Elektrivälja omadusi ja omadusi uurivad peaaegu kõik tehnikaspetsialistid. Kuid ülikoolikursus on sageli kirjutatud keerulises ja arusaamatus keeles. Seetõttu kirjeldatakse artikli raames elektriväljade omadusi ligipääsetaval viisil, et igaüks saaks neist aru. Lisaks pöörame erilist tähelepanu omavahel seotud mõistetele (superpositsioon) ja selle füüsikavaldkonna arendamise võimalustele.
Üldine teave
Kaasaegsete kontseptsioonide kohaselt ei toimi elektrilaengud üksteisega otseselt. Sellest ilmneb huvitav omadus. Seega on igal laetud kehal ümbritsevas ruumis oma elektriväli. See mõjutab teisi üksusi. Elektriväljade karakteristikud pakuvad meile huvi, kuna need näitavad välja mõju elektrilaengutele ja jõuga, millega see toime tekib. Millise järelduse saab sellest teha? Laetud kehadel puudub vastastikune otsene mõju. Selleks kasutatakse elektrivälju. Kuidas saab neid uurida? Selleks võite kasutada testlaengut - väikest punktosakeste kiirt, mida poleavaldab olulist mõju olemasolevale struktuurile. Millised on siis elektrivälja omadused? Neid on kolm: pinge, pinge ja potentsiaal. Igal neist on oma omadused ja osakeste mõjusfäärid.
Elektriväli: mis see on?
Kuid enne artikli põhiteema juurde asumist peab teil olema teatud hulk teadmisi. Kui need on, võib selle osa julgelt vahele jätta. Kõigepe alt käsitleme elektrivälja olemasolu põhjuse küsimust. Selleks, et see oleks, on vaja tasu. Veelgi enam, selle ruumi omadused, milles laetud keha asub, peavad erinema nendest, kus seda pole. Siin on selline funktsioon: kui laeng asetatakse teatud koordinaatsüsteemi, siis muutused ei toimu koheselt, vaid ainult teatud kiirusel. Nad levivad nagu lained läbi ruumi. Sellega kaasneb mehaaniliste jõudude ilmnemine, mis mõjutavad selle koordinaatsüsteemi teisi kandjaid. Ja siit jõuame peamise juurde! Tekkivad jõud ei ole otsese mõju, vaid kvalitatiivselt muutunud keskkonna kaudu toimuva interaktsiooni tulemus. Ruumi, milles sellised muutused toimuvad, nimetatakse elektriväljaks.
Funktsioonid
Elektriväljas paiknev laeng liigub sellele mõjuva jõu suunas. Kas on võimalik saavutada puhkeseisundit? Jah, see on päris reaalne. Kuid selleks peavad elektrivälja tugevust mõned tasakaalustamamuu mõju. Niipea kui tasakaalutus tekib, hakkab laeng uuesti liikuma. Suund sõltub sel juhul suuremast jõust. Kuigi kui neid on palju, saab lõpptulemuseks midagi tasakaalukat ja universaalset. Et paremini ette kujutada, millega peate töötama, on kujutatud jõujooned. Nende suunad vastavad mõjuvatele jõududele. Tuleb märkida, et jõujoontel on nii algus kui ka lõpp. Teisisõnu, nad ei sulgu endasse. Need algavad positiivselt laetud kehadel ja lõpevad negatiivsetel. See pole veel kõik, lähem alt jõujoontest, nende teoreetilisest taustast ja praktilisest rakendamisest räägime tekstis veidi edasi ja käsitleme neid koos Coulombi seadusega.
Elektrivälja tugevus
Seda karakteristikut kasutatakse elektrivälja kvantifitseerimiseks. Seda on üsna raske mõista. See elektrivälja tunnus (tugevus) on füüsikaline suurus, mis on võrdne teatud ruumipunktis paikneva positiivse testlaengu mõjujõu ja selle väärtuse suhtega. Siin on üks eriline aspekt. See füüsikaline suurus on vektor. Selle suund langeb kokku positiivsele katselaengule mõjuva jõu suunaga. Samuti peaksite vastama ühele väga levinud küsimusele ja märkima, et elektrivälja tugevust iseloomustab just intensiivsus. Ja mis saab liikumatutest ja muutumatutest subjektidest? Nende elektrivälja peetakse elektrostaatiliseks. Punktlaenguga töötades jahuvi pinge uurimise vastu pakuvad jõujooned ja Coulombi seadus. Millised funktsioonid siin on?
Coulombi seadus ja jõujooned
Elektriväljale iseloomulik jõud toimib sel juhul ainult punktlaengu puhul, mis asub sellest teatud raadiuse kaugusel. Ja kui me võtame selle väärtuse modulo, siis on meil Coulombi väli. Selles sõltub vektori suund otseselt laengu märgist. Seega, kui see on positiivne, siis väli "liigub" mööda raadiust. Vastupidises olukorras suunatakse vektor otse laengule endale. Visuaalseks arusaamiseks, mis ja kuidas toimub, võite leida ja tutvuda joonistega, mis näitavad jõujooni. Elektrivälja põhiomadused õpikutes, kuigi üsna raske seletada, kuid joonised, neile tuleks anda oma, need on kvaliteetsed. Tõsi, raamatute sellist omadust tuleks tähele panna: jõujoonte jooniste koostamisel on nende tihedus võrdeline pingevektori mooduliga. See on väike vihje, mis võib teadmiste kontrolli või eksami puhul suureks abiks olla.
Potentsiaalne
Laeng liigub alati, kui jõudude tasakaal puudub. See ütleb meile, et antud juhul on elektriväljal potentsiaalne energia. Teisisõnu, see võib natuke tööd teha. Vaatame väikest näidet. Elektriväli on punktist laengu liigutanudJa B-s. Selle tulemusena väheneb välja potentsiaalne energia. See juhtub, sest töö on tehtud. See elektrivälja võimsuskarakteristik ei muutu, kui liikumine toimub välise mõju all. Sel juhul potentsiaalne energia ei vähene, vaid suureneb. Pealegi muutub see elektrivälja füüsikaline omadus otseselt proportsionaalselt rakendatud välisjõuga, mis liigutas laengut elektriväljas. Tuleb märkida, et sel juhul kulub kogu tehtud töö potentsiaalse energia suurendamisele. Teema mõistmiseks võtame järgmise näite. Seega on meil positiivne laeng. See asub väljaspool vaadeldavat elektrivälja. Tänu sellele on mõju nii väike, et seda võib ignoreerida. Tekib väline jõud, mis toob elektrivälja laengu. Ta teeb liikumiseks vajalikku tööd. Sel juhul ületatakse välja jõud. Seega tekib aktsioonipotentsiaal, kuid juba elektriväljas endas. Tuleb märkida, et see võib olla heterogeenne näitaja. Seega nimetatakse energiat, mis on seotud iga konkreetse positiivse laengu ühikuga, välja potentsiaaliks sellel hetkel. See on arvuliselt võrdne tööga, mida välisjõud tegi subjekti viimiseks antud kohta. Väljapotentsiaali mõõdetakse voltides.
Pinge
Igas elektriväljas saate jälgida, kuidas positiivsed laengud "migreerivad" suure potentsiaaliga punktidest nendesse, millel on selle parameetri madalad väärtused. Negatiivsed järgivad seda teed vastupidises suunas. Kuid mõlemal juhul juhtub see ainult potentsiaalse energia olemasolu tõttu. Pinge arvutatakse selle järgi. Selleks on vaja teada väärtust, mille võrra on välja potentsiaalne energia muutunud väiksemaks. Pinge on arvuliselt võrdne tööga, mis tehti positiivse laengu ülekandmiseks kahe konkreetse punkti vahel. Sellest on näha huvitav kirjavahetus. Seega on pinge ja potentsiaalide erinevus antud juhul sama füüsiline üksus.
Elektriväljade superpositsioon
Niisiis, oleme käsitlenud elektrivälja põhiomadusi. Kuid teema paremaks mõistmiseks soovitame lisaks kaaluda mitmeid parameetreid, mis võivad olla olulised. Ja alustame elektriväljade superpositsiooniga. Varem käsitlesime olukordi, kus oli ainult üks konkreetne laeng. Aga põldudel on neid palju! Seetõttu kujutagem reaalsuslähedast olukorda arvestades ette, et meil on mitu süüdistust. Siis selgub, et katsealusele mõjuvad jõud, mis järgivad vektorite liitmise reeglit. Samuti ütleb superpositsiooni põhimõte, et keeruka liigutuse saab jagada kaheks või enamaks lihtsaks. Ilma superpositsiooni arvestamata on võimatu välja töötada realistlikku liikumismudelit. Teisisõnu, osakest, mida me olemasolevates tingimustes kaalume, mõjutavad erinevad laengud, millest igaühel on omaelektriväli.
Kasuta
Tuleb märkida, et praegu ei kasutata elektrivälja võimalusi täiel määral ära. Isegi õigem oleks öelda, et selle potentsiaali me peaaegu ei kasuta. Elektrivälja võimaluste praktilise teostusena võib nimetada Chiževski lühtrit. Varem, eelmise sajandi keskel, hakkas inimkond kosmost uurima. Kuid teadlastel oli palju lahendamata küsimusi. Üks neist on õhk ja selle kahjulikud komponendid. Nõukogude teadlane Chizhevsky, keda samal ajal huvitas elektriväljale iseloomulik energia, asus selle probleemi lahendamisele. Ja tuleb märkida, et ta sai tõesti hea arengu. See seade põhines väikeste heitmete tõttu aeroioonsete õhuvoolude tekitamise tehnikal. Kuid artikli raames huvitab meid mitte niivõrd seade ise, kuivõrd selle tööpõhimõte. Fakt on see, et Chizhevsky lühtri tööks ei kasutatud mitte statsionaarset toiteallikat, vaid elektrivälja! Energia koondamiseks kasutati spetsiaalseid kondensaatoreid. Keskkonna elektriväljale iseloomulik energia mõjutas oluliselt seadme edukust. See tähendab, et see seade töötati välja spetsiaalselt kosmoselaevade jaoks, mis on sõna otseses mõttes elektroonikat täis. Selle toiteallikaks olid teiste pideva toiteallikaga ühendatud seadmete tegevuse tulemused. Tuleb märkida, et suunast ei loobutud ning praegu uuritakse võimalust elektriväljast energiat võtta. Tõde,Tuleb märkida, et olulisi edusamme pole veel saavutatud. Samuti tuleb märkida käimasolevate uuringute suhteliselt väikest ulatust ja tõsiasja, et enamiku neist viivad läbi vabatahtlikud leiutajad.
Millised on mõjutatud elektriväljade omadused?
Miks neid uurida? Nagu varem mainitud, on elektrivälja omadused tugevus, pinge ja potentsiaal. Tavalise inimese elus ei saa need parameetrid märkimisväärse mõjuga kiidelda. Aga kui tekivad küsimused, et peaks midagi suurt ja keerulist ette võtma, siis nendega arvestamata jätmine on luksus. Fakt on see, et elektroonikaväljade liigne arv (või nende liigne tugevus) põhjustab häireid seadmete signaalide edastamisel. See toob kaasa edastatava teabe moonutamise. Tuleb märkida, et see pole ainus seda tüüpi probleem. Lisaks tehnika valgele mürale võivad inimorganismi talitlust negatiivselt mõjutada ka ülemäära tugevad elektroonilised väljad. Tuleb märkida, et ruumi väikest ioniseerimist peetakse endiselt õnnistuseks, kuna see aitab kaasa tolmu sadestumisele inimese eluruumi pindadele. Aga kui vaadata, kui palju kõikvõimalikke seadmeid (külmikuid, telereid, boilereid, telefone, elektrisüsteeme ja nii edasi) meie kodudes on, siis võime järeldada, et paraku pole see meie tervisele hea. Tuleb märkida, et elektriväljade madalad omadused ei tee meile peaaegu mingit kahju, sest kuniInimkond on kosmilise kiirgusega juba ammu harjunud. Aga elektroonika kohta on raske öelda. Loomulikult ei saa sellest kõigest keelduda, kuid elektriväljade negatiivset mõju inimkehale on võimalik eduk alt minimeerida. Selleks, muide, piisab tehnoloogia energiasäästliku kasutamise põhimõtete rakendamisest, mis näevad ette mehhanismide tööaja minimeerimise.
Järeldus
Uurisime, milline füüsikaline suurus on elektrivälja tunnuseks, kus mida kasutatakse, milline on arenduste potentsiaal ja nende rakendamine igapäevaelus. Kuid siiski tahaksin lisada paar viimast sõna selle teema kohta. Olgu öeldud, et nende vastu tundis huvi päris suur hulk inimesi. Ajaloo ühe nähtavama jälje jättis kuulus Serbia leiutaja Nikola Tesla. Sellega õnnestus tal saavutada oma plaanide elluviimisel märkimisväärset edu, kuid paraku mitte energiatõhususe osas. Seega, kui on soov selles suunas töötada, on palju avastamata võimalusi.
