§ 2. напряженность электронного поля, электронное поле, электронный потенциал и напряжение
Напряженность электронного поля. Физическая природа электронного поля и его графическое изображение. В пространстве вокруг электрически заряженного тела существует электронное поле, представляющее собой один из видов материи. Электронное поле обладает припасом электронной энергии, которая проявляется в виде электронных сил, действующих на находящиеся в поле заряженные тела.
Рис. 4. Простые электронные поля: а - одиночных положительного и отрицательного зарядов; б - 2-ух разноименных зарядов; в - 2-ух одноименных зарядов; г - 2-ух параллельных и разноименно заряженныx пластинок (однородное поле)
Электронное поле условно изображают в виде электронных силовых линий, которые демонстрируют направления деяния электронных сил, создаваемых полем. Принято направлять силовые полосы в ту сторону, в которую двигалась бы в электронном поле положительно заряженная частичка. Как показано на рис. 4, электронные силовые полосы расползаются в различные стороны от положительно заряженных тел и сходятся у тел, владеющих отрицательным зарядом. Поле, сделанное 2-мя плоскими разноименно заряженными параллельными пластинами (рис. 4, г), именуется однородным .
Электронное поле можно сделать видимым, если поместить в него взвешенные в водянистом масле частицы гипса: они поворачиваются повдоль поля, располагаясь по его силовым линиям (рис. 5).
Напряженность электронного поля. Электронное поле действует на внесенный в него заряд q (рис. 6) с некой силой F. Как следует, об интенсивности электронного поля можно судить по значению силы, с которой притягивается либо отталкивается некий электронный заряд, принятый за единицу. В электротехнике интенсивность поля охарактеризовывают напряженностью электронного 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 рассредотачивания силовых линий электронного поля: а – заряженный шар; б – разноименно заряженные шары; в – разноименно заряженные параллельные пластинки
Поле с большой напряженностью Е изображается графически силовыми линиями большой густоты; поле с малой напряженностью — изредка расположенными силовыми линиями. По мере удаления от заряженного тела силовые полосы электронного поля размещаются пореже, т. е. напряженность поля миниатюризируется (см. рис. 4 а,б и в). Исключительно в однородном электронном поле (см. рис. 4, г) напряженность схожа во всех его точках.
Рис. 6. Схема деяния электронного поля на внесенный в него электронный заряд q
Электронный потенциал. Электронное поле обладает определенным припасом энергии, т. е. способностью совершать работу. Как понятно, энергию можно также накопить в пружине, зачем ее необходимо сжать либо растянуть. За счет этой энергии можно получить определенную работу. Если высвободить один из концов пружины, то он сумеет переместить на некое расстояние связанное с этим концом тело. Точно так же энергия электронного поля может быть реализована, если внести в него какой-нибудь заряд. Под действием сил поля этот заряд будет передвигаться по направлению силовых линий, совершая определенную работу.
Для свойства энергии, запасенной в каждой точке электронного поля, введено особое понятие — электронный потенциал. Электронный потенциал ? поля в данной точке равен работе, которую могут совершить силы этого поля при перемещении единицы положительного заряда из этой точки за границы поля.
Понятие электронного потенциала аналогично понятию уровня для разных точек земной поверхности. Разумеется, что для подъема локомотива в точку Б (рис. 7) необходимо затратить огромную работу, чем для подъема его в точку А. Потому локомотив, поднятый на уровень Н2, при спуске сумеет совершить огромную работу, чем локомотив, поднятый на уровень Н2 За нулевой уровень, от которого делается отсчет высоты, принимают обычно уровень моря.
Рис. 7. Разность уровней в поле земного тяготения
Рис. 8. Разность потенциалов U меж точками А и Б электронного поля определяет работу, которая затрачивается на перемещение заряда q меж этими точками
Точно так же за нулевой потенциал условно принимают потенциал, который имеет поверхность земли.
Электронное напряжение. Разные точки электронного поля владеют различными потенциалами. Обычно нас не много интересует абсолютная величина потенциалов отдельных точек электронного поля, но нам очень принципиально знать разность потенциалов ?1—?2 меж 2-мя точками поля А и Б (рис. 8). Разность потенциалов ?1 и ?2 2-ух точек поля охарактеризовывает собой работу, затрачиваемую силами поля на перемещение единичного заряда из одной точки поля с огромным потенциалом в другую точку с наименьшим потенциалом. Точно так же нас на практике не достаточно заинтересовывают абсолютные высоты Н1и Н2 точек А и Б над уровнем моря (см. рис. 7), но для нас принципиально знать разность уровней И меж этими точками, потому что на подъем локомотива из точки А в точку Б нужно затратить работу, зависящую от величины Я. Разность потенциалов меж 2-мя точками поля носит заглавие электронного напряжения. Электронное напряжение обозначают буковкой U (и). Оно численно равно отношению работы W, которую необходимо затратить на перемещение положительного заряда q из одной точки поля в другую, к этому заряду, т. е.
U = W / q (2)
Как следует, напряжение U, действующее меж разными точками электронного поля, охарактеризовывает запасенную в этом поле энергию, которая может быть отдана методом перемещения меж этими точками электронных зарядов.
Электронное напряжение — важная электронная величина, позволяющая вычислять работу и мощность, развиваемую при перемещении зарядов в электронном поле. Единицей электронного напряжения служит вольт (В). В технике напряжение время от времени определяют в тысячных толиках вольта — милливольтах (мВ) и миллионных толиках вольта — микровольтах (мкВ). Для измерения больших напряжений пользуются более большими единицами — киловольтами (кВ) — тыщами вольт.
Напряженность электронного поля при однородном поле представляет собой отношение электронного напряжения, действующего меж 2-мя точками поля, к расстоянию l меж этими точками:
E = U / l (3)
Напряженность электронного поля определяют 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 неких случаях используют более большие единицы измерения напряженности поля В/см (100 В/м) и В/мм (1000 В/м).
