Was ist ein elektrisches Feld und welche Eigenschaften hat es?
Definition
Um einen geladenen Körper entsteht ein elektrisches Feld. In einfachen Worten ist dies ein Feld, das mit einer bestimmten Kraft auf andere Körper einwirkt.
Das wichtigste quantitative Merkmal ist die elektrische Feldstärke. Sie ist gleich dem Verhältnis der auf die Ladung wirkenden Kraft zur Größe der Ladung. Die Kraft wirkt in eine bestimmte Richtung, was bedeutet, dass die Spannung des elektrischen Feldes eine Vektorgröße ist. Unten sehen Sie die Spannungsformel:
Die elektrische Feldspannung wirkt in der Richtung, die nach dem Prinzip der Überlagerung berechnet wird. Also:
In der folgenden Abbildung sehen Sie ein bedingtes grafisches Bild von zwei Ladungen unterschiedlicher Polarität und den zwischen ihnen auftretenden Kraftlinien des elektrischen Feldes.
Wichtig! Die Hauptbedingung für das Auftreten eines elektrischen Feldes ist, dass der Körper eine Ladung haben muss. Nur dann entsteht ein Feld um es herum, das auf andere geladene Körper einwirkt.
Zur Bestimmung der Stärke des elektrischen Feldes um eine Einheitsprüfladung mit anhängendes Gesetz, in diesem Fall:
Ein solches Feld wird auch Coulomb genannt.
Eine weitere wichtige physikalische Größe ist das elektrische Feldpotential. Dies ist keine Vektorgröße, sondern eine skalare Größe, die direkt proportional zur auf die Ladung aufgebrachten Energie ist:
Wichtig! Die Stärke und Energie eines elektrischen Feldes ist Spannung und Potential. Dies sind die wichtigsten physikalischen Eigenschaften.
Sie wird in Volt gemessen und entspricht numerisch der Arbeit des EP beim Bewegen der Ladung von einem bestimmten Punkt ins Unendliche.
Weitere Informationen zur elektrischen Feldstärke finden Sie im Video-Tutorial:
Feldansichten
Es gibt verschiedene grundlegende Arten von Feldern, je nachdem, wo sie vorhanden sind. Betrachten wir einige Beispiele für auftretende Felder in verschiedenen Situationen.
- Wenn die Ladungen stationär sind, ist dies ein statisches Feld.
- Wenn sich die Ladungen entlang des Leiters bewegen - magnetisch (nicht zu verwechseln mit dem Elektronenstrahl).
- Ein festes Feld entsteht um feste Leiter mit konstantem Strom.
- Bei Radiowellen wird ein elektrisches und ein magnetisches Feld ausgesendet, die sich im Raum senkrecht zueinander befinden. Dies geschieht, weil bei jeder Änderung des Magnetfelds Elektromagnetismus mit geschlossenen Feldlinien auftritt.
Elektrische Felderkennung
Wir haben versucht, Ihnen alle wichtigen Definitionen und Bedingungen für die Existenz eines elektrischen Feldes in einfacher Sprache zu erklären. Lassen Sie uns herausfinden, wie wir es finden können. Die magnetische Erkennung ist einfach - mit einem Kompass.
Wir können im Alltag ein elektrisches Feld erkennen. Wir alle wissen, dass wenn Sie ein Plastiklineal auf Ihr Haar reiben, kleine Papierstücke es anziehen. Dies ist die Wirkung des elektrischen Feldes. Wenn Sie Ihren Wollpullover ausziehen, hören Sie ein Knacken und sehen Funkeln - das war's.
Eine andere Möglichkeit, EP zu erkennen, besteht darin, eine Testladung darin zu platzieren. Das aktuelle Feld wird es ablehnen. Dies wird in CRT-Monitoren und dementsprechend in den Strahlungsröhren des Oszilloskops verwendet, worauf wir später noch eingehen werden.
Übe
Wir haben bereits erwähnt, dass sich im Alltag ein elektrisches Feld manifestiert, wenn Sie Ihre Woll- oder Synthetikkleidung von sich nehmen und Funkeln zwischen Haar und Haar springen, wenn Sie ein Plastiklineal reiben und es über kleine Papierstücke ziehen, und sie werden angezogen und so weiter. Dies sind jedoch keine normalen technischen Beispiele.
In Leitern bewirkt das kleinste EP die Bewegung von Ladungsträgern und deren Umverteilung. In der Dielektrik verursacht der Elektronenstrahl, da die Bandlücke in diesen Substanzen groß ist, die Bewegung von Ladungsträgern nur im Fall eines Durchbruchs des Dielektrikums. In Halbleitern liegt die Wirkung zwischen dem Dielektrikum und dem Leiter, aber es ist notwendig, die kleine Bandlücke durch Übertragung von Energie in der Größenordnung von 0,3 ... 0,7 eV (für Germanium und Silizium) zu überwinden.
In jedem Haus handelt es sich um elektronische Haushaltsgeräte, einschließlich Netzteile. Sie haben einen wichtigen Teil, der dank des elektrischen Feldes funktioniert - dies ist ein Kondensator. Darin werden die Ladungen auf den Platten gehalten, die durch ein Dielektrikum getrennt sind, nur wegen der Arbeit des elektrischen Feldes. In der Abbildung unten sehen Sie ein bedingtes Bild der Ladungen auf den Kondensatorplatten.
Andere Anwendungen in der Elektrotechnik sind Feldeffekttransistoren oder MOS-Transistoren. In ihrem Namen wird das Wirkprinzip bereits erwähnt. In ihnen basiert das Funktionsprinzip auf einer Änderung der Leitfähigkeit von STOK-ISTOK unter dem Einfluss eines transversalen elektrischen Feldes auf den Halbleiter, und im MIS (MOS, MOSFET - das gleiche) ist das Gate durch eine dielektrische Schicht (Oxid) vollständig vom leitenden Kanal getrennt, so dass der Einfluss der Gate-Ströme - QUELLE ist per Definition unmöglich.
Eine weitere Anwendung, die bereits im Alltag verschwunden ist, aber noch in der Industrie- und Labortechnik „lebt“ - Kathodenstrahlröhren (CRT oder sogenannte Bildröhren). Wenn eine der Optionen für ein Gerät, um den Strahl über den Bildschirm zu bewegen, ein elektrostatisches Ablenksystem ist.
In einfachen Worten, das heißt eine Waffe, die Elektronen emittiert (emittiert). Es gibt ein System, das dieses Elektron zum gewünschten Punkt auf dem Bildschirm ablenkt, um das gewünschte Bild zu erhalten. An die Platten wird Spannung angelegt, und das emittierte fliegende Elektron wird durch die Coulomb-Kräfte bzw. das elektrische Feld beeinflusst. Alles, was beschrieben wird, geschieht im luftleeren Raum. Dann wird eine Hochspannung an die Platten angelegt und ein horizontaler Transformator und ein Rücklaufwandler werden installiert, um sie zu bilden.
Das folgende Video erklärt kurz und deutlich, was ein elektrisches Feld ist und welche Eigenschaften diese spezielle Art von Materie hat:
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