Напряженность эл поля: Напряженность электрического поля и его графическое изображение

Содержание

Закон Кулона. Напряженность электрического поля

Господа, всем большое приветствие! Сегодня мы рассмотрим тему взаимодействия зарядов, познакомимся с законом Кулона, узнаем, что такое напряженность электрического поля, а также научимся рисовать силовые линий. Начинаем прямо сейчас!

Господа, современная теория физики утверждает, что заряды действуют друг на друга не напрямую, а посредством электрического поля. То есть каждый зарядик вокруг себя в пространстве создает поле и посредством этого поля оказывает воздействие на другие заряды.

Что вообще такое электрическое поле? Да по сути толком этого никто не знает . Есть мнение, что это типа такой вид материи. Что оно создается электрическими зарядами. Если где-то есть электрический заряд – вокруг него по-любому будет электрическое поле. И это поле будет действовать на другие заряды. Заряды действуют друг на друга не иначе, как посредством электрического поля, которое каждый заряд и создает.

Итак, заряды действуют друг через друга не напрямую, а посредством того, что каждый из них создает вокруг себя электрическое поле. Но, наверное, должны существовать законы, может быть даже математические формулы, которые формально описывают этот процесс и позволяют вычислить силы, с которыми эти самые заряды взаимодействуют. Действительно, такой закон есть и называется он закон Кулона.

Пусть у нас есть два заряда q₁ и q₂. Формально они должны быть точечными. Тогда сила их взаимодействия в вакууме прямо пропорциональна произведению этих двух зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Вот, собственно, и весь закон Кулона. Резонный вопрос – а откуда это все взялось и почему я должен верить?! Господа, закон экспериментальный, математически он ниоткуда не выводится. Ну, т.е. уважаемый господин Кулон провел ряд экспериментов по взаимодействию зарядов на так называемых крутильных весах. И на основе обобщения опытных данных он и получил это выражение. Кто не верит – гугл в помощь. Найдете схему установки и можете повторить путь самого Кулона.

Господа, помним, что у нас там есть коэффициент k, про который пока не было сказано ни слова. Он равен

где ε₀ = 8,85⋅10^-12– электрическая постоянная.

Вполне ожидаемый вопрос – а чо так сложно-то?!

Господа, все из-за путаницы с система исчисления. Есть такая система исчисления СГСЭ – такая, где силы измеряются в динах и прочие непотребства на взгляд любителей православной системы СИ. Так вот, первоначально закон писался под эту систему и в ней-таки k=1. А при переводе в систему СИ все это безобразие и повылазило. Разделить же k на 4π и ε₀ пригодится в дальнейшем они много когда применяются по раздельности.

Еще, господа, вы, вероятно, обратили внимание, что при записи закона Кулона речь шла про вакуум? А что же будет в какой-нибудь среде? Если заряды взаимодействуют в водичке? Или в масле? Или еще где?

Господа, сила взаимодействия там будет меньше в несколько раз! А во сколько? В ε раз. Да, вводится специальный коэффициент ε, который называется диэлектрическая проницаемость среды и как раз показывает, во сколько раз сила взаимодействия зарядов в этой среде меньше, чем в вакууме. Это величина табличная. Так что, господа, если интересно – го в гугл и там найдете для вашего вещества какая у него диэлектрическая проницаемость среды.

Итак, закон Кулона для случая взаимодействия зарядов в среде будет выглядеть так:

А теперь сделаем финт ушами. Из курса механики, который, надеюсь вы помните, сила – векторная величина. А у нас пока везде фигурировали скаляры. Как перейти к векторам? Например, вот так:

Теперь все честно, у нас векторы. – радиус вектор от одного заряда к другому. Такая запись удобна тем, что позволяет вести расчет для случая взаимодействия нескольких зарядов в произвольных местах пространства. Тогда силы складываются по закону сложения векторов. Однако для простейшего случая одно r сокращается и все остается по-прежнему.

Хорошо, электрическое поле создается зарядами, это понятно. Но чем же характеризовать это самое поле? Ответ весьма очевиден с одной стороны и может быть немного неожиданный с другой. Господа, прошу вас посмотреть на формулу закона Кулона чуть-чуть под другим углом. Представим себе, что заряд q1 является источником электрического поля и в его поле мы помещаем пробный заряд q2. Изменяя заряд q2 у нас изменится и сила F (ее считаем по закону Кулона), с которой на него действует заряд q1. Отношение же этой силы к пробному заряду q2 все время постоянно. И может быть использовано как характеристика поля заряда

q1. Это напряженность электрического поля.

Да, это так же векторная величина. Потому что сила – векторная величина. Однако во многих простых случаях все легко сводится к скалярам по принципам, описанным выше.

Господа, из написанной формулы видно, что напряженность электрического поля зависит от заряда, который его создает и от расстояния до источника заряда. Ну, то есть чем больше заряд и чем мы ближе к нему, тем напряженность поля больше.

Зная напряженность электрического поля легко определить, с какой силой поле действует на заряд, помещенный в это поле:

Если же у нас несколько полей в пространстве, то аналогично тому, как складываются силы, будут складываться и напряженности поля:

Так уж повелось, что человек гораздо лучше воспринимает материал, если ему нарисовать красивую картинку. Я так вообще на слух, без рисунков вообще очень плохо суть улавливаю. Так же и с полем. Мы говорили типа это особая форма материи и все такое. А теперь, оказывается, мы можем нарисовать поле! Ну, это, конечно, очень смелое выражение. На деле мы будем графически характеризовать поле с помощью так называемых силовых линий.

Господа, внимание. Немного выносящее мозг определение. Силовые линии – это такие линий, касательные к которым везде совпадают с пектором напряженности. Ну то есть надо нарисовать такую линию, что бы вектор напряженности был к ней касательным к каждой точке поля.

Силовые линии имеют направление. Они идут от плюса к минусу. Кроме того, силовые линии никогда не пересекаются друг с другом.

Привожу примеры рисунков, на вырисовывание которых я убил пару часов! Все для вас, господа!

На рисунке 1 приведены силовые линии одиночного положительного заряда. Они исходят от него и идут далеко-далеко в окружающее пространство. С ростом расстояния число линий на квадратный метр становится все меньше и меньше, линии идут более

разреженно. Это эквивалентно уменьшению напряженности поля. То же самое подтверждает и формулка.

Рисунок 1 – Силовые линии положительного заряда

На рисунке 2 приведена картина силовых линий двух зарядов одного знака. В нашем примере для отрицательных. Например, двух электронов. Силовых линий нет между зарядами, они отталкивают друг друга.

Рисунок 2 – Силовые линии двух отрицательных зарядов друг рядом с другом

На рисунке 3 приведена картина напряженности поля для двух зарядов разных знаков.

Силовые линии густо сосредоточены между ними – там высокая интенсивность поля.

Рисунок 3 – Силовые линии положительного и отрицательного зарядов.

Итак, силовые линии – отличный инструмент для лучшего понимания поля.

Господа, сегодня мы определили как взаимодействуют между собой электрические заряды, познакомились с законом Кулона, узнали про напряженность электрического поля и порисовали силовые линии. Думаю, вполне достаточно. Всем пока и огромных успехов!

Вступайте в нашу группу Вконтакте

Вопросы и предложения админу: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

XXIV. Охрана труда при работах в зоне влияния электрического и магнитного полей / КонсультантПлюс

XXIV. Охрана труда при работах в зоне влияния

электрического и магнитного полей

24.1. В ОРУ и на ВЛ напряжением 330 кВ и выше должна быть обеспечена защита работающих от биологически активного электрического поля, способного оказывать отрицательное воздействие на организм человека и вызывать появление электрических разрядов при прикосновении к заземленным или изолированным от земли электропроводящим объектам.

24.2. В электроустановках всех напряжений должна быть обеспечена защита работающих от биологически активного магнитного поля, способного оказывать отрицательное воздействие на организм человека.

24.3. Биологически активными являются электрическое и магнитное поля, напряженность которых превышает допустимое значение.

24.4. Предельно допустимый уровень напряженности воздействующего электрического поля (ЭП) составляет 25 кВ/м. Пребывание в ЭП с уровнем напряженности, превышающим 25 кВ/м, без применения индивидуальных средств защиты не разрешается.

При уровнях напряженности ЭП свыше 20 до 25 кВ/м время пребывания персонала в ЭП не должно превышать 10 мин.

При уровне напряженности ЭП свыше 5 до 20 кВ/м допустимое время пребывания персонала рассчитывается по формуле:

T = 50 / E — 2,

где:

E — уровень напряженности воздействующего ЭП, кВ/м;

T — допустимое время пребывания персонала, час.

При уровне напряженности ЭП, не превышающем 5 кВ/м, пребывание персонала в ЭП разрешается в течение всего рабочего дня (8 ч).

Допустимое время пребывания в электрическом поле имеет право быть реализовано одноразово или по частям в течение рабочего дня. В остальное рабочее время необходимо использовать средства защиты от электромагнитного поля или находиться в ЭП напряженностью до 5 кВ/м.

24.5. Допустимая напряженность (H) или индукция (B) магнитного поля для условий общего (на все тело) и локального (на конечности) воздействия в зависимости от продолжительности пребывания в магнитном поле определяется в соответствии с таблицей N 3.

Открыть полный текст документа

Напряженность электрического поля, электрическое поле, электрический потенциал и напряжение

Напряженность электрического поля. Физическая природа электрического поля и его графическое изображение. В пространстве вокруг электрически заряженного тела существует электрическое поле, представляющее собой один из видов материи. Электрическое поле обладает запасом электрической энергии, которая проявляется в виде электрических сил, действующих на находящиеся в поле заряженные тела.

Рис. 4. Простейшие электрические поля: а – одиночных положительного и отрицательного зарядов; б – двух разноименных зарядов; в – двух одноименных зарядов; г – двух параллельных и разноименно заряженныx пластин (однородное поле)

Электрическое поле условно изображают в виде электрических силовых линий, которые показывают направления действия электрических сил, создаваемых полем. Принято направлять силовые линии в ту сторону, в которую двигалась бы в электрическом поле положительно заряженная частица. Как показано на рис. 4, электрические силовые линии расходятся в разные стороны от положительно заряженных тел и сходятся у тел, обладающих отрицательным зарядом. Поле, созданное двумя плоскими разноименно заряженными параллельными пластинами (рис. 4, г), называется однородным .

Электрическое поле можно сделать видимым, если поместить в него взвешенные в жидком масле частички гипса: они поворачиваются вдоль поля, располагаясь по его силовым линиям (рис. 5).

Напряженность электрического поля. Электрическое поле действует на внесенный в него заряд q (рис. 6) с некоторой силой F. Следовательно, об интенсивности электрического поля можно судить по значению силы, с которой притягивается или отталкивается некоторый электрический заряд, принятый за единицу. В электротехнике интенсивность поля характеризуют напряженностью электрического поля Е. Под напряженностью понимают отношение силы F, действующей на заряженное тело в данной точке поля, к заряду q этого тела:

E = F / q (1)

Рис. 5. Картина распределения силовых линий электрического поля: а – заряженный шар; б – разноименно заряженные шары; в – разноименно заряженные параллельные пластины

Поле с большой напряженностью Е изображается графически силовыми линиями большой густоты; поле с малой напряженностью — редко расположенными силовыми линиями. По мере удаления от заряженного тела силовые линии электрического поля располагаются реже, т. е. напряженность поля уменьшается (см. рис. 4 а,б и в). Только в однородном электрическом поле (см. рис. 4, г) напряженность одинакова во всех его точках.

Рис. 6. Схема действия электрического поля на внесенный в него электрический заряд q

Электрический потенциал. Электрическое поле обладает определенным запасом энергии, т. е. способностью совершать работу. Как известно, энергию можно также накопить в пружине, для чего ее нужно сжать или растянуть. За счет этой энергии можно получить определенную работу. Если освободить один из концов пружины, то он сможет переместить на некоторое расстояние связанное с этим концом тело. Точно так же энергия электрического поля может быть реализована, если внести в него какой-либо заряд. Под действием сил поля этот заряд будет перемещаться по направлению силовых линий, совершая определенную работу.

Для характеристики энергии, запасенной в каждой точке электрического поля, введено специальное понятие — электрический потенциал. Электрический потенциал ? поля в данной точке равен работе, которую могут совершить силы этого поля при перемещении единицы положительного заряда из этой точки за пределы поля.

Понятие электрического потенциала аналогично понятию уровня для различных точек земной поверхности. Очевидно, что для подъема локомотива в точку Б (рис. 7) нужно затратить большую работу, чем для подъема его в точку А. Поэтому локомотив, поднятый на уровень Н2, при спуске сможет совершить большую работу, чем локомотив, поднятый на уровень Н2 За нулевой уровень, от которого производится отсчет высоты, принимают обычно уровень моря.

Рис. 7. Разность уровней в поле земного тяготения

Точно так же за нулевой потенциал условно принимают потенциал, который имеет поверхность земли.

Электрическое напряжение. Различные точки электрического поля обладают разными потенциалами. Обычно нас мало интересует абсолютная величина потенциалов отдельных точек электрического поля, но нам весьма важно знать разность потенциалов ?1—?2 между двумя точками поля А и Б (рис. 8). Разность потенциалов ?1 и ?2 двух точек поля характеризует собой работу, затрачиваемую силами поля на перемещение единичного заряда из одной точки поля с большим потенциалом в другую точку с меньшим потенциалом.

Рис. 8. Разность потенциалов U между точками А и Б электрического поля определяет работу, которая затрачивается на перемещение заряда q между этими точками

Точно так же нас на практике мало интересуют абсолютные высоты Н1 и Н2 точек А и Б над уровнем моря (см. рис. 7), но для нас важно знать разность уровней. И между этими точками, так как на подъем локомотива из точки А в точку Б надо затратить работу, зависящую от величины Я. Разность потенциалов между двумя точками поля носит название электрического напряжения. Электрическое напряжение обозначают буквой U (и). Оно численно равно отношению работы W, которую нужно затратить на перемещение положительного заряда q из одной точки поля в другую, к этому заряду, т. е.

U = W / q (2)

Следовательно, напряжение U, действующее между различными точками электрического поля, характеризует запасенную в этом поле энергию, которая может быть отдана путем перемещения между этими точками электрических зарядов.

Электрическое напряжение — важнейшая электрическая величина, позволяющая вычислять работу и мощность, развиваемую при перемещении зарядов в электрическом поле. Единицей электрического напряжения служит вольт (В). В технике напряжение иногда измеряют в тысячных долях вольта — милливольтах (мВ) и миллионных долях вольта — микровольтах (мкВ). Для измерения высоких напряжений пользуются более крупными единицами — киловольтами (кВ) — тысячами вольт.

Напряженность электрического поля при однородном поле представляет собой отношение электрического напряжения, действующего между двумя точками поля, к расстоянию l между этими точками:

E = U / l (3)

Напряженность электрического поля измеряют в вольтах на метр (В/м). При напряженности поля в 1 В/м на заряд в 1 Кл действует сила, равная 1 ньютону (1 Н). В некоторых случаях применяют более крупные единицы измерения напряженности поля В/см (100 В/м) и В/мм (1000 В/м).

Напряжённость электрического поля.

Силовые линии

Напряжённость электрического поля. Силовые линии

Подробности: Просмотров: 491

«Физика — 10 класс»

Что является посредником, осуществляющим взаимодействие зарядов?
Как определить, какое из двух полей более сильное? Предложите пути сравнения полей.

Напряжённость электрического поля.

Электрическое поле обнаруживается по силам, действующим на заряд. Можно утверждать, что мы знаем о поле всё, что нам нужно, если будем знать силу, действующую на любой заряд в любой точке поля. Поэтому надо ввести такую характеристику поля, знание которой позволит определить эту силу.

Если поочерёдно помещать в одну и ту же точку поля небольшие заряженные тела и измерять силы, то обнаружится, что сила, действующая на заряд со стороны поля, прямо пропорциональна этому заряду. Действительно, пусть поле создаётся точечным зарядом q₁. Согласно закону Кулона (14.2) на точечный заряд q действует сила, пропорциональная заряду q. Поэтому отношение силы, действующей на помещаемый в данную точку поля заряд, к этому заряду для каждой точки поля не зависит от заряда и может рассматриваться как характеристика поля.

Отношение силы, действующей на помещаемый в данную точку поля точечный заряд, к этому заряду, называется напряжённостью электрического поля.

Подобно силе, напряжённость поля — векторная величина; её обозначают буквой :

Отсюда сила, действующая на заряд q со стороны электрического поля, равна:

=q. (14.8)

Направление вектора совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд, и противоположно направлению силы, действующей на отрицательный заряд.

Единица напряжённости в СИ — Н/Кл.

Силовые линии электрического поля.

Электрическое поле не действует на органы чувств. Его мы не видим. Однако мы можем получить некоторое представление о распределении поля, если нарисуем векторы напряжённости поля в нескольких точках пространства (рис. 14.9, а). Картина будет более наглядной, если нарисовать непрерывные линии.

Линии, касательная в каждой точке которых совпадает с вектором напряжённости электрического поля, называют силовыми линиями или линиями напряжённости поля (рис. 14.9, б).

Направление силовых линий позволяет определить направление вектора напряжённости в различных точках поля, а густота (число линий на единицу площади) силовых линий показывает, где напряжённость поля больше. Так, на рисунках 14.10—14.13 густота силовых линий в точках А больше, чем в точках В. Очевидно, что _А > _B.

Не следует думать, что линии напряжённости существуют в действительности вроде растянутых упругих нитей или шнуров, как предполагал сам Фарадей. Линии напряжённости помогают лишь наглядно представить распределение поля в пространстве. Они не более реальны, чем меридианы и параллели на земном шаре.

Силовые линии можно сделать видимыми. Если продолговатые кристаллики изолятора (например, хинина) хорошо перемешать в вязкой жидкости (например, в касторовом масле) и поместить туда заряженные тела, то вблизи этих тел кристаллики выстроятся в цепочки вдоль линий напряжённости.

На рисунках приведены примеры линий напряжённости: положительно заряженного шарика (см. рис. 14.10), двух разноимённо заряженных шариков (см. рис. 14.11), двух одноимённо заряженных шариков (см. рис. 14.12), двух пластин, заряды которых равны по модулю и противоположны по знаку (см. рис. 14.13). Последний пример особенно важен.

На рисунке 14.13 видно, что в пространстве между пластинами силовые линии в основном параллельны и находятся на равных расстояниях друг от друга: электрическое поле здесь одинаково во всех точках.

Электрическое поле, напряжённость которого одинакова во всех точках, называется однородным.

В ограниченной области пространства электрическое поле можно считать приближённо однородным, если напряжённость поля внутри этой области меняется незначительно.

Силовые линии электрического поля не замкнуты, они начинаются на положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных. Силовые линии непрерывны и не пересекаются, так как пересечение означало бы отсутствие определённого направления напряжённости электрического поля в данной точке.

Источник: «Физика — 10 класс», 2014, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский

Электростатика — Физика, учебник для 10 класса — Класс!ная физика

Что такое электродинамика — Электрический заряд и элементарные частицы. Закон сохранения заряд — Закон Кулона. Единица электрического заряда — Примеры решения задач по теме «Закон Кулона» — Близкодействие и действие на расстоянии — Электрическое поле — Напряжённость электрического поля. Силовые линии — Поле точечного заряда и заряженного шара. Принцип суперпозиции полей — Примеры решения задач по теме «Напряжённость электрического поля. Принцип суперпозиции полей» — Проводники в электростатическом поле — Диэлектрики в электростатическом поле — Потенциальная энергия заряженного тела в однородном электростатическом поле — Потенциал электростатического поля и разность потенциалов — Связь между напряжённостью электростатического поля и разностью потенциалов. Эквипотенциальные поверхности — Примеры решения задач по теме «Потенциальная энергия электростатического поля. Разность потенциалов» — Электроёмкость. Единицы электроёмкости. Конденсатор — Энергия заряженного конденсатора. Применение конденсаторов — Примеры решения задач по теме «Электроёмкость. Энергия заряженного конденсатора»

Задачи ⚠️ на напряженность электрического поля: примеры решения, закон Джоуля-Ленца

С электрическим полем человек сталкивается не только на уроках физики в школе или институте, но и в повседневной жизни. Изучение такого явления способствует техническому прогрессу. Важно уметь пользоваться основными формулами для расчета характеристик электрического поля, что поможет понять природу взаимодействия заряженных тел и решать задачи любой сложности.

Электрическое поле: решение задач

Электрическое поле является одной из пары компонент электромагнитного поля и представляет собой векторное поле, которое образовано вблизи объектов или частиц, заряженных положительно и отрицательно.

Электромагнитное поле возникает в процессе изменений магнитного поля, к примеру, в волнах электромагнитного характера. В физике можно встретить множество задач по теме электрического поля. Для того чтобы рассчитать характеристики данного явления, необходимо знать фундаментальные законы и основные формулы.

Электрическое поле выступает в роли материального передатчика взаимодействия заряженных частиц, который формируется вокруг наэлектризованных тел. Свойства такого физического явления:

образуется зарядами;

воздействует на заряженные частицы.

{2}\times \varepsilon }\)

Можно сделать вывод, что поле уменьшается при увеличении расстояния.

Принцип суперпозиции полей заключается в том, что при нахождении в точке пространства различных заряженных частиц, создающих электрические поля с напряженностью:

\(\vec{E_{1}}\), \(\vec{E_{2}}\), \(\vec{E_{3}}\), \(\vec{E_{n}}\)

Результирующая напряженности поля в указанной точке будет равна геометрической сумме этих напряженностей:

\(\vec{E}=\vec{E_{1}}+\vec{E_{2}}+\vec{E_{3}}…+\vec{E_{n}}\)

Задача №1. Закон Кулона

Шар, обладающий зарядом, соприкасается с аналогичным незаряженным шаром. Если расстояние между этими объектами составляет r=15 см, то они отталкивают друг друга с силой F=1 мН. Требуется рассчитать первоначальный заряд заряженного шара. {-3}\) Н или 1 мН

Ответ: заряды взаимодействуют с силой в 1мН.

Задача №3. Конденсатор

Разность потенциалов между точками А и В составляет U=9 В. Значения емкости конденсаторов равны соответственно \(C_{1}=3\) мкФ и \(C_{2}=6\) мкФ. Требуется определить заряды \(Q_{1}\) и \(Q_{2}\) и разности потенциалов \(U_{1}\) и \(U_{2}\) для обкладок первого и второго конденсаторов.

Источник: easy-physic.ru

Решение

Общая емкость такого соединения составит:

\(\frac{1}{C_{\Sigma }}=\frac{1}{C_{1}}+\frac{1}{C_{2}}\)

\(C_{\Sigma }=\frac{C_{1}\times C_{2}}{C_{1}+C_{2}}=\frac{3\times 6}{3+6}=2\) мкФ

Емкость рассчитана в микрофарадах для того, чтобы не прибегать к расписыванию степени десятки.

Величину заряда можно определить по формуле:

\(q_{\Sigma }=C_{\Sigma }\times U=2\times 9=18\) мкКл

Если соединение пластин конденсатора выполнено последовательно, то заряды будут обладать одинаковыми значениями. {-5}\) Дж

Источник: ruselectronic.com

Вопросы на тему «Электрическое поле»

Как переводится слово electron с греческого языка? Ответ: Янтарь.
Название величины, которая характеризует свойство объектов участвовать в электромагнитных взаимодействиях. Ответ: Электрический заряд.
Каким образом обозначают электрический заряд в физике. Ответ: с помощью букв q или Q.
Единица заряда в международной системе СИ. Ответ: кулон.
Прибор для определения заряженных частиц. Ответ: электрометр.
Что такое точечный заряд? Ответ: точечным зарядом является заряженное тело с размерами, которые существенно меньше, чем расстояние между этим телом, точкой наблюдения или другими заряженными телами.
Пример положительно заряженных тел. Ответ: стекло, наэлектризованное путем трения о шелковую ткань.
Пример отрицательно заряженных тел. Ответ: эбонитовая палочка, наэлектризованная путем трения о шерстяную ткань. {-19}\) Кл.
Дать определение протона и электрона. Ответ: Частицу, которая обладает элементарным положительным зарядом, называется протоном. Частица, для которой характерен элементарный отрицательный заряд, является электроном.
Объяснить положительный и отрицательный заряд тела. Ответ: Тело будет заряжено положительно, если в нем преобладает количество протонов по сравнению с числом электронов. При избытке электронов тело будет заряжено отрицательно.
Закон сохранения электрического заряда. Ответ: в условиях замкнутой системы алгебраическая сумма электрических зарядов сохраняет постоянное значение при любых взаимодействиях внутри этой системы.
Что такое изолированная или замкнутая система? Ответ: изолированной или замкнутой системой тел является такая система, в которую не добавляют и не выводят из нее электрические заряды.
Способы электризации тел. Ответ: трением, воздействием различных излучений, с помощью электрической индукции. {-12}\) Кл2/Н*м2.
Назвать источник и ключевое свойство электрического поля. Ответ: электрическое поле создается любым заряженным телом, его главным свойством является действие на электрические заряды с какой-то силой.
Определение напряженности. Ответ: напряженностью называют силовую характеристику электрического поля.
Что такое электростатическое поле. Ответ это электрическое поле зарядов, которые не двигаются и не меняются в течение времени.
Зачем нужны силовые линии? Ответ: с помощью силовых линий наглядно представляют электрическое поле.
Чему равна работа сил электростатического поля, если заряд перемещается по какой-то замкнутой траектории. Ответ: нулю.
Дать определение потенциала электрического поля. Ответ: физическая величина, которая равна отношению потенциальной энергии электрического заряда в электрическом поле к величине этого заряда.
Единицы измерения потенциала в СИ. Ответ: вольт.

Зная методику решения распространенных задач по теме электрического поля, можно без труда выполнять расчеты основных его показателей. Такие навыки и умения пригодятся для более углубленного изучения электромагнетизма и сопутствующих тем. При возникновении каких-либо трудностей в процессе освоения материала можно обратиться за помощью к ресурсу Фенинкс.Хелп.

Напряженность электрического поля — Физическая энциклопедия

НАПРЯЖЕННОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ в классической электродинамике (E) — векторная характеристика электрич. поля, сила, действующая па покоящийся в данной системе отсчёта единичный олектрич. заряд. При этом предполагается, что внесение заряда (заряженного пробного тела) во внеш. поле E не изменяет такового. Иногда вместо H. э. п. говорят просто «электрич. поле». Размерность Н. э. п. в гауссовой системе — L ^-1/2M^1/2T ^-1, в СИ — LMT ^-3I^-1; единицей H. э. п. в СИ является вольт на метр (1 СГСЭ = 3^.10⁴ В/м). Распределение H. э. п. в пространстве обычно характеризуют с помощью семейства линий E (силовых линий электрич. поля), касательные к к-рьш в каждой точке совпадают с направлениями вектора E. Как и любое векторное поле, поле E разбивается на две составляющие: потенциальную ([E_п) = 0, E_п = — j^е)и вихревую (Е_B = 0, Е_B = [A^m]). В частности, электрич. поле, создаваемое системой неподвижных зарядов, является чисто потенциальным. Электрич. поле излучения, в т. ч. поле E в поперечных эл—магп. волнах, является чисто вихревым. Вместе с вектором магн. индукции В H. э. п. составляет единый 4-тензор электромагнитного поля. Поэтому чисто олектрич. поле данной системы зарядов существует лишь в «избранной» системе отсчёта, где заряды неподвижны. В др. инерцпальных системах отсчёта, перемещающихся относительно «избранной» с пост. скоростью u, возникает ещё и магнитное поле В‘ = = [uE]/, обусловленное появлением конвекц. токов j = ru/(r — плотность заряда в «избранной» системе).

Для характеристики полей в материальных средах помимо H. э. и. вводят ещё вектор поляризации среды Р^е (E), равный дипольноту моменту единицы объёма. Обычно оба эти вектора объединяются в вектор электрической индукции, или электрич. смещения, D = E + + 4pP^e. Источниками поля D являются свободные заряды (D = 4pr), источниками поля E — совокупность свободных (r) и связанных (r_св) зарядов E = 4p(r + r_св),= —^.P^е· В линейных средах, где P^e есть линейная ф-ция E, имеет место принцип суперпозиции, согласно к-рому поле, создаваемое суммой зарядов , равно векторной сумме полей, создаваемых парциальными зарядами .

В классич. электродинамике иногда вводят «естеств.» значение H. о. п., E*_кл = т²_eс⁴/|е|³= 6·10¹⁵ СГСЭ, выражаемое через фундам. константы и равное приблизительно H. э. п. на поверхности заряж. тела, служащего классич. моделью электрона (заряд е= -4,8^.10^-10СГСЭ, радиус r_е= 2,8·10^-13 см). Однако в таких сильных полях становятся существенными квантовые эффекты; в квантовой электродинамике критич. значение H. э. п. для частицы с массой т и зарядом е равно E*_кв = m²с³/|е|. Работа по перемещению частицы в таком поле на расстояние комптоновской длины волны ^—l^— = (2p/h)/mc равна энергии покоя частицы. Для электрона E*_кв = 4,4·10¹³ СГСЭ; при Е> E*_кв происходит эфф. рождение электронно-позитронных пар (см. Рождение пар ).Отношение E*_кв/E*_кл — 1/137, т. е. равно постоянной тонкой структуры.

Для прецизионных измерений статич. и медленно изменяющихся электрич. полей обычно используют Штарка эффект .Повседневные рабочие измерения часто производят опосредованно, через значение прикладываемых напряжений или через величины наведённых эдс на зондах и щупах.

Лит. см. при ст. Электрическое поле.

Предметный указатель >>

Электрическое поле. Напряженность электрического поля. « ЭлектроХобби

В нашем мире мы все привыкли к тому, что материальные объекты взаимодействуют друг с другом по средствам прямого контакта (прикосновения). Мы видим это своими глазами, и значит это так. Но на самом деле это далеко не так. Любые материальные тела состоят из мельчайших элементарных частиц. Неотъемлемой составляющей всех частиц являются различные виды полей, которые окружают их вокруг и отталкиваются друг от друга. Таких полей существует множество, и одним из них является электрическое поле.

Электрическое поле — это особый вид материи, которая существует вокруг электрически заряженных элементарных частиц (электроны и протоны). Через электрические поля передаётся воздействие одного электрического заряда (неподвижного) на иной неподвижный электрический заряд. Данное взаимодействие происходит в соответствии с известными законами Кулона.
Что собой представляет этот вид поля (электрическое) и чем он специфичен? Чтобы это понять, давайте с Вами прежде разберёмся в его свойствах и проявлениях. Как Вы должны знать, электрическое поле проявляет себя тогда, когда возникает перераспределение электрических зарядов между телами. Точнее, когда в силу некоторых обстоятельств одного вида заряда становится больше или меньше, по отношению к противоположному. Тогда одни тела начинают притягиваться либо отталкивать другие на расстоянии.

Поскольку в промежутке этого расстояния нет плотных тел, то, следовательно, можно утверждать о существовании невидимого поля. Ну, а поскольку данное поле связанно с электрическими явлениями, то и поле стали называть электрическим. В целом же, электрическое поле (как и другие виды полей) существуют везде и вокруг всего, только из-за их скомпенсированности взаимодействия друг на друга и невидимости невооруженным глазом создаётся впечатление, будто они появляются.

К свойствам электрического поля можно отнести:

невидимость (их определение происходит через поведение пробного электрического заряда)
электрические поля взаимодействуют только лишь с электрическими полями
оно имеет векторное направление
может притягивать либо отталкивать
существует всегда вокруг заряженных частиц (в отличие от магнитного поля)
обладает свойством концентрации и неоднородности (имеется в виду НАПРЯЖЕННОСТЬ)

Как было упомянуто выше, электрическое поле определяется при помощи пробного точечного заряда. Если электрический заряд (пробный заряд) обладает электрическим полем внести в интересующую нас точку пространства, можно выяснить — если в данном месте электрическое поле. Если начнёт действовать электрическая сила, то значит, в этой точки поле есть. Интенсивность данного электрического поля будет характеризовать напряженность поля.

Силы, которые действуют на один и тот же точечный электрический заряд будут отличатся по направлению и величине в различных точках электрического поля. Поэтому и было целесообразно ввести силовую характеристику любой точки данного поля, созданного зарядом. К сожалению, сила «F» (Кулона) подобной характеристикой послужить не может, поскольку для одной точки поля эта сила будет прямо пропорциональна величине точечного заряда.

Было принято считать силовой характеристикой точки электрического поля «E». Она стала называться напряжённостью электрического поля. Напряжённость измеряется силой, с которой электрическое поле действует на единичный положительный заряд, что был внесён в некую точку определяемого поля в пространстве. Напряженность является векторной величиной. Напряжённость электрического поля измеряется в Ньютонах на Кулон или в Вольтах на метр.

И ещё, что можно сказать о напряжённости — если электрическое поле создаётся одновременно множеством электрических зарядов, то результативная (общая) напряжённость «E» в определённой точке электрического поля находится как геометрическая сумма всех имеющихся напряженностей, созданных в данной точке каждым конкретным электрическим зарядом в отдельности.

P.S. Электрические поля, это неотъемлемая составляющая всего существующего в мироздании, и лишь в силу нашей ограниченности восприятия мира, поля воспринимаются нами, как нечто загадочное и непонятное.

электрических полей

Также как и сила тяжести, электростатическая сила — это неконтактная сила. Заряженные объекты не должны соприкасаться друг с другом, чтобы оказывать друг на друга силу. Каким-то образом заряженный объект ощущает воздействие другого заряженного объекта через пространство. Свойство пространства, которое позволяет заряженному объекту ощущать силу, называется электрическим полем. Хотя мы не можем видеть электрическое поле, мы можем обнаружить его присутствие, поместив положительный тестовый заряд в различные точки пространства и измерив силу, которую испытывает тестовый заряд.

Если смотреть на гравитацию, то напряженность гравитационного поля — это величина силы, воспринимаемой массой на единицу массы. Напряженность электрического поля — это величина электростатической силы, наблюдаемая зарядом на единицу заряда. Следовательно, напряженность электрического поля E — это электростатическая сила, наблюдаемая в данной точке пространства, деленная на сам тестовый заряд. Напряженность электрического поля измеряется в Ньютонах на кулон (Н / Кл).

Вопрос: Две противоположно заряженные параллельные металлические пластины, 1.На расстоянии 00 сантиметров приложите силу величиной 3,60 × 10 ^–15 ньютонов к электрону, помещенному между пластинами. Рассчитайте величину напряженности электрического поля между пластинами.
Ответ:
Вопрос: Какое количество и единица измерения правильно сопряжены?
удельное сопротивление и Ом / м
разность потенциалов и эВ
ток и C • s
напряженность электрического поля и N / C
Ответ: (4) напряженность электрического поля и N / C.

Линии электрического поля

Поскольку на самом деле мы не можем видеть электрическое поле, мы можем нарисовать линии электрического поля, чтобы визуализировать силу, которую почувствовал бы заряд, если бы его поместили в определенное место в пространстве. Чтобы помочь нам визуализировать электрическое поле, мы можем нарисовать линии электрического поля в пространстве. Эти линии показывают направление, в котором положительно заряженная частица почувствовала бы силу, если бы она была помещена в эту точку пространства. Чем плотнее линии, тем сильнее сила, которую может ощущать заряженная частица, и, следовательно, тем сильнее электрическое поле.По мере того, как линии расходятся дальше, сила электрической силы, которую ощущает заряженная частица, становится меньше, следовательно, меньше и электрическое поле.

Обычно мы рисуем линии электрического поля, показывающие направление силы на положительный заряд. Поэтому, чтобы провести силовые линии электрического поля для системы зарядов, следуйте этим основным правилам:

Линии электрического поля направлены от положительных зарядов в сторону отрицательных зарядов.
Силовые линии электрического поля никогда не пересекаются.
Силовые линии электрического поля всегда пересекают проводники под прямым углом к поверхности.
Более сильные поля имеют более близкие линии.
Напряженность поля и линейная плотность уменьшаются по мере удаления от зарядов.

Давайте рассмотрим несколько примеров силовых линий электрического поля, начиная с изолированных положительных (слева) и отрицательных (справа) зарядов. Обратите внимание, что для каждого заряда линии излучаются наружу или внутрь сферически. Линии направлены в сторону от положительного заряда, поскольку положительный тестовый заряд, помещенный в поле (рядом с фиксированным зарядом), будет ощущать отталкивающую силу.Линии указывают на отрицательный фиксированный заряд, поскольку положительный испытательный заряд будет ощущать силу притяжения.

Если у вас есть и положительный, и отрицательный заряды в непосредственной близости, вы следуете той же основной процедуре:

Конечно, линии электрического поля на самом деле лежат в трех измерениях, как показано в этом видео-анимации.

Сравнение электростатики и силы тяжести

Поскольку у гравитации и электростатики так много общего, давайте потратим минуту, чтобы провести быстрое сравнение электростатики и гравитации.

Электростатика

Сила:

Сила поля:

Электростатическая постоянная:

Зарядных единиц: Кулоны

Плотность

Сила:

Сила поля:

Гравитационная постоянная:

Единицы массы: килограммы

Большая разница между электростатикой и гравитацией? Гравитационная сила может только притягивать, а электростатическая сила может как притягивать, так и отталкивать. Еще раз обратите внимание, что как напряженность электрического поля, так и напряженность гравитационного поля подчиняются соотношению закона обратных квадратов. Напряженность поля обратно пропорциональна квадрату расстояния.

электрических полей — AP Physics 2

Если вы считаете, что контент, доступный через Веб-сайт (как определено в наших Условиях обслуживания), нарушает или больше ваших авторских прав, сообщите нам, отправив письменное уведомление («Уведомление о нарушении»), содержащее в информацию, описанную ниже, назначенному ниже агенту.Если репетиторы университета предпримут действия в ответ на ан Уведомление о нарушении, оно предпримет добросовестную попытку связаться со стороной, которая предоставила такой контент средствами самого последнего адреса электронной почты, если таковой имеется, предоставленного такой стороной Varsity Tutors.

Ваше Уведомление о нарушении прав может быть отправлено стороне, предоставившей доступ к контенту, или третьим лицам, таким как в качестве ChillingEffects. org.

Обратите внимание, что вы будете нести ответственность за ущерб (включая расходы и гонорары адвокатам), если вы существенно искажать информацию о том, что продукт или действие нарушает ваши авторские права.Таким образом, если вы не уверены, что контент находится на Веб-сайте или по ссылке с него нарушает ваши авторские права, вам следует сначала обратиться к юристу.

Чтобы отправить уведомление, выполните следующие действия:

Вы должны включить следующее:

Физическая или электронная подпись правообладателя или лица, уполномоченного действовать от их имени; Идентификация авторских прав, которые, как утверждается, были нарушены; Описание характера и точного местонахождения контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права, в \ достаточно подробностей, чтобы позволить репетиторам университетских школ найти и точно идентифицировать этот контент; например нам требуется а ссылка на конкретный вопрос (а не только на название вопроса), который содержит содержание и описание к какой конкретной части вопроса — изображению, ссылке, тексту и т. д. — относится ваша жалоба; Ваше имя, адрес, номер телефона и адрес электронной почты; а также Ваше заявление: (а) вы добросовестно считаете, что использование контента, который, по вашему утверждению, нарушает ваши авторские права не разрешены законом, владельцем авторских прав или его агентом; (б) что все информация, содержащаяся в вашем Уведомлении о нарушении, является точной, и (c) под страхом наказания за лжесвидетельство, что вы либо владелец авторских прав, либо лицо, уполномоченное действовать от их имени.

Отправьте жалобу нашему уполномоченному агенту по адресу:

Чарльз Кон Varsity Tutors LLC
101 S. Hanley Rd, Suite 300
St. Louis, MO 63105

Или заполните форму ниже:

Измерители электрического поля

Высокое напряжение можно производить разными способами. Существует «естественное» разделение зарядов, которое происходит при трении поверхностей друг о друга, при перекачке жидкостей с помощью насоса или при воздействии на объект радиации. Другой метод — искусственное создание высокого напряжения для технических целей. Во всех случаях важно определить силу электрического поля. Электростатические заряды очень трудно измерить, не влияя на них. Помня об этом, компания Kleinwächter GmbH из Хаузена, Германия, разработала компактный измеритель электрического поля для точных измерений.

Принцип измерения

Разработанный по образцу электростатического генератора, измеритель разработан специально для бесконтактного измерения напряженности электрического поля.Вращающаяся защитная лопасть временно предотвращает проникновение поля в измерительный прибор. Таким образом, поле попадает на измерительный электрод через равные промежутки времени; Таким образом, электростатическая индукция генерирует переменное напряжение. Фактически измеряется пропорциональный ему переменный ток. Применяя этот принцип, можно измерять электрические заряды и поля, не снимая с них энергии. Поскольку напряженность поля E измеряется в вольтах на метр на известном расстоянии (d), прибор использует эту цифру для расчета напряжения (U = E * d). Если фазовый угол напряжения, генерируемого электростатической индукцией, сравнить с положением крыльчатки, можно также определить полярность напряжения и направление поля.
Удобный в использовании прибор в антистатическом пластиковом корпусе может работать в широком диапазоне напряжений в пяти диапазонах измерения. Диапазоны измерения расстояний 1, 2, 5, 10 и 20 см. Например, на расстоянии 1 см можно измерить напряжение от 0 до 10 кВ, а на
на расстоянии 20 см можно измерить от 0 до 200 кВ.Для использования в недоступных местах дисплей также может быть заморожен и впоследствии прочитан. Цифровой дисплей показывает выбранное расстояние измерения вверху и измеренный заряд внизу. Высокая стабильность нулевой точки принципа измерения позволяет отказаться от обычной процедуры балансировки нулевой точки. Инструмент имеет размеры всего 122 x 70 x 26 мм и весит прибл. 130 г. Расширенная версия прибора дополнительно имеет аналоговый выход напряжения ± 1 В.В результате измерения могут быть подвергнуты дальнейшей обработке на ПК с помощью аналого-цифрового преобразователя UAC 110. Питание осуществляется от прямоугольной батареи на 9 В. Чтобы обеспечить более длительное время работы при ограниченном питании батареи, все компоненты полевого измерителя должны быть оптимизированы для минимального энергопотребления. В особенности это относится к приводному двигателю крыльчатки. Для привода защитной лопасти в новом измерителе электрического поля компания Kleinwächter вскоре нашла подходящий двигатель в обширном ассортименте продукции FAULHABER.

Напряжение и напряженность поля — Часть 2: Проводники

Доцент Нилс Йонассен разработал статическую колонку, которая выходит раз в два месяца в журнале Compliance Engineering Magazine. В сериале исследуются зарядка, ионизация, взрывы и другие темы, связанные с электростатическим разрядом. Ассоциация ESD в сотрудничестве с журналом In Compliance Magazine переиздает эту серию, поскольку статьи предлагают непреходящий взгляд на область электростатики.

Профессор Йонассен был членом Ассоциации ОУР с 1983 по 2006 год. Он получил премию Ассоциации ESD за выдающийся вклад в 1989 году и был автором технических статей, книг и технических отчетов. Его помнят за его вклад в понимание электростатического контроля, и в его памяти мы повторяем «Mr. Статический ».

~ Ассоциация ESD

Экранирование бесконтактных счетчиков часто снижает искажения поля, вызванные наличием счетчиков.

Любой, кто работал со статическим или динамическим электричеством, знаком с понятием напряжения. В конце концов, закон Ома гласит, что В = R ∙ I , напряжение (разность) равно сопротивлению, умноженному на ток. Но это хорошо известное соотношение ничего не говорит о напряжении; скорее, он определяет сопротивление и не может быть применен к проблемам электростатического разряда из-за отсутствия тока. Затем существует определение разницы напряжений между точками A и B как работа, выполняемая на единицу заряда, когда заряд переносится от A к B. Но здесь возникает метрологическая проблема, потому что нет возможности измерить работу, выполняемую за плату. Итак, мы должны вернуться к основам и понять, что напряжение не является фундаментальной величиной, а скорее свойством электрического поля.

Рисунок 1: Однородное поле с напряженностью поля E.

На рисунке 1 показан участок однородного поля с напряженностью поля E, где разность напряжений между точками A и B определяется как

Уравнение 1

Рисунок 2: Поле между положительно заряженным изолятором и заземленным проводником.

Однако в большинстве случаев поля неоднородны. На рис. 2 показано поле от положительно заряженного изолятора с заземленным проводником, помещенным перед изолятором. В этом случае разница напряжений между A и B определяется как

Уравнение 2

Уравнения 1 и 2 определяют только разницу напряжений. Напряжение точки P в поле определяется как интеграл поля от P до бесконечности или до любого заземленного объекта, то есть

Уравнение 3

Напряжение проводника

На рисунке 3 показан изолированный провод A с зарядом q .

Рисунок 3: Изолированный провод A с зарядом q, помещенный на землю.

Заряд автоматически распределяется по поверхности проводника таким образом, что (а) поле внутри проводника равно нулю, (б) поле перпендикулярно поверхности и (в) интеграл от Напряженность поля от любой точки P в проводе или на проводе до точки заземления G постоянна:

Уравнение 4

В — напряжение или потенциал проводника.Напряжение V и заряд q пропорциональны, и это обычно записывается как

Уравнение 5

C — это емкость изолированного проводника, которая определяется размером и формой проводника и его расположением относительно других проводников и земли.

Заряженная система накапливает электростатическую энергию от

Уравнение 6

, который может рассеиваться за один импульс разряда или тока.

Измерение напряжения проводника

Вольтметры прямого контакта

Напряжение изолированного проводника можно измерить напрямую, подключив провод к электрометру или статическому вольтметру (см. Рисунок 4).Вольтметр измеряет общее напряжение проводника и вольтметра. Если емкость C проводника намного больше, чем емкость C _— вольтметра, напряжение, считываемое вольтметром, с хорошим приближением равно напряжению проводника без подключенного измерителя.

Рисунок 4: Прямое измерение напряжения.

Однако диапазон измерения большинства статических вольтметров составляет порядка десятков или, в лучшем случае, сотен вольт.С другой стороны, статические напряжения часто находятся в диапазоне киловольт.

Эту проблему можно обойти, используя емкостной делитель напряжения. На рисунке 5 конденсатор емкостью C, , _y вставлен в соединение между проводником и статическим вольтметром.

Рисунок 5: Емкостной делитель напряжения.

Если напряжение, показанное на вольтметре, составляет В _i, то напряжение В проводника определяется как

Уравнение 7

В качестве примера предположим, что максимальное напряжение, считываемое на измерителе, составляет В _{i, max} = 10 В, C _i = 10 нФ = 10 ^–8 F и C _y = 10 пФ = 10 ^–11 F, тогда уравнение 7 даст максимальное напряжение

Уравнение 8

Необходимая высокая емкость в этом применении измерителя обычно достигается запуском измерителя в режиме измерения заряда. Оказалось, что использование емкостного делителя напряжения расширило диапазон измерения вольтметра в 1000 раз.

Бесконтактные измерения

Бесконтактные электростатические измерения всегда основаны на воздействии полей зарядов, независимо от того, расположены ли они на проводниках или изоляторах. В основном есть два типа инструментов: измерители поля, которые измеряют заряд, наведенный на зонд, и преобразуют его в напряженность поля перед зондом, и бесконтактные вольтметры, которые повышают напряжение зонда до тех пор, пока поле перед зондом не появится. зонд равен нулю.Бесконтактный вольтметр затем принимает это напряжение как
напряжение объекта, на который он направлен.

Бесконтактные вольтметры могут иметь большую чувствительность (но не обязательно большую точность), чем измерители поля. Однако оба типа инструментов могут значительно исказить исходное поле, если измерители не имеют подходящего экрана.

На рисунке 6 показан заряженный изолированный провод. На рисунке бесконтактный вольтметр считывает напряжение V проводника и оценивает среднюю напряженность поля E = V / d между проводником и измерителем, тогда как измеритель поля считывает напряженность поля E перед измерителем. и оценивает напряжение В = E ∙ d проводника.Однако следует подчеркнуть, что считываемые и рассчитанные количества относятся к условиям, которые существуют, когда инструменты находятся на месте.

Рисунок 6: Бесконтактные измерения.

Проводник при фиксированном напряжении

Эксперимент, показанный на рисунке 7, был проведен для исследования влияния измерителей на поле и напряжение заряженного проводника. Металлическая пластина размером 35 ∙ 35 см подключалась к источнику постоянного напряжения 3 кВ.Измеритель поля помещали перпендикулярно пластине, указывая на центр пластины, и измеряли напряженность поля E как функцию расстояния d между пластиной и измерителем поля. Для каждого расстояния d было вычислено произведение E ∙ d .

Рисунок 7: Неэкранированный измеритель поля.

Результаты измерений показаны на рисунке 8. Похоже, что напряженность поля E уменьшалась с увеличением расстояния d , как и ожидалось.Однако, если напряжение В пластины рассчитывается по уравнению 1 как В = E ∙ d , результатом будет очень плохое приближение к истинному значению (3 кВ) напряжения пластины.

Рисунок 8: Результаты измерений неэкранированного измерителя поля.

Причина этого в том, что уравнение 1 предполагает, что поле является однородным, как показано на рисунке 1. Но установка на рисунке 7 гораздо больше похожа на ситуацию на рисунке 2, потому что корпус измерителя поля (или, если на то пошло, корпус бесконтактного вольтметра) по существу находится под потенциалом земли.Напряженность поля, считываемая на измерителе поля (или скомпенсированная в бесконтактном вольтметре), поэтому выше, чем средняя напряженность поля между измерителем и целью, и поэтому аппроксимация напряжения E ∙ d будет слишком высокой. На рисунке 8 показано, что в диапазоне расстояний от 4 до 30 см расчетное напряжение E ∙ d варьируется от 4,5 до 6,2 кВ, а не истинное значение 3 кВ.

Проблема искажения поля приборами может быть частично решена путем окружения измерителя заземленным экраном, расположенным параллельно лицевой стороне цели, как показано на Рисунке 9.Экспериментальная установка имела экран размером 25 ∙ 25 см и металлическую пластину размером 35 ∙ 35 см в качестве мишени.

Рисунок 9: Экранированный измеритель поля.

На рисунке 10 показаны напряженность поля E и кажущееся напряжение E ∙ d как функция расстояния d . Результаты показывают, что с прикрепленным экраном напряжение В металлической пластины адекватно определяется продуктом E ∙ d на расстоянии примерно 15 см между пластиной и измерителем поля.В этом диапазоне поле однородно и обратно пропорционально расстоянию до измерителя поля, то есть кривая электрического поля представляет собой гиперболу. На больших расстояниях поле снова становится неоднородным, и в этом диапазоне измеритель поля занижает напряжение.

Рис. 10: Результаты измерений экранированного измерителя поля.

Расстояние, на котором напряжение может быть определено с разумной точностью, также зависит от размера цели. Если измерения на Рисунке 10 повторить с пластиной 15 ∙ 15 см, показания дадут надежные результаты только на расстоянии приблизительно 6–7 см.

Проводник с постоянным зарядом

В ранее описанных случаях целевой проводник был заблокирован от источника напряжения. Таким образом, напряжение на проводе будет оставаться постоянным, независимо от размещения измерителя поля. С другой стороны, заряд может изменяться в зависимости от внутренней емкости проводника и измерителя поля, то есть от расстояния d .

Предыдущие случаи не представляют собой обычную повседневную ситуацию, когда проводник был заряжен, а напряжение измерялось путем наведения измерителя на провод. В этом более распространенном случае заряд остается постоянным, в то время как напряжение может изменяться из-за связи с емкостью измерителя. На рисунке 11 показана экспериментальная установка для исследования этой ситуации. В эксперименте металлическая пластина размером 35 ∙ 35 см заряжалась до начального напряжения 3 кВ (при отсутствии измерителя поля), а затем разрывалось соединение с источником напряжения. Затем измеритель поля был помещен на различных расстояниях d от металлической пластины, и была измерена напряженность поля E .

Рисунок 11: Измерение проводника с постоянным зарядом.

На рисунке 12 показано произведение E ∙ d (кажущееся напряжение) как функция d для емкости пластин C 20 пФ (одна пластина) и C 220 пФ (пластина и дополнительный внешний конденсатор). Большая емкость пластины 220 пФ дает кривую, очень похожую на кривую, приведенную на рисунке 10, где металлическая пластина была заблокирована при напряжении 3 кВ. Это означает, что наличие измерителя поля существенно не меняет общую емкость и, следовательно, напряжение на пластине на заданном расстоянии. Меньшая емкость пластины, равная 20 пФ, привела к тому, что расчетное напряжение на всех расстояниях ниже, чем обнаруженное с пластиной большей емкости. Это связано с добавлением емкости измерителя. На очень коротком расстоянии измерения наличие измерителя увеличивает исходное значение емкости с 20 до примерно 45 пФ, что приводит к падению напряжения с 3 до примерно 1,3 кВ.

Измерения, представленные на Рисунке 12, были повторены с неэкранированным измерителем поля.Общая тенденция была такой же, как показано на рисунке 8. На всех расстояниях (и при обеих проверенных емкостях) неэкранированные измерители поля завышали истинные значения напряжения на пластине до 100%.

Рисунок 12: Результаты измерений неэкранированного измерителя поля.

Статические локаторы

Вероятно, наиболее распространенный способ выполнить быстрое статическое обследование — это навести портативный измеритель на подозрительный объект и произнести напряжение. Часто это единственное произведенное измерение. И очень часто этого бывает недостаточно.

Эти портативные измерители известны как статические локаторы и часто их даже называют. И это именно то, чем они являются — инструменты для определения статического электрического поля. Пока это единственное, для чего они используются, все в порядке. Но часто их использование доводится до абсурда.

На рисунке 7 показано типичное использование измерителя поля в качестве статического локатора. Диапазоны измерителя могут быть в вольтах, но измеритель не является вольтметром.Он не реагирует на напряжение, а скорее на электрическое поле. Часто это обычный измеритель поля, например, полевой мельница, или он может просто содержать операционный усилитель, который реагирует на заряд, наведенный на пластине датчика в передней части корпуса измерителя.

Измеритель также имеет предусмотренное расстояние измерения. В показанном случае это d . Это означает, что измеритель был откалиброван путем размещения его на расстоянии d от металлической пластины и параллельно ей, которая затем была поднята до определенного диапазона напряжений, и была начерчена соответствующая шкала.

Итак, вопрос в том, для чего можно использовать счетчик после калибровки? Ответ очень прост: измеритель может использоваться для измерения электрического поля на расстоянии d от металлической пластины с такими же размерами и той же емкостью, что и тот, который использовался для заводской калибровки. Для проводников полученное значение приблизительно эквивалентно поверхностному напряжению. На любом другом расстоянии или при измерении изоляторов измерение не калибруется, и прибор просто обнаружил электрическое поле.

Проблема в том, что производители, похоже, очень неохотно упоминают об этом или просто описывают, каковы были условия калибровки и что происходит, если прибор используется в других, и, возможно, даже более повседневных условиях. Очень редко, если вообще случается, размеры калибровочной пластины, не говоря уже о ее емкости, указываются в руководстве. Также нет никакого предупреждения о том, что если бы измеритель был направлен на изолятор, показания в вольтах никогда не относились бы к изолятору в целом. Как упоминалось в части I этой статьи, на изоляторе нет напряжения. Если пользователю повезет, можно обнаружить некое поверхностное напряжение. ¹

Непонятно, почему статические локаторы всегда калибруются в вольтах. В конце концов, это обычные измерители поля, которые прикидываются вольтметрами, но на самом деле таковыми не являются. Все, что они могут сделать, это измерить напряжение определенной металлической пластины на определенном расстоянии. Если бы эти измерители были откалиброваны в единицах напряженности поля, то есть В ∙ м ^–1, их можно было бы гораздо лучше использовать для оценки статического состояния изоляторов, а также проводов.

Но может ли объяснение просто в том, что большинство людей понимают напряжение лучше, чем напряженность поля? Нет, это не кажется возможным. Достаточно взглянуть на уравнения 1, 2 и 3 этой статьи. Напряжение всегда определяется напряженностью поля (и расстоянием), поэтому, если кто-то не понимает одного, этот человек не поймет другого.

Заключение

В статье проанализированы проблемы, связанные с измерением напряжения заряженного изолированного проводника.Основное внимание уделялось бесконтактным измерениям, т. Е. Измерениям, основанным на влиянии поля от заряда. Было продемонстрировано, что используемые инструменты часто искажают поля и, следовательно, изменяют измеряемые свойства. Также было показано, что, экранируя измерители, часто можно значительно уменьшить искажения поля.

Номер ссылки

Нильс Йонассен, «Поверхностное напряжение и напряженность поля: Часть I, Изоляторы» в Mr.Статический, Compliance Engineering 18, no. 7 (2001): 26–33 и In Compliance Magazine , август 2012 г.

Нильс Йонассен, магистр, доктор наук
40 лет проработал в Техническом университете Дании, где проводил занятия по электромагнетизму, статическому и атмосферному электричеству, радиоактивности в воздухе и климату в помещениях.

Выйдя на пенсию, он разделил свое время между лабораторией, своим домом и Таиландом, писал на темы статического электричества и посещал кулинарные курсы.Г-н Йонассен скончался в 2006 году.

Метрология электрического поля | NIST

Технология

Первая паровая ячейка с волоконной связью для измерений электрического поля с использованием ридберговских атомов.

Кредит: NIST

Новые прототипы NIST используют принципиально новый подход к измерению высокочастотных электрических полей. В устройствах используются свойства ридберговских атомов, чьи внешние электроны находятся на очень высоких орбитах вокруг атомного ядра.Очень чувствительные к электрическим полям ридберговские атомы могут измерять поля как вдали, так и поблизости. Прототипы теперь меньше, чем кубик сахара, и могут уменьшиться еще больше.

В прототипе два лазерных луча с разными длинами волн пересекаются в паровой ячейке, содержащей ридберговские атомы такого элемента, как цезий. Из-за квантово-механических эффектов атомы становятся прозрачными для первого («зондирующего») луча. Но когда к атомам прикладывается электрическое поле радиочастотной (RF) волны, это поле изменяет спектр зондирующего луча — эффект, который легко измерить и прямо пропорционален приложенному электрическому полю.

Очень точные измерения электрического поля возможны, если поместить в паровую ячейку атомы двух разных элементов. Поскольку каждый элемент по-своему реагирует на идентичное электрическое поле, их сравнение может значительно снизить погрешности измерения.

Недавно исследователи NIST разработали метод измерения фазы электрического поля и продемонстрировали способность обнаруживать фазомодулированные сигналы, которые обычно используются в системах связи.Этот метод позволяет полностью охарактеризовать электрическое поле и модулированные сигналы в одном компактном датчике, то есть он может измерять несколько свойств поля, включая амплитуду, фазу и поляризацию.

Эти устройства в настоящее время могут обнаруживать напряженность электрического поля до приблизительно 46 мкВ / м ± 2 мкВ / м, что представляет собой более высокую чувствительность (примерно в 100 раз больше) и меньшую погрешность (около 4%) по сравнению с существующими коммерческими приборами. Эта технология потенциально может выполнять прослеживаемую калибровку электрических полей от радиочастотных волн с частотами выше 110 ГГц, что в настоящее время недоступно.

Преимущества перед существующими методами

Традиционные датчики электрического поля традиционно сталкиваются с дилеммой «курица и яйцо»: для калибровки датчика необходимо эталонное электрическое поле, значения которого точно известны. Но чтобы получить известное поле, нужен откалиброванный зонд. Необходимость калибровки ограничивает точность и увеличивает количество ошибок.

Даже лучшие коммерческие инструменты производят измерения с погрешностью не менее 10% от измеренного значения.Неопределенности такого масштаба слишком велики для удовлетворения взыскательных потребностей многих важнейших будущих приложений в промышленности и науке.

Напротив, прототипы NIST имеют гораздо меньшую погрешность, порядка 4%. Они могут ощущать электрические поля в сто раз слабее, чем обычные устройства. И в отличие от традиционных пробников, они могут измерять частоты в диапазоне сотен гигагерц, что так важно для современных приложений.

Приложения

Радиолокационные и беспроводные системы связи нового поколения будут работать на сверхвысоких электромагнитных частотах и потребуют точного распознавания и усиления очень коротких сигналов.Точное измерение электрических полей может привести к технологическому прогрессу в этих системах.

Основные документы

C.L. Холлоуэй, М. Саймонс, А.Х. Хаддаб, Дж. Гордон, Д. Новотный. Встраивание датчика на основе атома Ридберга в антенну для определения фазы и амплитуды радиочастотных полей и модулированных сигналов. Журнал доступа IEEE. , 22 октября 2019 г. DOI: 10.1109 / ACCESS.2019.2949017

M.T. Саймонс, А.Х. Хаддаб, Дж. Гордон, К. Холлоуэй. Приложения с радиочастотной антенной / приемником на основе атома Ридберга. Труды Международной конференции IEEE по электромагнитной совместимости. 2 сентября 2019 г. DOI: 10.1109 / EMCEurope.2019.8872108

J.A. Гордон, К. Холлоуэй, М. Саймонс, А.Х. Хаддаб. Обнаружение слабого электрического поля с разрешением менее 1 Гц на радиочастотах с использованием смесителя на основе атома Ридберга. Письма по прикладной физике. 25 апреля 2019 г. DOI: 10.1063 / 1.5095633

C.L. Холлоуэй, М. Саймонс, А.Х. Хаддаб, Дж. Гордон. Смеситель на основе атома Ридберга: измерение фазы радиочастотной волны. Письма по прикладной физике. 18 марта 2019 г. DOI: 10.1063 / 1.5088821

M.T. Саймонс, М.Д. Каутц, А.Х. Хаддаб, Дж. Гордон, К. Холлоуэй, Т. Кроули. Измерения ВЧ мощности на основе атома Ридберга. Симпозиум ассоциации методов измерения антенн 2018 г. (AMTA). 4 ноября 2018 г.

Ключевые патенты

Д.А. Андерсон и др. Датчик электрического поля электромагнитного излучения на основе атома. Заявка ВОИС (РСТ) WO2016205330A1. Подана 15 июня 2016 г.

3.2 Электрический потенциал в однородном электрическом поле — Физика Дугласского колледжа 1207

Цели обучения

Опишите взаимосвязь между напряжением и электрическим полем.
Выведите выражение для электрического потенциала и электрического поля.
Рассчитайте напряженность электрического поля с учетом расстояния и напряжения.

В предыдущем разделе мы исследовали взаимосвязь между напряжением и энергией. В этом разделе мы исследуем взаимосвязь между напряжением и электрическим полем.Например, однородное электрическое поле E создается путем размещения разности потенциалов (или напряжения) ΔV на двух параллельных металлических пластинах, обозначенных A и B. (см. Рисунок 1). Изучение этого покажет нам, какое напряжение необходимо. для создания электрического поля определенной напряженности; это также покажет более фундаментальную взаимосвязь между электрическим потенциалом и электрическим полем. С точки зрения физика, для описания любого распределения заряда можно использовать ΔV или E . ΔV наиболее тесно связано с энергией, тогда как E наиболее тесно связано с силой. ΔV — это скалярная величина , и не имеет направления, тогда как E — это векторная величина , имеющая как величину, так и направление. (Обратите внимание, что величина напряженности электрического поля, скалярная величина, представлена ниже как ΔE .) Связь между ΔV и E выявляется путем расчета работы, совершаемой силой при перемещении заряда из точки. А в точку Б.Но это сложно для произвольных распределений заряда, требующих расчетов. Поэтому мы рассматриваем однородное электрическое поле как интересный частный случай.

Рисунок 1. Соотношение между V и E для параллельных проводящих пластин составляет E = V / d . (Обратите внимание, что Δ В = В _AB по величине. Для заряда, который перемещается от пластины A с более высоким потенциалом к пластине B с более низким потенциалом, необходимо включить знак минус следующим образом: –Δ V = V _A — V _B = V _AB.Подробности см. В тексте.)

Работа, выполняемая электрическим полем на Рисунке 1 по перемещению положительного заряда q от A, положительной пластины, более высокий потенциал, к B, отрицательной пластины, более низкий потенциал, составляет

Работа = W = — ΔPE = — q ΔV

Разница потенциалов между точками A и B равна

Если ввести это в выражение для работы, получится

W = работа = qV _AB

Работа равна W = (Сила) (смещение) (cos θ) , так как путь параллелен полю, поэтому Работа = F d .Поскольку F = qE , мы видим, что Work = W = q E d . Подстановка этого выражения для работы в предыдущее уравнение дает

qEd = qV _AB

Заряд отменяется, и поэтому напряжение между точками A и B составляет

V _AB = Ed E = V _AB / d (только однородное поле E)

, где d — это расстояние от A до B, или расстояние между пластинами на Рисунке 1.Обратите внимание, что приведенное выше уравнение подразумевает, что единицы измерения электрического поля — вольты на метр. Мы уже знаем, что единицы измерения электрического поля — ньютоны на кулон; таким образом, верно следующее соотношение между единицами:

1 НЗ = 1 В / м

Напряжение между точками A и B

V _AB = Ed E = V _AB / d (только однородное поле E)

, где d — это расстояние от A до B, или расстояние между пластинами.

Пример 1: Какое максимально возможное напряжение между двумя пластинами?

Сухой воздух поддерживает максимальную напряженность электрического поля около 3,0 x 10 ⁶ В / м . Выше этого значения поле создает достаточную ионизацию в воздухе, чтобы сделать воздух проводником. Это допускает разряд или искру, которые уменьшают поле. Каково же максимальное напряжение между двумя параллельными проводящими пластинами, разделенными 2,5 см сухого воздуха?

Стратегия

Дано максимальное электрическое поле E между пластинами и расстояние d между ними.Таким образом, для расчета максимального напряжения можно использовать уравнение V _AB = ΔV = Ed .

Решение

Разность потенциалов или напряжение между пластинами

V _AB = ΔV = Ed

Ввод данных значений для E и d дает

V _AB = ΔV = (3,0 x 10 ⁶ ^V/_м) (0,025 м) = 7,5 x 10 ⁴ V = 75 кВ

(Ответ состоит из двух цифр, так как максимальная напряженность поля является приблизительной.)

Обсуждение

Одним из следствий этого результата является то, что требуется около 75 кВ, чтобы совершить скачок искры через зазор 2,5 см (1 дюйм), или 150 кВ для искры 5 см. Это ограничивает напряжения, которые могут существовать между проводниками, возможно, на линии электропередачи. Меньшее напряжение вызовет искру, если на поверхности есть точки, поскольку точки создают большие поля, чем гладкие поверхности. Влажный воздух разрушается при более низкой напряженности поля, а это означает, что меньшее напряжение заставит искру проскочить через влажный воздух.Самые большие напряжения могут создаваться, например, статическим электричеством в засушливые дни.

Рис. 2. Искровая камера используется для отслеживания траектории частиц высоких энергий. Ионизация, создаваемая частицами при прохождении через газ между пластинами, позволяет искре прыгнуть. Искры расположены перпендикулярно пластинам, следуя силовым линиям электрического поля между ними. Разность потенциалов между соседними пластинами недостаточно высока, чтобы вызвать искры без ионизации, производимой частицами из экспериментов с ускорителем (или космическими лучами).(Источник: Дадро, Wikimedia Commons)

Пример 2: Поле и сила внутри электронной пушки

(a) Электронная пушка имеет параллельные пластины, разделенные расстоянием 4,00 см, и дает электронам энергию 25,0 кэВ. Какая напряженность электрического поля между пластинами? (б) Какую силу это поле окажет на кусок пластика с зарядом 0,500 мкКл , который проходит между пластинами?

Стратегия

Так как напряжение и расстояние между пластинами даны, напряженность электрического поля может быть вычислена непосредственно из выражения.Как только напряженность электрического поля известна, сила, действующая на заряд, определяется с использованием F = qE . Поскольку электрическое поле имеет только одно направление, мы можем записать это уравнение в терминах величин: F = qE.

Решение для (а)

Выражение для величины электрического поля между двумя однородными металлическими пластинами равно

. .

Поскольку электрон является однозарядным, и ему дается энергия 25,0 кэВ, разность потенциалов должна составлять 25,0 кВ. Ввод этого значения для V _AB и расстояния между пластинами 0.0400 м, получаем

Решение для (b)

Величина силы, действующей на заряд в электрическом поле, получается из уравнения

F = qE

Подстановка известных значений дает

Обсуждение

Обратите внимание, что единицы измерения — ньютоны, поскольку 1 В / м = 1 Н / Кл. Сила, действующая на заряд, одинакова независимо от того, где находится заряд между пластинами. Это потому, что электрическое поле между пластинами однородно.

В более общих ситуациях, независимо от того, является ли электрическое поле однородным, оно указывает в направлении уменьшения потенциала, потому что сила, действующая на положительный заряд, находится в направлении E , а также в направлении более низкого потенциала V . Кроме того, величина E равна скорости уменьшения V с расстоянием. Чем быстрее V уменьшается с расстоянием, тем больше электрическое поле. В форме уравнения общая связь между напряжением и электрическим полем равна

, где Δs — расстояние, на котором происходит изменение потенциала, ΔV .Знак минус говорит нам, что E указывает в сторону уменьшения потенциала. Электрическое поле называется градиентом (по степени или наклону) электрического потенциала.

Связь между напряжением и электрическим полем

В форме уравнения общая связь между напряжением и электрическим полем равна

, где Δs — расстояние, на котором происходит изменение потенциала, ΔV .Знак минус говорит нам, что E указывает в направлении уменьшения потенциала. Электрическое поле называется градиентом (по степени или наклону) электрического потенциала.

Для непрерывно меняющихся потенциалов ΔV и Δs становятся бесконечно малыми, и для определения электрического поля необходимо использовать дифференциальное исчисление.

Напряжение между точками A и B составляет

V _AB = Ed E = V _AB / d (только однородное поле E)

, где d — это расстояние от A до B, или расстояние между пластинами.
В форме уравнения общая связь между напряжением и электрическим полем равна

, где Δs — расстояние, на котором происходит изменение потенциала, ΔV . Знак минус говорит нам, что E указывает в направлении уменьшения потенциала.) Электрическое поле называется градиентом (по степени или наклону) электрического потенциала.

Концептуальные вопросы

1: Обсудите, как связаны разность потенциалов и напряженность электрического поля.Приведите пример.

2: Какова напряженность электрического поля в области с постоянным электрическим потенциалом?

3: Будет ли отрицательный заряд, первоначально находящийся в состоянии покоя, двигаться к более высокому или более низкому потенциалу? Объяснить, почему.

Задачи и упражнения

1: Покажите, что единицы измерения напряженности электрического поля В / м и Н / К действительно эквивалентны.

2: Какова напряженность электрического поля между двумя параллельными проводящими пластинами, разделенными 1.00 см и имеющая разность потенциалов (напряжение) между ними 1,50 x 10 ⁴ В ?

3: Напряженность электрического поля между двумя параллельными проводящими пластинами, разделенными расстоянием 4,00 см, составляет 7,50 x 10 ⁴ В / м . а) Какова разница потенциалов между пластинами? (b) Считается, что пластина с самым низким потенциалом находится под нулевым вольт. Каков потенциал 1,00 см от этой пластины (и 3,00 см от другой)?

4: Насколько далеко друг от друга находятся две проводящие пластины с напряженностью электрического поля, равной 4?50 x 10 ³ В / м между ними, если их разность потенциалов составляет 15,0 кВ?

5: (a) Будет ли напряженность электрического поля между двумя параллельными проводящими пластинами превышать сопротивление пробою для воздуха, которое составляет 3,0 x 10 ⁶ В / м , если пластины разделены на 2,00 мм и разностью потенциалов 5,0 x 10 ³ В прилагается? (б) Насколько близко друг к другу могут быть пластины при приложенном напряжении?

6: Напряжение на мембране, образующей клеточную стенку, равно 80.0 мВ и толщина мембраны 9,00 нм. Какая напряженность электрического поля? (Значение на удивление велико, но верно. Мембраны обсуждаются в разделах «Конденсаторы, диэлектрики и электрокардиограммы».) Вы можете предположить, что электрическое поле однородное.

7: Мембранные стенки живых клеток имеют удивительно большие электрические поля через них из-за разделения ионов. (Мембраны более подробно обсуждаются в главе 20.7 Нервная проводимость — Электрокардиограммы.) Какое напряжение на 8.Мембрана толщиной 00 нм, если напряженность электрического поля на ней составляет 5,50 МВ / м? Вы можете предположить однородное электрическое поле.

8: Две параллельные проводящие пластины разделены расстоянием 10,0 см, и предполагается, что одна из них имеет нулевое напряжение. (а) Какова напряженность электрического поля между ними, если потенциал 8,00 см от нулевой пластины (и 2,00 см от другой) составляет 450 В? б) Какое напряжение между пластинами?

9: Найдите максимальную разность потенциалов между двумя параллельными проводящими пластинами, разделенными расстоянием 0.500 см в воздухе при максимальной устойчивой напряженности электрического поля в воздухе 3,0 x 10 ⁶ В / м .

10: Двухзарядный ион ускоряется до энергии 32,0 кэВ электрическим полем между двумя параллельными проводящими пластинами, разделенными 2,00 см. Какая напряженность электрического поля между пластинами?

11: Электрон должен быть ускорен в однородном электрическом поле, имеющем напряженность 2 ,0 x 10 ⁶ В / м .(а) Какая энергия в кэВ передается электрону, если он ускоряется на 0,400 м? (б) На какое расстояние его нужно будет ускорить, чтобы увеличить его энергию на 50,0 ГэВ?

Глоссарий

скаляр: физическая величина с величиной, но без направления

вектор: физическая величина с величиной и направлением

Решения

Задачи и упражнения

3: (а) 3.00 кВ. (б) 750 В

5: (a) Нет. Напряженность электрического поля между пластинами составляет 2,5 x 10 ⁶ В / м , что ниже, чем сопротивление пробою для воздуха 3,0 x 10 ⁶ В / м . (б) 1,7 мм

7: 44,0 мВ

9: 15 кВ

11: (а) 800 кэВ (б) 25.0 км

Статическое электрическое поле (0 Гц)

Характеристики поля и его использование

Статические электрические поля — это постоянные поля, которые не меняются по интенсивности или направлению со временем, в отличие от переменных полей низкой и высокой частоты.Следовательно, статические электрические поля имеют частоту 0 Гц. Они действуют на заряды или заряженные частицы.

Сила статического электрического поля выражается в вольтах на метр (В / м). Сила естественного электрического поля в атмосфере колеблется от примерно 100 В / м в хорошую погоду до нескольких тысяч В / м под грозовыми облаками. Другими источниками статических электрических полей являются разделение зарядов в результате трения или статических электрических токов от различных технологий. В домашних условиях зарядовые потенциалы в несколько киловольт могут накапливаться при ходьбе по непроводящему ковру, создавая локальные поля до 500 кВ / м.Линии электропередачи постоянного тока высокого напряжения могут создавать статические электрические поля до 20 кВ / м и более. Внутри электропоездов постоянного тока могут быть статические электрические поля до 300 В / м.

Воздействие статических электрических полей на тело и последствия для здоровья

Статические электрические поля не проникают в тело человека из-за его высокой проводимости. Электрическое поле индуцирует поверхностный электрический заряд, который, если он достаточно велик, может быть воспринят через его взаимодействие с волосами на теле и через другие явления, такие как искровые разряды (микрошоки).Порог восприятия у людей зависит от различных факторов и может составлять от 10 до 45 кВ / м. Кроме того, очень сильные электрические поля, например, от линий постоянного тока высокого напряжения, могут заряжать частицы в воздухе, в том числе загрязненные. Была выдвинута гипотеза, что заряженные частицы могут лучше поглощаться легкими, чем незаряженные, и, таким образом, повышать подверженность людей загрязнению воздуха. Однако современные знания показывают, что повышенный риск для здоровья от такого заряда частиц очень маловероятен.

В целом, ограниченное количество лабораторных исследований на животных и людях, в которых изучались эффекты воздействия статических электрических полей, не предоставило доказательств неблагоприятного воздействия на здоровье.

Защита

Единственно установленный эффект для здоровья — возможный стресс в результате длительного воздействия микрошоков. Национальные органы власти могут внедрять программы, которые защищают как население, так и рабочих от любого нежелательного воздействия статического электричества и предотвращают дискомфорт от электрического разряда в тканях тела.

Разное