המאפיינים והמאפיינים של השדה החשמלי נחקרים על ידי כמעט כל המומחים הטכניים. אבל קורס באוניברסיטה כתוב לרוב בשפה מורכבת ובלתי מובנת. לכן במסגרת המאמר יתוארו מאפיינים של שדות חשמליים בצורה נגישה כך שכל אדם יוכל להבין אותם. בנוסף, נקדיש תשומת לב מיוחדת למושגים הקשורים זה בזה (סופרפוזיציה) ולאפשרויות הפיתוח של תחום זה בפיזיקה.
מידע כללי
לפי מושגים מודרניים, מטענים חשמליים אינם מקיימים אינטראקציה ישירה זה עם זה. מכאן עולה תכונה מעניינת. אז, לכל גוף טעון יש שדה חשמלי משלו בחלל שמסביב. זה משפיע על ישויות אחרות. המאפיינים של שדות חשמליים מעניינים אותנו מכיוון שהם מראים את השפעת השדה על מטענים חשמליים והכוח שבו הוא מתבצע. איזו מסקנה אפשר להסיק מכך? לגופים מואשמים אין השפעה ישירה הדדית. לשם כך משתמשים בשדות חשמליים. כיצד ניתן לחקור אותם? לשם כך, אתה יכול להשתמש במטען בדיקה - קרן חלקיקים קטנה, וזה לאתהיה השפעה משמעותית על המבנה הקיים. אז מה הם המאפיינים של השדה החשמלי? יש שלושה מהם: מתח, מתח ופוטנציאל. לכל אחד מהם מאפיינים משלו ותחומי השפעה משלו על החלקיקים.
שדה חשמלי: מה זה?
אבל לפני שתעבור לנושא המרכזי של המאמר, אתה צריך להיות בעל כמות מסוימת של ידע. אם כן, אז ניתן לדלג בבטחה על חלק זה. ראשית, נבחן את שאלת הסיבה לקיומו של שדה חשמלי. כדי שזה יהיה, יש צורך בתשלום. יתרה מכך, תכונות החלל בו שוכן הגוף הטעון חייבות להיות שונות מאלה שבהן אינו קיים. יש כאן תכונה כזו: אם מטען ממוקם במערכת קואורדינטות מסוימת, אז השינויים לא יתרחשו באופן מיידי, אלא רק במהירות מסוימת. הם, כמו גלים, יתפשטו בחלל. זה ילווה בהופעת כוחות מכניים הפועלים על נשאים אחרים במערכת הקואורדינטות הזו. והנה הגענו לעיקר! הכוחות המתעוררים אינם תוצאה של השפעה ישירה, אלא של אינטראקציה באמצעות סביבה ששונתה מבחינה איכותית. המרחב שבו מתרחשים שינויים כאלה נקרא השדה החשמלי.
תכונות
מטען שנמצא בשדה חשמלי נע בכיוון הכוח שפועל עליו. האם ניתן להגיע למצב של מנוחה? כן, זה די אמיתי. אבל בשביל זה, חוזק השדה החשמלי חייב להיות מאוזן על ידי אחדיםהשפעה אחרת. ברגע שמתרחש חוסר האיזון, המטען מתחיל לזוז שוב. הכיוון במקרה זה יהיה תלוי בכוח הגדול יותר. למרות שאם יהיו הרבה כאלה, התוצאה הסופית תהיה משהו מאוזן ואוניברסלי. כדי לדמיין טוב יותר עם מה אתה צריך לעבוד, מתוארים קווי כוח. הכיוונים שלהם תואמים את הכוחות הפועלים. יש לציין כי לקווי כוח יש גם התחלה וגם סוף. במילים אחרות, הם לא סוגרים על עצמם. הם מתחילים בגופים טעונים חיובית ומסתיימים בגופים שליליים. זה לא הכל, ביתר פירוט על קווי הכוח, הרקע התיאורטי שלהם ויישומם המעשי, נדבר עוד קצת בטקסט ונבחן אותם יחד עם חוק קולומב.
חוזק שדה חשמלי
תכונה זו משמשת לכימות השדה החשמלי. זה די קשה להבנה. מאפיין זה של השדה החשמלי (חוזק) הוא גודל פיזיקלי השווה ליחס בין כוח הפעולה על מטען בדיקה חיובי, הנמצא בנקודה מסוימת במרחב, לערכו. יש כאן היבט אחד מיוחד. כמות פיזיקלית זו היא וקטור. הכיוון שלו עולה בקנה אחד עם כיוון הכוח הפועל על מטען הבדיקה החיובי. כדאי גם לענות על שאלה אחת מאוד נפוצה ולשים לב שהחוזק המאפיין את השדה החשמלי הוא בדיוק העוצמה. ומה קורה לנושאים חסרי תנועה ובלתי משתנים? השדה החשמלי שלהם נחשב אלקטרוסטטי. כאשר עובדים עם טעינה נקודתית והעניין בחקר המתח מסופק על ידי קווי כוח וחוק קולומב. אילו תכונות קיימות כאן?
חוק קולומב וקווי הכוח
הכוח המאפיין את השדה החשמלי במקרה זה פועל רק עבור מטען נקודתי, שנמצא במרחק של רדיוס מסוים ממנו. ואם ניקח את הערך הזה modulo, אז יהיה לנו שדה קולומב. בו, כיוון הווקטור תלוי ישירות בסימן המטען. לכן, אם הוא חיובי, אז השדה "יזוז" לאורך הרדיוס. במצב הפוך, הווקטור יופנה ישירות למטען עצמו. להבנה ויזואלית של מה קורה ואיך, תוכלו למצוא ולהכיר את הציורים המראים את קווי הכוח. המאפיינים העיקריים של השדה החשמלי בספרי לימוד, למרות שקשה להסביר אותם, אבל הציורים, יש לתת להם את המגיע להם, הם באיכות גבוהה. נכון, יש לשים לב לתכונה כזו של ספרים: בעת בניית שרטוטים של קווי כוח, הצפיפות שלהם פרופורציונלית למודולוס וקטור המתח. זהו רמז קטן שיכול להיות לעזר רב בבקרת הידע או הבחינה.
פוטנציאל
המטען זז תמיד כשאין איזון כוחות. זה אומר לנו שבמקרה זה לשדה החשמלי יש אנרגיה פוטנציאלית. במילים אחרות, זה יכול לעשות קצת עבודה. בואו נסתכל על דוגמה קטנה. שדה חשמלי העביר מטען מנקודהובב' כתוצאה מכך יש ירידה באנרגיה הפוטנציאלית של השדה. זה קורה כי העבודה נעשתה. מאפיין כוח זה של השדה החשמלי לא ישתנה אם התנועה נעשתה בהשפעה חיצונית. במקרה זה, האנרגיה הפוטנציאלית לא תפחת, אלא תגדל. יתרה מכך, מאפיין פיזי זה של השדה החשמלי ישתנה ביחס ישר לכוח החיצוני המופעל, שהניע את המטען בשדה החשמלי. יש לציין שבמקרה זה כל העבודה שתבוצע תוקדש להגדלת האנרגיה הפוטנציאלית. כדי להבין את הנושא, ניקח את הדוגמה הבאה. אז יש לנו מטען חיובי. הוא ממוקם מחוץ לשדה החשמלי שנבחן. בשל כך, ההשפעה כה קטנה שניתן להתעלם ממנה. נוצר כוח חיצוני, שמכניס מטען לשדה החשמלי. היא עושה את העבודה הדרושה כדי לזוז. במקרה זה, מתגברים על כוחות השדה. כך נוצר פוטנציאל פעולה, אבל כבר בשדה החשמלי עצמו. יש לציין שזה עשוי להיות אינדיקטור הטרוגני. אז, האנרגיה המתייחסת לכל יחידה ספציפית של מטען חיובי נקראת הפוטנציאל של השדה באותה נקודה. זה שווה מספרית לעבודה שנעשתה על ידי כוח חיצוני כדי להעביר את הנושא למקום נתון. פוטנציאל השדה נמדד בוולט.
Voltage
בכל שדה חשמלי, אתה יכול לראות כיצד מטענים חיוביים "נודדים" מנקודות בעלות פוטנציאל גבוה לאלו שיש להם ערכים נמוכים של פרמטר זה.השליליים הולכים בדרך זו בכיוון ההפוך. אבל בשני המקרים זה קורה רק בגלל נוכחות של אנרגיה פוטנציאלית. המתח מחושב ממנו. לשם כך, יש צורך לדעת את הערך שבאמצעותו האנרגיה הפוטנציאלית של השדה הפכה קטנה יותר. המתח שווה מספרית לעבודה שנעשתה להעברת מטען חיובי בין שתי נקודות ספציפיות. אפשר לראות מזה התכתבות מעניינת. אז, הבדלי מתח והפוטנציאל במקרה זה הם אותה ישות פיזית.
סופרפוזיציה של שדות חשמליים
לכן, שקלנו את המאפיינים העיקריים של השדה החשמלי. אך על מנת להבין טוב יותר את הנושא, אנו מציעים לשקול בנוסף מספר פרמטרים שעשויים להיות חשובים. ונתחיל בסופרפוזיציה של שדות חשמליים. בעבר שקלנו מצבים שבהם היה רק אישום ספציפי אחד. אבל יש הרבה כאלה בשדות! לכן, בהתחשב במצב קרוב למציאות, בואו נדמיין שיש לנו כמה אישומים. ואז מתברר שכוחות המצייתים לכלל התוספת הווקטורית יפעלו על הנבדק. כמו כן, עקרון הסופרפוזיציה אומר שניתן לחלק תנועה מורכבת לשניים או יותר פשוטים. אי אפשר לפתח מודל תנועה ריאליסטי מבלי לקחת בחשבון סופרפוזיציה. במילים אחרות, החלקיק שאנו שוקלים בתנאים קיימים מושפע ממטענים שונים, שלכל אחד מהם יש משלו.שדה חשמלי.
השתמש
יש לציין שכעת האפשרויות של השדה החשמלי אינן מנוצלות במלוא הפוטנציאל שלהן. אפילו, נכון יותר לומר, הפוטנציאל שלו כמעט לא מנוצל על ידינו. ניתן לציין את הנברשת של צ'יז'בסקי כיישום מעשי של האפשרויות של השדה החשמלי. מוקדם יותר, באמצע המאה הקודמת, האנושות החלה לחקור את החלל. אבל למדענים היו הרבה שאלות לא פתורות. אחד מהם הוא אוויר ומרכיביו המזיקים. המדען הסובייטי צ'יז'בסקי, שבמקביל התעניין באנרגיה האופיינית לשדה החשמלי, נטל את פתרון הבעיה. ויש לציין שהוא קיבל התפתחות ממש טובה. מכשיר זה התבסס על הטכניקה של יצירת זרימות אוויר אווירוניות עקב פריקות קטנות. אבל במסגרת המאמר, אנו מתעניינים לא כל כך במכשיר עצמו, אלא בעיקרון פעולתו. העובדה היא שלתפקוד הנברשת Chizhevsky, לא נעשה שימוש במקור כוח נייח, אלא בשדה חשמלי! נעשה שימוש בקבלים מיוחדים לריכוז האנרגיה. האנרגיה האופיינית לשדה החשמלי של הסביבה השפיעה באופן משמעותי על הצלחת המכשיר. כלומר, המכשיר הזה פותח במיוחד עבור חלליות, שממש עמוסות באלקטרוניקה. הוא הופעל על ידי תוצאות הפעילות של מכשירים אחרים המחוברים למקורות כוח קבועים. יש לציין שהכיוון לא נזנח, ונבדקת כעת האפשרות לקחת אנרגיה מהשדה החשמלי. אֶמֶת,יש לציין שטרם הושגה התקדמות משמעותית. כמו כן, יש לשים לב להיקף הקטן יחסית של המחקר המתמשך, ולעובדה שרובם מתבצעים על ידי ממציאים מתנדבים.
מהם המאפיינים של שדות חשמליים המושפעים מהם?
למה ללמוד אותם? כפי שהוזכר קודם לכן, המאפיינים של שדה חשמלי הם חוזק, מתח ופוטנציאל. בחייו של אדם רגיל, פרמטרים אלה אינם יכולים להתפאר בהשפעה משמעותית. אבל כשעולות שאלות שצריך לעשות משהו גדול ומורכב, אז לא להתחשב בהן זה מותרות. העובדה היא שמספר מופרז של שדות אלקטרוניים (או עוצמתם המוגזמת) מוביל להפרעה בהעברת אותות על ידי ציוד. זה מוביל לעיוות של המידע המועבר. יש לציין שזו לא הבעיה היחידה מסוג זה. בנוסף לרעש הלבן של הטכנולוגיה, שדות אלקטרוניים חזקים מדי יכולים גם להשפיע לרעה על תפקוד גוף האדם. יצוין כי יינון קטן של החדר נחשב עדיין לברכה, שכן הוא תורם לשקיעת אבק על משטחי בית אדם. אבל אם מסתכלים כמה כל מיני ציוד (מקררים, טלוויזיות, דוודים, טלפונים, מערכות חשמל וכדומה) יש בבתים שלנו, נוכל להסיק שאבוי, זה לא טוב לבריאות שלנו. יש לציין כי המאפיינים הנמוכים של שדות חשמליים כמעט ואינם מזיקים לנו, שכן להאנושות כבר מזמן רגילה לקרינה קוסמית. אבל קשה לומר על אלקטרוניקה. כמובן, לא ניתן יהיה לסרב לכל זה, אך ניתן למזער בהצלחה את ההשפעה השלילית של שדות חשמליים על גוף האדם. לשם כך, אגב, די ליישם את העקרונות של שימוש יעיל באנרגיה בטכנולוגיה, המספקים מזעור זמן ההפעלה של מנגנונים.
מסקנה
בדקנו מהי הכמות הפיזית המאפיינת את השדה החשמלי, היכן משתמשים במה, מה הפוטנציאל של פיתוחים ויישומם בחיי היומיום. אבל בכל זאת הייתי רוצה להוסיף כמה מילים אחרונות על הנושא. יש לציין שמספר די גדול של אנשים התעניינו בהם. אחד העקבות הבולטים בהיסטוריה הושאר על ידי הממציא הסרבי המפורסם ניקולה טסלה. בכך הוא הצליח להגיע להצלחה לא מבוטלת בכל הנוגע ליישום תכניותיו, אך, אבוי, לא בהיבט של התייעלות אנרגטית. לכן, אם יש רצון לעבוד בכיוון הזה, יש הרבה הזדמנויות שלא נמצאו.
