werkt ook twee keer.

Wanneer de waarde van de testlading n keer verandert, verandert de kracht die op de lading werkt ook met n keer.

De verhouding van de kracht die werkt op een testlading geplaatst op een bepaald punt van het veld tot de waarde van deze lading is een constante waarde en hangt niet af van deze kracht, of van de grootte van de lading, of van het feit of er enige lading. Deze verhouding wordt aangeduid met een letter en wordt genomen als de sterktekarakteristiek van het elektrische veld. De overeenkomstige fysieke hoeveelheid wordt genoemd elektrische veldsterkte .

Spanning laat zien welke kracht werkt vanaf de zijkant van het elektrische veld op een eenheidslading die op een bepaald punt van het veld is geplaatst.

Om de eenheid van spanning te vinden, is het noodzakelijk om de eenheden van kracht - 1 N en lading - 1 C te vervangen door de heersende spanningsvergelijking. We krijgen: [E] = 1 N / 1 Cl = 1 N / Cl.

Voor de duidelijkheid zijn elektrische velden in de tekeningen weergegeven met krachtlijnen.

Een elektrisch veld kan het werk doen om een ​​lading van het ene punt naar het andere te verplaatsen. Vandaar, een lading die op een bepaald punt van het veld wordt geplaatst, heeft een reserve aan potentiële energie.

De energiekarakteristieken van het veld kunnen op dezelfde manier worden ingevoerd als het invoeren van de krachtkarakteristiek.

Wanneer de waarde van de testlading verandert, verandert niet alleen de kracht die erop werkt, maar ook de potentiële energie van deze lading. De verhouding tussen de energie van de testlading die zich op een bepaald punt van het veld bevindt en de waarde van deze lading is een constante waarde en is niet afhankelijk van de energie of de lading.

Om een ​​potentiaal-eenheid te verkrijgen, is het noodzakelijk om energie-eenheden - 1 J en een lading - 1 C te vervangen door de heersende potentiaalvergelijking. We krijgen: [φ] = 1 J / 1 C = 1 V.

Dit toestel heeft een eigen naam van 1 volt.

De potentiaal van het veld van een puntlading is recht evenredig met de grootte van de lading die het veld creëert en is omgekeerd evenredig met de afstand van de lading tot een bepaald punt van het veld:

Elektrische velden in de tekeningen kunnen ook worden weergegeven met oppervlakken van gelijke potentiaal, genaamd equipotentiaaloppervlakken .

Wanneer een elektrische lading van een punt met één potentiaal naar een punt met een andere potentiaal beweegt, is er werk aan de winkel.

Een fysieke hoeveelheid gelijk aan de verhouding van de arbeid van het verplaatsen van een lading van het ene punt van het veld naar het andere, tot de waarde van deze lading, wordt genoemd elektrische spanning :

De spanning geeft aan wat de arbeid van het elektrische veld is als een lading van 1 C van het ene punt van het veld naar het andere wordt verplaatst.

De eenheid van spanning en potentiaal is 1 V.

De spanning tussen twee punten van het veld die zich op een afstand d van elkaar bevinden, is gerelateerd aan de veldsterkte:

In een uniform elektrisch veld hangt het werk van het verplaatsen van een lading van het ene punt van het veld naar het andere niet af van de vorm van het traject en wordt het alleen bepaald door de grootte van de lading en het potentiaalverschil tussen de punten van het veld.

LESTYPE: Les in het leren van nieuw materiaal.

LESDOELSTELLINGEN:

Leerzaam:

1. Een van de basisconcepten van de elektrodynamica vormen - een elektrisch veld.
2. Een idee vormen van materie in twee vormen: materie en veld.
3. Laat zien hoe je een elektrisch veld kunt detecteren.

Ontwikkelen:

1. Om het vermogen van studenten te ontwikkelen om te analyseren, te vergelijken, essentiële kenmerken te benadrukken, conclusies te trekken.
2. Ontwikkel abstract en logisch denken van studenten.

opleiden:

1. Gebruik het voorbeeld van de strijd tussen de theorieën van korte- en lange-afstandsactie, laat de complexiteit van het cognitieproces zien.
2. Ga door met het vormen van een wereldbeeld over het voorbeeld van kennis over de structuur van materie.
3. Verdedig je standpunt om het vermogen om te bewijzen te cultiveren.

APPARATUUR:

• overhead projector;
• een apparaat voor het demonstreren van de spectra van elektrische velden;
• hoogspanningsomvormer "Ontlading";
• huidige bron;
• aansluitdraden;
• electrometer;
• bont, plexiglas stok;
• papieren cijfers;
• een stuk watten, draden;
• transformator;
• een draadspoel met een 3,5V-lamp.

Didactisch moment: rekening houden met kennis, capaciteiten, vaardigheden.

Receptie: frontaal onderzoek.

Leraar: Onthoud wat een elektrische lading is.
Student: Elektrische lading is het eigendom van lichamen om elektromagnetische interactie met elkaar uit te voeren met krachten die afnemen met toenemende afstand op dezelfde manier als de krachten van de universele zwaartekracht, maar de zwaartekracht meerdere keren overschrijden.
Docent: Is het mogelijk om te zeggen: "Een gratis lading is gevlogen."
Student: Nee. De elektrische lading bevindt zich altijd op het deeltje; gratis elektrische ladingen bestaan ​​niet.
Docent: Welke soorten elektrische ladingen ken je en hoe ze op elkaar inwerken.
Student: In de natuur zijn er deeltjes met positieve en negatieve ladingen. Twee positief geladen of twee negatief geladen deeltjes worden afgestoten, terwijl positief en negatief geladen deeltjes worden aangetrokken.
Docent: Inderdaad, de aanklachten hebben alles zoals in het leven van mensen. Twee energieke actieve mensen kunnen niet lang samen zijn, hetzelfde wordt afgestoten. Energiek en kalm kunnen goed met elkaar overweg, verschillende dingen worden aangetrokken.
Docent: In de elektrostatica kennen jij en ik de wet van Coulomb voor de interactie van ladingen. Schrijf en vorm deze wet.
Student: F = k | q1 | | q2 | / rІ (schrijft op het bord, spreekt de wet hardop uit).

De interactiekracht van twee stationaire geladen lichamen in een vacuüm is recht evenredig met het product van ladingsmoduli en omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstanden ertussen. Als ten minste één lading wordt vergroot, neemt de interactiekracht toe, als de afstand tussen de ladingen wordt vergroot, neemt de kracht af.

Didactisch moment: propedeuse van het leren van nieuwe stof.
Ontvangst: probleem situatie.

Leraar: Oké, we herinnerden ons de belangrijkste dingen die we hebben meegemaakt. Heb je je ooit afgevraagd hoe de ene lading op de andere inwerkt?

Ervaring: Ik heb een watje op de minpool van de hoogspanningsomvormer gelegd. Het krijgt een minteken. Vanaf de zijkant van de pluspool werkt een elektrische kracht op het vlies. Onder invloed van haar springt watten naar de positieve pool, krijgt een plusteken, enz.

Leraar: Hoe werkt de ene lading op de andere? Hoe worden elektrische interacties uitgevoerd? De wet van Coulomb geeft hier geen antwoord op. Probleem ... Laten we afdwalen van elektrische interacties. En hoe ga je met elkaar om, hoe trekt Anya bijvoorbeeld Katya's aandacht op zichzelf?
Student: Ik kan haar hand pakken, duwen, een briefje gooien, iemand vragen haar te bellen, schreeuwen, fluiten.
Docent: In al je acties vanuit het oogpunt van natuurkunde is er één gemeenschappelijk ding: wie heeft dit gemeenschappelijke ding opgemerkt?
Student: Interactie vindt plaats via tussenschakels (armen, schouders, noten), of via het medium (geluid plant zich voort in de lucht).
Docent: Wat is de conclusie?
Student: Voor de interactie van lichamen is een bepaald fysiek proces vereist in de ruimte tussen de interagerende lichamen.
Docent: Dus we hebben de interactie van mensen ontdekt. Maar hoe werken elektrische ladingen op elkaar in? Wat zijn de tussenschakels, het medium dat elektrische interacties uitvoert?

Didactisch moment: nieuwe stof leren.
Recepties: uitleg op basis van kennis van studenten, elementen van een dispuut, elementen van een spel, presentatie van theorie in verzen, demonstratie-experiment.
Docent: In dit opzicht is er in de natuurkunde een lang geschil geweest tussen de aanhangers van de theorieën van korte- en lange-afstandsactie. Nu zullen we aanhangers van deze theorieën worden en proberen te argumenteren ..
(Ik verdeel het klaslokaal en het bord in twee helften. Aan de rechterkant van het bord schrijf ik: "Theorie van actie op korte afstand." Hier is ook een kruiswoordpuzzel getekend, figuur 1).

(Aan de linkerkant van het bord schrijf ik: "Theorie van actie op afstand." Hier is een kruiswoordpuzzel, figuur 2).

Leraar: Dus de rechterkant van de klas - aanhangers van de theorie van actie op korte afstand. Overeenkomst?
De linkerkant - aanhangers van de actietheorie op afstand. Overeenkomst?
(Ik ga naar de rechterkant van de klas).

Leraar: Nou, laten we beginnen ruzie te maken. Ik leg de essentie uit van de theorie van actie op korte afstand, en jij helpt me, raad de woorden die op het bord staan.

Wij zijn voorstanders van close action

Tussen de lichamen moet er zijn Woensdag.
Links voor communicatie, niet leegte.
Processen in die omgeving zijn vluchtig,
Maar niet meteen. hun snelheid is eindig.
(Dan herhaal ik opnieuw, zonder pauzes, ik vraag alle aanhangers van de theorie van korteafstandsacties om de gemarkeerde woorden uit te spreken).

Docent: Geef voorbeelden om je theorie te bewijzen.
Student: 1. Geluid reist door lucht of een ander medium met een snelheid van 330 m/s.

2. Trap het rempedaal in, de remvloeistofdruk bij de eindsnelheid wordt doorgegeven aan de remblokken.
(ik ga naar de linkerkant van de klas)

Docent: Aanhangers van de handelingstheorie op afstand. Ik presenteer de essentie van de theorie van actie op een afstand, en je helpt me, raad de woorden die op het bord geschreven zijn.

Wij zijn voorstanders van actie op lange termijn
Goedkeuren: voor interactie
Er is er één nodig leegte,
En niet sommige links, woensdag.
De interactie van lichamen valt niet te ontkennen
In die leegte gebeurt onmiddellijk.

(Dan herhaal ik nogmaals, zonder pauzes, ik vraag u om de geselecteerde woorden op afstand uit te spreken voor alle aanhangers van de actietheorie)

Docent: Geef voorbeelden om je theorie te bewijzen?
Student: 1. Ik druk op de schakelaar, het licht gaat direct aan. 2. Ik elektriseer de staaf op de vacht, breng hem naar de elektrometer, de naald van de elektrometer buigt onmiddellijk af (toont een ervaring met een elektrometer).
Docent: Laten we aantekeningen maken in een notitieboekje:

Korte afstand theorie:

1. Elektrische interactie wordt uitgevoerd via het medium, tussenliggende schakels.
2. Elektrische interactie wordt met een eindige snelheid overgedragen.

Langeafstandstheorie:

1. Elektrische interactie vindt plaats via de leegte.
2. Elektrische interacties worden onmiddellijk overgedragen.

Leraar: Hoe te zijn? Wie heeft er gelijk? Om het geschil op te lossen, hebben we ...?

Klasse: Idee.

Leraar: Ja, het idee is een zeldzaam spel in het woud van woorden. / V.Hyugo /

De controverse werd voltooid door de generator van ideeën -
Engelse wetenschapper Michael Faraday.

Wat is het idee van Faraday? Ga naar pagina 102 paragraaf 38, punt 1.

Laat me je 3 minuten geven om het briljante idee van Faraday te vangen. ( De klas leest, de leraar verandert de positie van de instrumenten).

Discipel: Volgens het idee van Faraday werken elektrische ladingen niet rechtstreeks op elkaar in. Elk van hen creëert in de omringende ruimte elektrisch veld. Het veld van de ene lading werkt op een andere lading en vice versa. Naarmate de afstand tot de lading groter wordt, wordt het veld zwakker.

Leraar: Dus wie heeft gelijk: aanhangers van de theorieën van actie op lange afstand of actie op korte afstand?

Discipel: Aanhangers van de theorie van actie op korte afstand.

Leraar: En wat is de tussenschakel die elektrische interactie uitvoert?

Student: Elektrisch veld.

Leraar: Dus waarom interageert een geladen watten met een geladen bal op een afstand, herinner je je de ervaring?

Discipel: Het elektrische veld van een geladen bal werkt op een watje.

Leraar: Elektrisch veld ... Het is gemakkelijk te zeggen, maar moeilijk voor te stellen. Onze zintuigen kunnen dit veld niet zien, repareren. Dus wat is een elektrisch veld? (De formulering van de punten 1) - 4) we creëren samen, studenten maken aantekeningen in een notitieboekje).

Elektrisch veld: ( schrijven in een notitieboekje). Mondeling commentaar van de docent of leerlingen.

Leraar: Zou je een elektrisch veld willen 'zien'?

Dit is niet mogelijk met onze zintuigen. Kleine deeltjes (griesmeel) die in machineolie worden gegoten en in een sterk elektrisch veld worden geplaatst, zullen ons helpen.

Een ervaring. (Er wordt een apparaat gebruikt om de spectra van elektrische velden aan te tonen).

Ik neem een ​​cuvet met olie en griesmeel, roer het op de overheadprojector, breng de spanning van de "Ontlading" naar de elektroden. De tegenovergestelde ladingen verschenen op de elektroden. Wat zien we, hoe verklaren we dat?

Discipel: Er is een elektrisch veld rond de elektroden; het veld werkt met kracht op de korrels.

Leraar: Granen op een rij stroomkabels elektrisch veld, reflecterend zijn "foto". Waar de lijnen dichter zijn - het veld is sterker, minder vaak - zwakker. De lijnen strekken zich naar elkaar uit, wat betekent dat de velden tegenover elkaar liggen.

Het veld van de twee platen is verschillend. De veldlijnen lopen evenwijdig. Zo'n veld is op alle punten hetzelfde en heet uniform.

Ik zal een metalen ring plaatsen in het veld van twee platen, "de korrels worden niet herschikt in de ring. Wat betekent dit?

Discipel: Er is geen elektrisch veld in de metalen ring.

Didactisch moment: generalisatie; kort verslag van kennis.
Recepties: express onderzoek met behulp van signaalkaarten; gissen ervaring.

Leraar: Dus wat hebben we vandaag geleerd, wat zit er nog in ons hoofd? Laten we het controleren. Er liggen 5 kaarten van verschillende kleuren op je tafels. Ik stel een vraag, jij steekt de kaart op waarop, vanuit jouw oogpunt, het juiste antwoord is: de gekleurde kant - naar mij toe, de tekst - naar jou toe. Aan de hand van kleur kom ik er snel achter wie wat heeft geleerd. (De leraar noteert het resultaat van de uitdrukkelijke enquête).

Express onderzoek.

Vraag 1. De essentie van de theorie ligt dicht bij actie? (Rode kaart).

Vraag 2. De essentie van de handelingstheorie op afstand? (Blauwe kaart).
Vraag 3. Wat is de essentie van het idee van Faraday? (Groene kaart).
Vraag 4. Wat is een elektrisch veld? (Witte kaart).

(De vijfde kaart (oranje) komt met geen van de vragen overeen.)

Teksten van kaarten.

1. Rode kaart: lichamen interageren via tussenschakels met de finale
   snelheid.
2. Blauwe kaart: lichamen communiceren onmiddellijk door de leegte.
3. Groene kaart: elektrische interactie is te wijten aan:
   elektrisch veld.
4. Witte kaart: een soort materie die in de ruimte rond geladen lichamen bestaat. Het veld is onafhankelijk van ons, verspreidt zich met een eindige snelheid en werkt met enige kracht op de lading.

Kort gezegd: de leraar zegt hoeveel mensen uit de klas de vragen correct hebben beantwoord, noemt de juiste kleuren van de kaarten. Goed gedaan!

Docent: En nu - ervaring onder de bel.

Ervaring: Ik sluit een transformator aan op het netwerk. Ladingen bewegen in zijn wikkelingen, waaromheen, zoals u weet, een elektrisch veld wordt gecreëerd. Ik pak een spoel draad en een lamp. De spoel is niet aangesloten op het netwerk. Ik breng het naar de transformator. Waarom brandt de lamp als deze niet op het elektriciteitsnet is aangesloten?

Discipel: Rond de wikkelingen van de transformator bevindt zich een elektrisch veld, dat met kracht inwerkt op de ladingen in de spoel, de ladingen in beweging zet, stroom door de lamp vloeit, de lamp gloeit. Het veld is materieel. Het elektrische veld bestaat!

Didactisch moment: huiswerk.
Ontvangst: het schrijven van alinea's in het dagboek vanaf het bord.

§37, vragen blz. 102, §38, vragen blz. 104. (Myakishev G.Ya., Bukhovtsev B.B. Leerboek voor 10 klassen van onderwijsinstellingen. - 8e ed. - M.: Prosv., 2000).

VI FASE

Didactisch moment: samenvatten.

Ontvangst: rekening houden met de juiste antwoorden van studenten voor de les met daaropvolgende generalisatie; beoordelen.

Afwisselende elektrische en magnetische velden kunnen onder bepaalde omstandigheden elkaar opwekken. Ze vormen een elektromagnetisch veld, wat helemaal niet hun combinatie is. Dit is één geheel, waarin deze twee velden niet zonder elkaar kunnen bestaan.

uit de geschiedenis

De ervaring van de Deense wetenschapper Hans Christian Oersted, uitgevoerd in 1821, toonde aan dat een elektrische stroom een ​​magnetisch veld opwekt. Op zijn beurt kan het veranderende magnetische veld een elektrische stroom opwekken. Dit werd bewezen door de Engelse natuurkundige Michael Faraday, die in 1831 het fenomeen van elektromagnetische inductie ontdekte. Hij is ook de auteur van de term "elektromagnetisch veld".

In die tijd werd het concept van Newton's langeafstandsactie in de natuurkunde aangenomen. Men geloofde dat alle lichamen op elkaar inwerken door leegte met oneindig hoge snelheid (bijna onmiddellijk) en op elke afstand. Er werd aangenomen dat elektrische ladingen op een vergelijkbare manier op elkaar inwerken. Faraday, aan de andere kant, geloofde dat leegte niet bestaat in de natuur, en dat interactie plaatsvindt met een eindige snelheid door een bepaalde materiële omgeving. Dit medium voor elektrische ladingen is: elektromagnetisch veld... En het verspreidt zich met een snelheid gelijk aan de lichtsnelheid.

Maxwells theorie

Door de resultaten van eerdere onderzoeken te combineren, Engelse natuurkundige James Clerk Maxwell in 1864 gemaakt elektromagnetische veldtheorie... Volgens haar genereert een veranderend magnetisch veld een veranderend elektrisch veld, en een alternerend elektrisch veld een alternerend magnetisch veld. Natuurlijk wordt in het begin een van de velden gecreëerd door een bron van ladingen of stromen. Maar in de toekomst kunnen deze velden mogelijk al onafhankelijk van dergelijke bronnen bestaan, waardoor ze elkaar gaan vertonen. Dat is, elektrische en magnetische velden zijn componenten van een enkel elektromagnetisch veld... En elke verandering in een van hen veroorzaakt het verschijnen van een ander. Deze hypothese vormt de basis van Maxwells theorie. Het elektrische veld dat door het magnetische veld wordt gegenereerd, is vortex. De krachtlijnen zijn gesloten.

Deze theorie is fenomenologisch. Dit betekent dat het is gemaakt op basis van aannames en observaties en geen rekening houdt met de oorzaak van het optreden van elektrische en magnetische velden.

Elektromagnetische veldeigenschappen

Een elektromagnetisch veld is een combinatie van elektrische en magnetische velden, daarom wordt het op elk punt van zijn ruimte beschreven door twee hoofdgrootheden: de sterkte van het elektrische veld E en magnetische inductie V .

Aangezien het elektromagnetische veld het proces is waarbij een elektrisch veld in een magnetisch veld wordt omgezet, en vervolgens een magnetisch veld in een elektrisch veld, verandert de toestand ervan voortdurend. Het verspreidt zich in ruimte en tijd en vormt elektromagnetische golven. Afhankelijk van de frequentie en lengte worden deze golven onderverdeeld in: radiogolven, terahertzstraling, infraroodstraling, zichtbaar licht, ultraviolette straling, röntgen- en gammastraling.

De vectoren van de intensiteit en inductie van het elektromagnetische veld staan ​​onderling loodrecht en het vlak waarin ze liggen staat loodrecht op de voortplantingsrichting van de golven.

In de theorie van actie op lange afstand werd de voortplantingssnelheid van elektromagnetische golven als oneindig groot beschouwd. Maxwell bewees echter dat dit niet het geval was. In een stof planten elektromagnetische golven zich voort met een eindige snelheid, die afhangt van de diëlektrische en magnetische permeabiliteit van de stof. Daarom wordt de theorie van Maxwell de theorie van korteafstandsacties genoemd.

Experimenteel werd de theorie van Maxwell in 1888 bevestigd door de Duitse natuurkundige Heinrich Rudolf Hertz. Hij bewees dat elektromagnetische golven bestaan. Bovendien mat hij de voortplantingssnelheid van elektromagnetische golven in een vacuüm, wat gelijk bleek te zijn aan de lichtsnelheid.

In integrale vorm ziet deze wet er als volgt uit:

Wet van Gauss voor een magnetisch veld

De flux van magnetische inductie door een gesloten oppervlak is nul.

De fysieke betekenis van deze wet is dat er in de natuur geen magnetische ladingen zijn. De polen van een magneet zijn niet te scheiden. De magnetische veldlijnen zijn gesloten.

Inductiewet van Faraday

De verandering in magnetische inductie veroorzaakt het verschijnen van een vortex elektrisch veld.

,

Magnetisch veld circulatie stelling

Deze stelling beschrijft de bronnen van het magnetische veld, evenals de velden zelf die door hen worden gecreëerd.

Elektrische stroom en verandering in elektrische inductie genereren een vortex magnetisch veld.

,

,

E- elektrische veldsterkte;

N- Magnetische veldsterkte;

V- magnetische inductie. Dit is een vectorgrootheid die aangeeft met welke kracht een magnetisch veld inwerkt op een lading met q-waarde die beweegt met een snelheid v;

NS- elektrische inductie of elektrische verplaatsing. Het is een vectorgrootheid gelijk aan de som van de intensiteitsvector en de polarisatievector. Polarisatie wordt veroorzaakt door de verplaatsing van elektrische ladingen onder invloed van een extern elektrisch veld ten opzichte van hun positie wanneer een dergelijk veld afwezig is.

Δ - exploitant Nabla. De actie van deze operator op een specifiek veld wordt de rotor van dit veld genoemd.

Δ x E = rot E

ρ - de dichtheid van de externe elektrische lading;

J- stroomdichtheid - een waarde die de sterkte aangeeft van de stroom die door een oppervlakte-eenheid vloeit;

met- de lichtsnelheid in een vacuüm.

De studie van het elektromagnetische veld houdt zich bezig met een wetenschap genaamd elektrodynamica... Ze beschouwt de interactie met lichamen die een elektrische lading hebben. Deze interactie heet elektromagnetisch... Klassieke elektrodynamica beschrijft alleen de continue eigenschappen van het elektromagnetische veld met behulp van de vergelijkingen van Maxwell. De moderne kwantumelektrodynamica gelooft dat het elektromagnetische veld ook discrete (discontinue) eigenschappen heeft. En dergelijke elektromagnetische interactie vindt plaats met behulp van ondeelbare kwantumdeeltjes die geen massa en lading hebben. Het kwantum van het elektromagnetische veld heet foton .

Elektromagnetisch veld om ons heen

Rond elke AC-geleider wordt een elektromagnetisch veld gegenereerd. Bronnen van elektromagnetische velden zijn hoogspanningsleidingen, elektromotoren, transformatoren, elektrisch stadsvervoer, spoorvervoer, elektrische en elektronische huishoudelijke apparaten - televisies, computers, koelkasten, strijkijzers, stofzuigers, draadloze telefoons, mobiele telefoons, elektrische scheerapparaten - kortom alles verband houden met het verbruik of de transmissie van elektriciteit. Krachtige bronnen van elektromagnetische velden zijn televisiezenders, antennes voor mobiele telefoonstations, radarstations, magnetrons, enz. En aangezien er nogal wat van dergelijke apparaten om ons heen zijn, omringen elektromagnetische velden ons overal. Deze velden hebben gevolgen voor het milieu en de mens. Dat wil niet zeggen dat deze invloed altijd negatief is. Elektrische en magnetische velden bestaan ​​al heel lang rond mensen, maar de kracht van hun straling was een paar decennia geleden honderden keren lager dan de huidige.

Tot op zekere hoogte kan elektromagnetische straling onschadelijk zijn voor de mens. Dus, in de geneeskunde, met behulp van elektromagnetische straling met lage intensiteit, genezen weefsels, elimineren ontstekingsprocessen en hebben ze een analgetisch effect. UHF-apparaten verlichten spasmen van gladde spieren van de darm en maag, verbeteren metabolische processen in de cellen van het lichaam, verminderen de tonus van haarvaten en verlagen de bloeddruk.

Maar sterke elektromagnetische velden veroorzaken verstoringen in het werk van het cardiovasculaire, immuun-, endocriene en zenuwstelsel van een persoon, kunnen slapeloosheid, hoofdpijn, stress veroorzaken. Het gevaar is dat hun effect bijna onmerkbaar is voor mensen en dat schendingen geleidelijk ontstaan.

Hoe kunnen we ons beschermen tegen de elektromagnetische straling die ons omringt? Het is onmogelijk om dit volledig te doen, dus u moet proberen de impact ervan te minimaliseren. Allereerst moet u huishoudelijke apparaten zo rangschikken dat ze weg zijn van de plaatsen waar we het vaakst zijn. Je hoeft bijvoorbeeld niet te dicht bij de tv te zitten. Immers, hoe verder de afstand tot de bron van het elektromagnetische veld, hoe zwakker het wordt. Heel vaak laten we het apparaat aangesloten. Maar het elektromagnetische veld verdwijnt pas wanneer het apparaat wordt losgekoppeld van het elektriciteitsnet.

De menselijke gezondheid wordt ook beïnvloed door natuurlijke elektromagnetische velden - kosmische straling, het magnetische veld van de aarde.

We ontvangen signalen over gebeurtenissen op afstand altijd met behulp van een tussenmedium. Telefonisch wordt bijvoorbeeld via elektrische draden gecommuniceerd, spraak wordt op afstand verzonden met behulp van geluidsgolven die zich in de lucht voortplanten

(geluid kan zich niet voortplanten in een luchtloze ruimte). Aangezien het verschijnen van een signaal altijd een materieel fenomeen is, kan de voortplanting ervan, geassocieerd met de overdracht van energie van punt naar punt in de ruimte, alleen plaatsvinden in een materiële omgeving.

Het belangrijkste teken dat een intermediair medium bij de signaaloverdracht betrokken is, is de uiteindelijke snelheid van signaalvoortplanting van de bron naar de waarnemer, die afhangt van de eigenschappen van het medium. Geluid verplaatst zich bijvoorbeeld in de lucht met een snelheid van ongeveer 330 m/s.

Als er in de natuur verschijnselen zouden zijn waarbij de voortplantingssnelheid van signalen oneindig groot zou zijn, dat wil zeggen dat het signaal onmiddellijk van het ene lichaam naar het andere zou worden overgedragen op elke afstand ertussen, dan zou dit betekenen dat lichamen op elkaar kunnen inwerken op een afstand en bij afwezigheid van materie ertussen. Zo'n actie van lichamen op elkaar in de natuurkunde wordt actie op lange afstand genoemd. Wanneer lichamen op elkaar inwerken met behulp van tussenliggende materie, wordt hun interactie korte afstand genoemd. Bijgevolg heeft het lichaam met een actie op korte afstand direct invloed op de materiële omgeving, en deze omgeving beïnvloedt al een ander lichaam.

Het kost enige tijd om de impact van het ene lichaam op het andere over te brengen via de tussenliggende omgeving, aangezien alle processen in de materiële omgeving met een eindige en goed gedefinieerde snelheid van punt naar punt worden overgedragen. De wiskundige onderbouwing van de theorie van actie op korte afstand werd gegeven door de uitstekende Engelse wetenschapper D. Maxwell (1831-1879). Aangezien signalen die zich onmiddellijk voortplanten niet in de natuur bestaan, zullen we ons in de toekomst aan de theorie van korteafstandsactie houden.

In sommige gevallen vindt de voortplanting van signalen plaats met behulp van een stof, bijvoorbeeld de voortplanting van geluid in lucht. In andere gevallen is materie niet direct betrokken bij signaaloverdracht, bijvoorbeeld licht van de zon bereikt de aarde via een luchtloze ruimte. Daarom bestaat materie niet alleen in de vorm van materie.

In die gevallen waarin de impact van lichamen op elkaar kan plaatsvinden via een luchtloze ruimte, wordt het materiële medium dat deze impact doorgeeft een veld genoemd. Bestaat er dus materie in de vorm van materie en in de vorm? velden. Afhankelijk van het soort krachten dat tussen de lichamen inwerkt, kunnen de velden van verschillende typen zijn. Het veld dat de werking van het ene lichaam op het andere doorgeeft in overeenstemming met de wet van de universele zwaartekracht, wordt het zwaartekrachtsveld genoemd. Het veld dat het effect van de ene stationaire elektrische lading op een andere stationaire lading overdraagt ​​in overeenstemming met de wet van Coulomb, wordt een elektrostatisch of elektrisch veld genoemd.

De ervaring heeft geleerd dat elektrische signalen zich in een luchtloze ruimte voortplanten met een zeer hoge, maar uiteindelijke snelheid, die ongeveer 300.000 km/s is (§ 27,7). het

bewijst dat het elektrische veld dezelfde fysieke realiteit is als materie. De studie van de eigenschappen van het veld maakte het mogelijk om met behulp van het veld energie over een afstand over te dragen en te gebruiken voor de behoeften van de mensheid. Een voorbeeld is de werking van radiocommunicatie, televisie, lasers, enz. Veel eigenschappen van het veld zijn echter slecht bestudeerd of zijn nog niet bekend. De studie van de fysische eigenschappen van het veld en de interactie tussen het veld en de materie is een van de belangrijkste wetenschappelijke problemen van de moderne natuurkunde.

Elke elektrische lading creëert een elektrisch veld in de ruimte, met behulp waarvan het interageert met andere ladingen. Een elektrisch veld werkt alleen op elektrische ladingen. Daarom is er maar één manier om zo'n veld te detecteren: door een testlading in het interessante punt in de ruimte te brengen.Als er op dit punt een veld is, zal er een elektrische kracht op inwerken.

Wanneer een veld wordt onderzocht met een testlading, wordt ervan uitgegaan dat de aanwezigheid ervan het onderzochte veld niet verstoort. Dit betekent dat de grootte van de testlading erg klein moet zijn in vergelijking met de ladingen die het veld creëren. We hebben afgesproken om een ​​positieve lading als testlading te gebruiken.

Uit de wet van Coulomb volgt dat de absolute waarde van de interactiekracht van elektrische ladingen afneemt met toenemende afstand tussen hen, maar nooit helemaal verdwijnt. Dit betekent dat, theoretisch, het elektrische ladingsveld zich uitstrekt tot oneindig. In de praktijk geloven we echter dat het veld alleen bestaat waar een merkbare kracht op de testlading inwerkt.

Merk ook op dat wanneer de lading beweegt, zijn veld meebeweegt. Wanneer de lading zo ver is verwijderd dat de elektrische kracht praktisch niet meer op de testlading op enig punt in de ruimte inwerkt, zeggen we dat het veld is verdwenen, hoewel het in werkelijkheid naar andere punten in de ruimte is verplaatst.