Pomozite razvoju web mjesta, dijelite članak s prijateljima!
Električno polje je prostor u kojem električna sila djeluje na nabijena tijela. Jakost električnog polja omogućuje nam predviđanje koliko će ta sila biti jaka. Ali možete li nacrtati električno polje? Ili barem zamislite?
Teško je zamisliti električno polje. Probni naboj postavljen na određenu točku u prostoru podvrgnut je određenoj sili. U drugoj točki prostora, druga sila djeluje na isti električni naboj: različite veličine i u drugom smjeru. U svakoj točki električnog polja - a takvih je točaka beskonačno mnogo - djeluje neka sila.
A ipak kažemo da polje postoji čak i ako ne postoji električni naboj na koji sile djeluju. Beskonačan broj sila koje još ne postoje, ali koje će se pojaviti kada se pojavi električni naboj - to nije nešto što je lako dokučiti maštom (slika 1.). Uvođenje koncepta jakosti polja, koji govori koja sila ne djeluje na bilo koji električni naboj, već na jedan pozitivan naboj, ne pomaže puno.
Riža. 1. Beskonačan broj električnih sila. Ne izgleda baš dobro Međutim, postoji elegantan način za grafički prikaz električnog polja. Naravno, nije savršen i ne prikazuje sve aspekte električnog polja. Ali je jednostavan i privlačan za maštu, kao i svestran. Može se koristiti za vizualizaciju ne samo električnog polja, već i magnetskog polja, gravitacijskog polja i bilo kojeg drugog vektorskog polja. Govorimo o linijama polja (slika 2.).
Riža. 2. Lako možemo zamisliti silnice električnog polja
Što su linije električnog polja? Ovo su linije koje pokazuju u kojem smjeru električna sila djeluje u određenoj točki polja na električni naboj koji se tamo nalazi, i, osim toga, daju predodžbu o veličini te sile.
Evo značajki koje su karakteristične za linije električnog polja:
- Linije električnog polja nacrtane su tako da je vektor sile koji djeluje na električni naboj smješten u polju uvijek usmjeren tangencijalno na njih.
- Linije električnog polja su usmjerene (sl. 3.), odnosno imaju izražen karakter. Ovaj smjer odgovara smjeru sile koja djeluje na pozitivni električni naboj smješten u polju. Naboj (stvarni ili imaginarni) kojim određujemo smjer linija električnog polja naziva se ispitni naboj. Imajte na umu da se pretpostavlja da je to pozitivan naboj.Sila koja djeluje na negativni naboj imat će smjer suprotan od linija električnog polja.
- Linije električnog polja povlače se to gušće što je veća jakost polja u određenom području.
- Pozitivan naboj će se kretati duž linija polja ako ga postavimo na danu točku i ne damo mu nikakvu brzinu.
Riža. 3. Crne linije su linije električnog polja. Narančaste strelice predstavljaju vektore jakosti električnog polja (sila koja djeluje na jedinični pozitivni naboj) u različitim točkama. Imajte na umu da je u svakoj točki sila tangenta na silnice polja.
Linije električnog polja mogu se zamisliti u tri dimenzije, na primjer, protežući se u svim smjerovima od električki nabijene kugle (slika 4.).
Riža. 4. Linije električnog polja u tri dimenzije
Međutim, najčešće vidimo silnice električnog polja u ravnini: list papira, ekran monitora. Uvijek je važno zapamtiti da se električno polje proteže kroz sve tri dimenzije, a presjek ili projekcija u dvije dimenzije je pojednostavljenje koje koristimo da bismo ga lakše grafički prikazali.
Još jedno pojednostavljenje je da linije polja ne pokrivaju cijeli prostor ili ravninu crteža. Međutim, snaga je prisutna posvuda, pa tako i u prazninama između iscrtanih linija! Linije polja povučene su dovoljno gusto da daju ideju o smjeru sila polja u svakoj točki; međutim, ako su nacrtani pretijesno, to bi potamnilo crtež.
Još jedna važna činjenica o linijama električnog polja, koja proizlazi iz zakona elektriciteta i magnetizma, je da sve dok su električni naboji koji stvaraju električno polje stacionarni (tada govorimo o elektrostatičkom polju), električni linije polja nikada ne tvore zatvorene krugove; ne završavaju niti počinju nigdje - linije električnog polja uvijek počinju s pozitivnim električnim nabojem, a završavaju s negativnim električnim nabojem (Sl.5).
Riža. 5. Linije elektrostatičkog polja uvijek "napuštaju" pozitivan naboj i "ulaze" u negativni naboj. Nikada ne završavaju niti počinju u praznom prostoru.
Da vidimo kako linije polja izgledaju u praksi, na primjeru polja oko pozitivnog točkastog naboja.
Primjer
Ilustrirajte električno polje oko pozitivnog točkastog naboja pomoću linija električnog polja.
Rješenje:
Počnimo s oznakom točkastog naboja, koji je izvor polja. Coulombov zakon kaže da je sila elektrostatske interakcije između dva točkasta električna naboja uvijek usmjerena duž ravne crte koja povezuje električne naboje. Stoga, da bi linije električnog polja bile tangente na vektor sile u svakoj točki, one moraju biti ravne linije koje proizlaze iz izvora električnog naboja (Sl.6.).
Riža. 6. Ravne linije koje izlaze iz izvora električnog naboja
Budući da imamo posla s pozitivnim nabojem, sila koja djeluje na pozitivni ispitni električni naboj postavljen u električno polje koje se ispituje bit će odbojna sila. Stoga su linije polja usmjerene “prema van” (Sl. 7.):
Riža. 7. Linije električnog polja usmjerene su prema van
Imajte na umu da su nacrtane linije električnog polja koncentriranije bliže točkastom naboju (kvadrat "a" ) koji je njihov izvor. Budući da "gustoću" linija tumačimo kao vrijednost jakosti polja, to nam daje intuiciju da polje oko točkastog naboja slabi (kvadrat "b" ) kako se udaljavamo od tog električnog naboja (u slučaju linije polja nacrtane u ravnini, međutim, "gustoća" linija nije matematički točna mjera jakosti polja).