Электрическое поле

·  Явление, при котором из сильно нагретых металлов в окружаю­щую среду вылетают электроны, называется термоэлектронной эмиссией. На использовании этого явления основана работа элек­тронных ламп (см. гл. XIII).

·  Электризация при химической реакции. В химических источни­ках электрической энергии (элементах, аккумуляторах) имеются два полюса: « + » и «—». Положительные и отрицательные заряды в них образуются в результате химических реакций окисления и восстановления, происходящих внутри элементов (рис. 2, в) и акку­муляторов. При окислении атомы вещества отдают электроны. В этом случае атомы и вещество в целом приобретают положи­тельный заряд « + ». При химической реакции восстановления атомы вещества присоединяют к себе электроны и приобретают отрицательный заряд « —».

·  Электризация давлением. Материалы, у которых под действием давления возникают электрические заряды, называются пьезоэлектриками[4]. К ним относятся кварц, сегнетовая соль, фосфат аммония и др.

·  Если пластинку пьезоэлектрика (рис. 2, г) поместить между двумя электродами и давить на нее с силой F, то одна грань ее электризуется положительным электрическим зарядом, а противо­положная — отрицательным.

·  При изменении направления действия сил — при растягиваю­щем усилии — знак заряда на пьезоэлектрике изменяется. Это свя­зано с тем, что под действием механической силы электрические заряды атомов вещества смещаются. Чем больше усилие, дейст­вующее на пьезоэлектрик, тем сильнее он электризуется. Свойства электризации пьезоэлектрика используются в автоматике и других областях новой техники.

· 

·  [4] Пьезо – греческое слово, озночает «давлю»

·  § 4. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ

· 

·  Пространство, в котором обнаруживается действие каких-либо сил, можно назвать полем этих сил. Пространство, в котором на электрически заряженные частицы и тела воздействует сила, соот­ветственно называется электрическим полем.

· 

·  Рис. 3. Условное обозначение электрического поля:

·  а — положительного  заряда,  б — отрицательного  заряда,  в—  двух

·  разноименных  зарядов

·  Электрическое поле неотделимо от заряда, существует вместе с ним и окружает его. Под действием сил электрического поля про­исходит рассмотренное выше взаимодействие зарядов — их взаим­ное притяжение и отталкивание.

·  Электрическое поле возникает вокруг заряда в любой среде и даже в вакууме.

·  Поле всякого заряженного тела складывается из полей, принад­лежащих отдельным элементарным зарядам — электронам и про­тонам.

·  Если в электрическое поле поместить пробный положительный заряд, то силы этого поля окажут на него воздействие, стремясь переместить его в определенном направлении.

·  Линия, по которой будет перемещаться пробный положитель­ный заряд под действием сил электрического поля, называется силовой линией. Электрическое поле изображается при помощи силовых линий (рис. 3).

·  § 5. ПОТЕНЦИАЛ

· 

·  Основными величинами, характеризующими каждую точку электрического поля, являются потенциал и напряженность поля.

·  При внесении электрического заряда в электрическое поле при­ходится  затрачивать  определенную  работу  на  преодоление  сил этого поля.

·  Величина, определяющая запас энергии (потенциальную энер­гию) единицы количества электричества, находящейся в данной точке электрического поля, называется потенциалом.

·  Потенциал данной точки электрического поля численно равен работе, затрачиваемой на внесение заряда в один кулон из беско­нечности в эту точку поля. Эта работа равна потенциальной энер­гии, которой обладает заряд в один кулон в рассматриваемой точке поля.

·  Таким образом,

· 

·  Работа А сил электрического поля определяется произведением силы на путь

·  А=FS,

·  где F— сила, н,

·     S — путь, м,

·     А — работа, н-м,

·  q — количество электричества, к.

·  Подставив  эти  величины  в  формулу  ,  получим: [][5] = . Поскольку 1н • 1м = 1 дж, то [] = . Единица дж/к называется вольтом (в). Следовательно, потенциал измеряется в вольтах.

·  Пример. Определить потенциал точки электрического поля, в которую из бесконечности внесен заряд q= 3 • 10-6 к, если при этом силами поля совершена работа А =6 • 10-6 дж.

·  Решение. Потенциал точки электрического поля

·  В электрическом поле положительного заряда потенциал любой точки  положителен,  а  в  поле  отрицательного  заряда — отрицателен.

· 

· 

·  Рис. 4 Разность потенциалов между различными точками электрического поля

·  При перемещении заряда в пределах элек­трического поля (рис. 4) из точки А в точку Б, потенциалы которых соответственно равны А и Б, работа, совершаемая силами поля, бу­дет равна разности потенциальной энергии, которой этот заряд обладает в начальной и конечной точках своего пути, т. е. в точках А и Б.

·  Таким образом, работа А заряда выразится формулой

· 

·  Разность  потенциалов А — Б  принято называть напряжением, обозначать буквой U и измерять так же, как потенциал, в вольтах.

·  Пример. Пусть в точке А электрического поля потенциал относительно земли А=15 в, в точке Б потенциал Б =10 в, а в точке В потенциал В = -2 в.

·  Следовательно,  разность потенциалов — напряжение между этими точками:

· 

·  Нетрудно понять, что при перемещении заряда из одной точки поля в другие указанные точки совершается различная работа. Это связано с тем, что между этими точками поля разность электриче­ских потенциалов различная. Вычислим работу сил электрического поля, совершаемую при перемещении заряда q = 5 к из точки А в точку Б, из точки Б в точку В:

· 

·  Из сказанного следует, что напряжение между двумя точками цоля равно по величине работе, совершаемой под действием сил электрического поля, при перемещении единицы электрического заряда из одной точки поля в другую.

· 

·  [5] Знак [] объясняет размерность приведенных величин

·  § 6. НАПРЯЖЕННОСТЬ ПОЛЯ

·  Электрическое поле в каждой своей точке характеризуется напряженностью. Чем больше сила F, с которой электрическое поле действует на заряд q, внесенный в его пределы, тем больше напря­женность поля. В различных точках электрического поля напря­женность может быть разной.

·  Следовательно, напряженность поля

·     (5)

·  где F— сила действия электрического поля на заряд, н;

·     q — величина электрического заряда, к.

·  Известно, что работа сил электрического поля  равна произве­дению силы на путь.