Що таке напруженість електричного поля

Напруженість електричного поля може мати значну важливість при використанні конденсаторів, а також інших деталей для схем. Чому так? Давайте розглянемо дане поняття з точки зору фізики.

Навіщо було введено поняття напруженості електричного поля

Воно характеризує особливий вид матерії, яка існує близько будь-якого електричного заряду і проявляє себе у впливі на інші подібні частинки. Напруженість – це характеристика даного поля. Брати до уваги дане поняття необхідно з-за того, що існує вплив на електронні компоненти будь-якої схеми, яка є в будь електротехніки. А ігнорування цього аспекту машини, в яких вони є, будуть дуже швидко виходити з ладу, можливо навіть, що миттєво – при першому ж запуску. Як напруженість електричного поля розглядається сучасною наукою?

Що таке напруженість з точки зору фізики

Даного поняття було приділено багато уваги – ще б, адже від розуміння даних процесів зараз дуже сильно залежить міць нашої цивілізації. Під нею розуміють векторну величину, яку використовують, щоб охарактеризувати електричне поле в одній точці. Вона чисельно дорівнює відношенню сили, що діє на нерухомий точковий заряд, який розглядається, до його величиною: Н=З/ВЗ, де:

Н – напруженість.

З – сила.

ВЗ – величина заряду, що розглядається.

Ось як визначити напруженість електричного поля. І ось чому її можуть іноді називати його ж силовою характеристикою. Що ж виступає єдиною відмінністю? Від вектора сили, що діє на заряджену частинку, даний випадок відрізняється наявністю постійного множника. А що можна сказати про його величину?

Значення вектора в кожній точці простору

Необхідно враховувати, що дана величина змінюється разом із зміною координат. Формально всі точки векторного обсягу можна виразити таким записом: Е = Е (х, у, z, t). Вона являє напруженість електричного поля у вигляді функції просторових координат. А тепер на них необхідно накласти вектори магнітної індукції. В результаті можна отримати електромагнітне поле, яке разом зі своїми законами буде представляти предмет електродинаміки. У чому вимірюється напруженість даного об'єкта? Для цього використовують показник вольт на метр або ньютон на кулон (запис відповідно В/м чи Н/Кл).

Напруженість електричного поля в класичній електродинаміці

Вона визнана однією з основних фундаментальних величин. Порівнянними за важливістю можна назвати вектор магнітної індукції і електричний заряд. В деяких випадках таку значущість можуть набувати потенціали електромагнітного поля. Більш того, якщо з'єднати їх разом, то можна отримати значення, яке покаже можливість впливу на інші об'єкти. Воно називається електромагнітним потенціалом. Існують і інші поняття. Електричний струм, його щільність, вектор поляризації, напруженість магнітного поля – всі вони досить значимі і важливі, але вважаються лише допоміжними величинами. Давайте влаштуємо короткий огляд основних контекстів, які є в класичній електродинаміці щодо напруженості електричного поля.

Сила дії на заряджені частинки

Для вираження загального показника впливу магнітного поля використовую формулу Лоренца: З = ЕЗЧ*ВС+ЕЗЧ*Ск*^ВМІ. З – сила впливу магнітного поля на заряджену частинку. ЕЗЧ – електричний заряд однієї частинки. ВМІ – вектор магнітної індукції. Ск – швидкість руху частинки. *^ - векторний добуток. Якщо розібратися в формулі, то можна побачити, що вона повністю узгоджується з раніше даним визначенням, ніж є напруженість електричного поля. Але саме рівняння узагальнено, оскільки в нього включено дію на заряджену частинку з боку магнітного поля при русі неї. Також передбачається, що об'єкт розгляду є точковим. Формула дозволяє розраховувати сили, якими діє електромагнітне поле на тіло довільної форми, в якому довільний розподіл зарядів і струмів. Необхідно тільки розбити складний об'єкт на маленькі частини, кожна з них може вважатися точкою, і тоді до неї стає можливим застосування формули.

Що можна сказати про інші підрахунки

Інші рівняння, які застосовуються при розрахунку електромагнітних сил, вважають наслідками формули Лоренца. Також їх називають приватними випадками її застосування. Хоча для практичного застосування навіть найпростіших завданнях все ж необхідно мати ще невеликий багаж знань, про які зараз і розповімо.

Електростатика

Займається приватними випадками, коли заряджені тіла є нерухомими, або їх швидкість пересування настільки мала, що їх такими вважають. Як порахувати напруженість електричного поля в даному випадку? В цьому нам допоможе скалярний потенціал: НЕП = -?СП. НЕП – напруженість електричного поля. СП – скалярний потенціал. Вірно і зворотне. Отримане значення називається електростатичним потенціалом. Також подібний підхід спрощує рівняння Максвелла, і воно перетворюється на формулою Пуассона. Для окремого випадку областей, які вільні від заряджених частинок, використовують підрахунки за методом Лапласа. Зверніть увагу – всі рівняння лінійні, а відповідно, до них застосовується принцип суперпозиції. Для цього слід знайти поле лише одного одиничного точкового заряду. Потім слід обрахувати напруженість або потенціал поля, що створюються їх розподілом. Знаєте, як називають отриманий результат? Напевно немає. А ім'я йому - напруженість електричного поля точкового заряду.

Рівняння Максвелла

Вони разом з формулою сили Лоренца складають теоретичний фундамент класичної електродинаміки. Традиційна форма представлена. Оскільки описувати кожне з них – це довго, то мною вони будуть представлені у вигляді картинки. Вважається, що цих чотирьох рівнянь і формули сили Лоренца достатньо, щоб повністю описати класичну (тільки її, а не квантову) електродинаміку. Але що робити з практикою? Для вирішення реальних завдань може знадобитися ще рівняння, яке описує рух матеріальних частинок (в класичній механіці в їх ролі виступають закони Ньютона). Також буде потрібної інформація про конкретні властивості середовищ і фізичних тіл, що розглядаються (їх пружність, електропровідність, поляризація і подібне). Для вирішення завдань можуть застосовуватися й інші сили, що не входять в рамки електродинаміки (як то гравітація), але які бувають потрібними, щоб побудувати замкнену систему рівнянь або вирішити конкретну проблему.

Висновок

Що ж, підводячи підсумок, можна сказати, що напруженість електричного поля була розглянута досить повно, як у цілому, так і деякі окремі випадки. Даних, представлених в рамках статті, повинно вистачити, щоб розраховувати параметри для своїх майбутніх конструкцій. Про графічне зображення можна сказати, що вектори напруженості електричного поля зображуються за допомогою силових ліній, які вважаються дотичними до кожної точки. Цей спосіб опису вперше був введений Фарадеєм. На цьому про напруженість електричного поля автор закінчує і дякує вам за приділену увагу.