Une charge électrique placée à un certain point dans l'espace modifie les propriétés de cet espace. C'est-à-dire que la charge se génère autour d'elle-même champ électrique. Un champ électrostatique est un type particulier de matière.

Le champ électrostatique qui existe autour des corps chargés immobiles agit sur la charge avec une certaine force, près de la charge, il est plus fort.
Le champ électrostatique ne change pas avec le temps.
La caractéristique de puissance du champ électrique est l'intensité

L'intensité du champ électrique en un point donné est une grandeur physique vectorielle numériquement égale à la force agissant sur une charge positive unitaire placée dans point donné des champs.

Si une charge d'essai est soumise à des forces provenant de plusieurs charges, alors ces forces sont indépendantes par le principe de superposition des forces, et la résultante de ces forces est égale à la somme vectorielle des forces. Le principe de superposition (superposition) des champs électriques: L'intensité du champ électrique d'un système de charges en un point donné de l'espace est égale à la somme vectorielle des intensités de champ électrique créées en un point donné de l'espace par chaque charge du système séparément:

ou alors

Le champ électrique est commodément représenté graphiquement à l'aide de lignes de force.

Les lignes de force (lignes d'intensité du champ électrique) sont appelées lignes, tangentes auxquelles en chaque point du champ coïncident avec la direction du vecteur d'intensité en un point donné.

Les lignes de force commencent sur une charge positive et se terminent sur une charge négative (Lignes de force des champs électrostatiques de charges ponctuelles.).

La densité des lignes de tension caractérise l'intensité du champ (plus les lignes sont denses, plus le champ est fort).

Le champ électrostatique d'une charge ponctuelle n'est pas uniforme (le champ est plus fort plus près de la charge).

Lignes de force de champs électrostatiques de plans infinis uniformément chargés.
Le champ électrostatique des plans infinis uniformément chargés est uniforme. Un champ électrique dont l'intensité est la même en tout point est dit homogène.

Lignes de force des champs électrostatiques de deux charges ponctuelles.

Potentiel - énergie caractéristique du champ électrique.

Potentiel- une grandeur physique scalaire égale au rapport de l'énergie potentielle que possède une charge électrique en un point donné du champ électrique à la grandeur de cette charge.
Le potentiel montre quelle énergie potentielle aura une charge positive unitaire placée à un point donné du champ électrique. φ=W/q
où φ est le potentiel en un point donné du champ, W est l'énergie potentielle de la charge en un point donné du champ.
Pour l'unité de mesure du potentiel dans le système SI, prendre [φ] = V(1V = 1J/C)
L'unité de potentiel est prise comme le potentiel en un tel point, pour déplacer à l'infini une charge électrique de 1 C, il faut faire un travail égal à 1 J.
Compte tenu du champ électrique créé par le système de charges, il convient d'utiliser pour déterminer le potentiel de champ Principe de superposition:
Le potentiel du champ électrique d'un système de charges en un point donné de l'espace est égal à la somme algébrique des potentiels des champs électriques créés en un point donné de l'espace par chaque charge du système séparément :
Une surface imaginaire dans laquelle le potentiel prend la même valeur en tous points est appelée surface équipotentielle. Lors du déplacement d'une charge électrique d'un point à l'autre le long de la surface équipotentielle, son énergie ne change pas. Un nombre infini de surfaces équipotentielles pour un champ électrostatique donné peut être construit.
Le vecteur d'intensité en chaque point du champ est toujours perpendiculaire à la surface équipotentielle passant par le point donné du champ.

Un champ électrique est un champ vectoriel qui agit autour des particules qui ont une charge électrique. Il fait partie du champ électromagnétique. Elle se caractérise par l'absence de visualisation réelle. Il est invisible et ne peut être vu que comme le résultat d'une action de force, à laquelle réagissent d'autres corps chargés aux pôles opposés.

Comment fonctionne un champ électrique ?

En fait, le champ est un état particulier de la matière. Son action se manifeste par l'accélération de corps ou de particules chargés électriquement. Ses caractéristiques comprennent:

• Action uniquement en présence d'une charge électrique.
• Pas de frontières.
• La présence d'une certaine quantité d'impact.
• La possibilité de déterminer uniquement par le résultat de l'action.

Le champ est inextricablement lié aux charges qui se trouvent dans une particule ou un corps particulier. Il peut être formé dans deux cas. Le premier prévoit son apparition autour des charges électriques, et le second lors du déplacement des ondes électromagnétiques, lorsque le champ électromagnétique change.

Les champs électriques agissent sur les particules chargées électriquement qui sont stationnaires par rapport à l'observateur. En conséquence, ils gagnent en puissance. Un exemple de l'impact du champ peut être observé dans la vie de tous les jours. Pour ce faire, il suffit de créer une charge électrique. Les manuels de physique en offrent l'exemple le plus simple, lorsqu'un diélectrique est frotté contre un produit en laine. Il est tout à fait possible d'obtenir un champ en prenant un stylo à bille en plastique et en le frottant contre vos cheveux. Une charge se forme à sa surface, ce qui entraîne l'apparition d'un champ électrique. En conséquence, le stylo attire les petites particules. S'il est présenté à des morceaux de papier finement déchirés, ils seront attirés par lui. Le même résultat peut être obtenu avec un peigne en plastique.

Un exemple domestique de la manifestation d'un champ électrique est la formation de petits éclairs lumineux lors du retrait de vêtements en matières synthétiques. En raison de leur présence sur le corps, les fibres diélectriques accumulent des charges autour d'elles. Lors du retrait d'un tel vêtement, le champ électrique est soumis à diverses forces d'influence, ce qui conduit à la formation d'éclairs lumineux. Cela est particulièrement vrai pour les vêtements d'hiver, en particulier les pulls et les écharpes.

Propriétés du champ

Pour caractériser le champ électrique, 3 indicateurs sont utilisés :

• Potentiel.
• Tension.
• Tension.

Potentiel

Cette propriété est l'une des principales. Le potentiel indique la quantité d'énergie stockée utilisée pour déplacer les charges. Au fur et à mesure qu'ils se déplacent, l'énergie est gaspillée, s'approchant progressivement de zéro. Une analogie claire de ce principe peut être un ressort en acier ordinaire. Dans une position calme, il n'a aucun potentiel, mais seulement jusqu'à ce qu'il soit comprimé. D'un tel impact, il reçoit l'énergie de contre-action, donc, après la cessation de l'influence, il se déroulera définitivement. Lorsque le ressort est relâché, il se redresse instantanément. S'il y a des objets sur son chemin, elle commencera à les déplacer. Revenant directement au champ électrique, le potentiel peut être comparé aux efforts appliqués pour se redresser.

Le champ électrique a une énergie potentielle, ce qui le rend capable d'effectuer une certaine action. Mais en déplaçant la charge dans l'espace, elle épuise sa ressource. Dans le même cas, si le mouvement de la charge à l'intérieur du champ est effectué sous l'influence d'une force externe, le champ non seulement ne perd pas son potentiel, mais le reconstitue également.

Aussi, pour une meilleure compréhension de cette valeur, un autre exemple peut être donné. Supposons qu'une petite charge chargée positivement soit située bien au-delà de la portée du champ électrique. Cela le rend complètement neutre et exclut tout contact mutuel. Si, à la suite de l'action d'une force externe, la charge se déplace vers le champ électrique, alors, ayant atteint sa limite, elle sera entraînée dans une nouvelle trajectoire. L'énergie du champ dépensée sur l'influence par rapport à la charge en un certain point d'influence sera appelée le potentiel en ce point.

L'expression du potentiel électrique s'effectue au travers de l'unité de mesure Volt.

tension

Cette mesure est utilisée pour quantifier le champ. Cette valeur est calculée comme le rapport de la charge positive de l'action agissant sur la force. En termes simples, la tension exprime la force du champ électrique à un certain endroit et à un certain moment. Plus la tension est élevée, plus l'influence du champ sur les objets ou êtres vivants environnants sera prononcée.

Tension

Ce paramètre est formé à partir du potentiel. Il est utilisé pour démontrer le rapport quantitatif de l'action que le champ produit. Autrement dit, le potentiel lui-même montre la quantité d'énergie accumulée et la tension montre les pertes pour assurer le mouvement des charges.

Dans un champ électrique, les charges positives se déplacent des points de potentiel élevé vers des endroits où il est plus faible. Quant aux charges négatives, elles se déplacent en sens inverse. En conséquence, le travail est effectué en utilisant l'énergie potentielle du champ. En fait, la tension entre les points exprime qualitativement le travail effectué par le champ pour transférer l'unité de charges de charges opposées. Ainsi, les termes tension et différence de potentiel sont une seule et même chose.

Manifestation visuelle du terrain

Le champ électrique a une expression visuelle conditionnelle. Pour cela, des lignes graphiques sont utilisées. Ils coïncident avec les lignes d'action de la force, qui rayonnent des charges autour d'eux. Outre la ligne d'action des forces, leur direction est également importante. Pour classer les lignes, il est d'usage d'utiliser une charge positive comme base pour déterminer les directions. Ainsi, la flèche de mouvement du champ va des particules positives aux négatives.

Les dessins représentant des champs électriques sur les lignes ont une direction sous la forme d'une flèche. Schématiquement, ils ont toujours un début et une fin conditionnels. Ainsi, ils ne se referment pas sur eux-mêmes. Les lignes de force commencent à l'emplacement de la charge positive et se terminent à l'emplacement des particules négatives.

Le champ électrique peut être Divers types lignes, en fonction non seulement de la polarité de la charge, qui contribue à leur formation, mais aussi de la présence de facteurs externes. Ainsi, lorsque des champs opposés se rencontrent, ils commencent à agir l'un sur l'autre de manière attrayante. Les lignes déformées prennent la forme d'arcs courbés. Dans le même cas, lorsque 2 champs identiques se rencontrent, ils se repoussent dans des directions opposées.

Champ d'application

Le champ électrique a un certain nombre de propriétés qui ont été trouvées application utile. Ce phénomène est utilisé pour créer divers équipements de travail dans plusieurs domaines très importants.

Utilisation en médecine

Effets d'un champ électrique sur certains endroits corps humain vous permet d'augmenter sa température réelle. Cette propriété a trouvé son application en médecine. Des dispositifs spécialisés ont un impact sur les zones nécessaires des tissus endommagés ou malades. En conséquence, leur circulation sanguine s'améliore et un effet curatif se produit. Le champ agit avec une fréquence élevée, de sorte que l'influence ponctuelle sur la température donne ses résultats et est tout à fait perceptible pour le patient.

Application en chimie

Ce domaine de la science implique l'utilisation de divers matériaux purs ou mixtes. À cet égard, le travail avec des champs électriques ne pouvait pas contourner cette industrie. Les composants du mélange interagissent avec le champ électrique de différentes manières. En chimie, cette propriété est utilisée pour séparer les liquides. Cette méthode a trouvé une application en laboratoire, mais se retrouve également dans l'industrie, bien que moins fréquemment. Par exemple, lors d'une exposition à un champ, la séparation des composants polluants dans l'huile est effectuée.

Le champ électrique est utilisé pour le traitement de filtration de l'eau. Il est capable de séparer des groupes individuels de polluants. Cette méthode de traitement est beaucoup moins chère que l'utilisation de cartouches de remplacement.

ingénierie électrique

L'utilisation d'un champ électrique a un effet très application intéressante en génie électrique. Ainsi, une méthode a été développée de la source au consommateur. Jusqu'à récemment, tous les développements étaient théoriques et expérimentaux. Il existe déjà une mise en œuvre efficace de la technologie de smartphone enfichable USB. Cette méthode ne permet pas encore le transfert d'énergie sur une longue distance, mais elle est en cours d'amélioration. Il est possible que dans un proche avenir, le besoin de câbles de charge avec des alimentations électriques disparaisse complètement.

Lors de travaux électriques et travaux de réparation La LED est utilisée, agissant sur la base du schéma. En plus d'un certain nombre de fonctions, il peut répondre à un champ électrique. Pour cette raison, lorsque la sonde s'approche du fil de phase, l'indicateur commence à briller sans toucher le noyau conducteur. Il réagit au champ émanant du conducteur même à travers l'isolant. La présence d'un champ électrique vous permet de trouver des fils conducteurs dans le mur, ainsi que de déterminer les points de leur rupture.

Vous pouvez vous protéger de l'influence du champ électrique à l'aide d'un écran métallique, à l'intérieur duquel il ne sera pas. Cette propriété est largement utilisée en électronique pour éliminer l'influence mutuelle circuits électriques qui sont assez proches les uns des autres.

Demandes futures

Il existe également des possibilités plus exotiques pour le champ électrique, que la science ne possède pas encore. Ce sont des communications plus rapides que la vitesse de la lumière, la téléportation d'objets physiques, le mouvement en un instant entre des lieux ouverts (trous de ver). Cependant, pour mettre en œuvre de tels plans, des études et des expériences beaucoup plus complexes seront nécessaires que des expériences avec deux résultats possibles.

Cependant, la science ne cesse de se développer, ouvrant de nouvelles possibilités d'utilisation du champ électrique. À l'avenir, son champ d'application pourrait s'élargir considérablement. Il est possible qu'il trouve une application dans tous les domaines importants de notre vie.

La loi de Coulomb détermine la force de l'interaction entre les charges électriques, mais n'explique pas comment cette interaction se transmet sur une distance d'un corps à un autre.

Des expériences montrent que cette interaction s'observe également lorsque des corps électrifiés sont dans le vide. Cela signifie qu'aucun milieu n'est nécessaire pour l'interaction électrique. Selon la théorie développée par M. Faraday et J. Maxwell, dans l'espace où se situe la charge électrique, il existe un champ électrique.

champ électrostatique- un type particulier de matière, sa source est les charges immobiles par rapport au référentiel inertiel (ISR) considéré, à travers lequel s'effectue leur interaction.

Ainsi, le champ électrostatique est matériel. Elle est continue dans l'espace. Basé sur des concepts modernes, une particule chargée immobile est une source d'un champ électrostatique, et la présence d'un champ est un signe de l'existence de la particule chargée elle-même. L'interaction des charges électriques se réduit à : le champ de charge q 1 agit à titre onéreux q 2 , et le champ de charge q 2 actes à la charge q une . Ces interactions ne sont pas transmises instantanément, mais à une vitesse finie égale à la vitesse de la lumière. avec= 300 000 km/s. Le champ électrique créé par les charges électriques stationnaires, par rapport à l'IFR considéré, est appelé électrostatique.

Nous ne pouvons pas percevoir directement un champ électrostatique avec nos sens. Nous pouvons juger de l'existence d'un champ électrostatique par ses actions. Le champ électrostatique de la charge agit avec une certaine force sur toute autre charge qui se trouve dans le champ de cette charge.

La force avec laquelle un champ électrostatique agit sur une charge électrique qui y est introduite est appelée force électrique.

L'effet d'un champ électrostatique sur une charge dépend de l'emplacement de la charge dans ce champ.

S'il y a plusieurs corps chargés situés à différents points de l'espace, alors en tout point de cet espace, il y aura une action conjointe de toutes les charges, c'est-à-dire le champ électrostatique créé par tous ces corps chargés.

Littérature

Aksenovich L. A. Physique au lycée: Théorie. Tâches. Essais : Proc. Allocation pour les établissements offrant des services généraux. environnements, éducation / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Éd. K. S. Farino. - Mn. : Adukatsia i vykhavanne, 2004. - C. 214-215.

champ électrostatique ainsi que le champ électrique est une forme spéciale de matière qui entoure les corps qui ont une charge électrique. Mais contrairement à ce dernier, un champ électrostatique n'est créé qu'autour de corps chargés immobiles, c'est-à-dire lorsqu'il n'y a pas de conditions pour créer un courant électrique.

Un champ électrostatique est caractérisé par des propriétés qui le distinguent des autres types de champs générés dans les circuits électriques.

Sa principale différence réside dans le fait que ses lignes de force ne se croisent jamais et ne se touchent pas. Si un champ électrostatique est créé par une charge positive, ses lignes de champ commencent par une charge et se terminent quelque part à l'infini. S'il s'agit d'une charge négative, alors les lignes de force de son champ électrostatique, au contraire, commencent quelque part à l'infini, et se terminent sur la charge elle-même. C'est-à-dire qu'ils sont dirigés à partir d'une charge positive ou vers une charge négative.

Au fait, plus il y a de charge, plus champ fort il crée et plus la densité de ses lignes de force est grande. Certes, les lignes de champ de force en sont plutôt une image graphique (imaginaire), adoptée en physique et en électronique. En fait, aucun des champs ne crée de lignes claires.

La caractéristique principale par laquelle électrique et propriétés physiques champ électrostatique est sa force. Il montre avec quelle force le champ agit sur les charges électriques.

E, qui est son caractéristique de puissance: L'intensité du champ électrostatique indique la force avec laquelle le champ électrostatique agit sur une charge électrique positive unitaire placée en un point donné du champ. La direction du vecteur de tension coïncide avec la direction de la force agissant sur une charge positive, et opposée à la direction de la force agissant sur une charge négative.

Un champ électrostatique est stationnaire (constant) si son intensité ne change pas dans le temps. Les champs électrostatiques stationnaires sont créés par des charges électriques stationnaires.

Un champ électrostatique est homogène si son vecteur d'intensité est le même en tous les points du champ ; si le vecteur d'intensité en différents points diffère, le champ est inhomogène. Les champs électrostatiques uniformes sont, par exemple, les champs électrostatiques d'un plan d'extrémité uniformément chargé et d'un condensateur plat éloigné des bords de ses plaques.

L'une des propriétés fondamentales d'un champ électrostatique est que le travail des forces d'un champ électrostatique lors du déplacement d'une charge d'un point du champ à un autre ne dépend pas de la trajectoire du mouvement, mais est déterminé uniquement par la position du les points initiaux et finaux et l'ampleur de la charge. Par conséquent, le travail des forces du champ électrostatique lors du déplacement de la charge le long de toute trajectoire fermée est égal à zéro. Les champs de force avec cette propriété sont appelés potentiels ou conservateurs. C'est-à-dire qu'un champ électrostatique est un champ de potentiel dont la caractéristique énergétique est le potentiel électrostatique associé au vecteur d'intensité E rapport:

E = -gradj.

Pour image graphique les champs électrostatiques utilisent des lignes de force (lignes de tension) - des lignes imaginaires dont les tangentes coïncident avec la direction du vecteur d'intensité en chaque point du champ.

Pour les champs électrostatiques, le principe de superposition est observé. Chaque charge électrique crée un champ électrique dans l'espace, indépendamment de la présence d'autres charges électriques. L'intensité du champ résultant créé par le système de charges est égale à la somme géométrique de l'intensité des champs créés en un point donné par chacune des charges séparément.

Toute charge dans l'espace environnant crée un champ électrostatique. Pour détecter un champ en tout point, il est nécessaire de placer une charge de test ponctuelle au point d'observation - une charge qui ne déforme pas le champ à l'étude (ne provoque pas une redistribution des charges qui créent le champ).

Champ créé par une charge ponctuelle solitaire q, est à symétrie sphérique. Le module d'intensité d'une charge ponctuelle solitaire dans le vide en utilisant la loi de Coulomb peut être représenté par :

E \u003d q / 4pe environ r 2.

Où e o est une constante électrique, \u003d 8,85. 10 -12 f/m.

La loi de Coulomb, établie à l'aide des balances de torsion qu'il a créées (voir balances de Coulomb), est l'une des lois fondamentales décrivant le champ électrostatique. Il établit une relation entre la force d'interaction des charges et la distance qui les sépare : la force d'interaction de deux corps chargés immobiles ponctuels dans le vide est directement proportionnelle au produit des modules des charges et inversement proportionnelle au carré de la distance entre eux.

Cette force s'appelle Coulomb et le champ s'appelle Coulomb. Dans le champ de Coulomb, la direction du vecteur dépend du signe de la charge Q : si Q > 0, alors le vecteur est dirigé selon le rayon de la charge, si Q ? fois (? - la constante diélectrique du milieu) est inférieure à celle du vide.

La loi de Coulomb établie expérimentalement et le principe de superposition permettent de décrire complètement le champ électrostatique d'un système de charges donné dans le vide. Cependant, les propriétés du champ électrostatique peuvent être exprimées sous une forme différente, plus générale, sans recourir au concept de champ de Coulomb d'une charge ponctuelle. Un champ électrique peut être caractérisé par la valeur de flux du vecteur d'intensité du champ électrique, qui peut être calculée selon le théorème de Gauss. Le théorème de Gauss établit une relation entre le flux de l'intensité du champ électrique à travers une surface fermée et la charge à l'intérieur de cette surface. Le flux d'intensité dépend de la répartition du champ sur la surface d'une zone particulière et est proportionnel à la charge électrique à l'intérieur de cette surface.

Si un conducteur isolé est placé dans un champ électrique, alors sur des charges gratuites q il y aura une force agissant sur le conducteur. En conséquence, un mouvement à court terme de charges gratuites se produit dans le conducteur. Ce processus se terminera lorsque le champ électrique propre des charges apparues à la surface du conducteur compensera complètement le champ externe, c'est-à-dire qu'une répartition équilibrée des charges s'établira, à laquelle le champ électrostatique à l'intérieur du conducteur disparaîtra: du tout points à l'intérieur du conducteur E= 0, c'est-à-dire que le champ est absent. Les lignes de force du champ électrostatique à l'extérieur du conducteur à proximité immédiate de sa surface sont perpendiculaires à la surface. Si ce n'était pas le cas, alors il y aurait une composante de l'intensité du champ, un courant circulerait le long de la surface du conducteur et sur la surface. Les charges sont situées uniquement à la surface du conducteur, alors que tous les points de la surface du conducteur ont la même valeur de potentiel. La surface d'un conducteur est une surface équipotentielle. S'il y a une cavité dans le conducteur, le champ électrique y est également égal à zéro; la protection électrostatique des appareils électriques est basée sur cela.

Si un diélectrique est placé dans un champ électrostatique, un processus de polarisation s'y produit - le processus d'orientation des dipôles ou l'apparition de dipôles orientés le long du champ sous l'influence d'un champ électrique. Dans un diélectrique homogène, un champ électrostatique dû à la polarisation (voir Fig. Polarisation des diélectriques) diminue en une fois.