Електрично поле

Од Википедија — слободната енциклопедија
Прејди на: содржини, барај
Во сад исполнет со масло е поставена електрода низ која протекува струја создадена од инфлуентна (електростатско-индукциска) машина. Знаејќи дека маслото е диелектрична средина, кога протекува струјата трошките се подредуваат и ги отцртуваат силовите линии на електричното поле. Извел: проф. Оливер Зајков. Институт за физика на Природно-математичкиот факултет во Скопје.

Електричното поле е дефинирано како својство на електричното оптоварено тело да го модифицира просторот околу себе и притоа воспоставувајќи определена физичка појава во просторот. Електричното поле е простор во кој делува електрична сила. Ако во просторот во кој е воспоставено полето се донесе друг електричен полнеж, врз него полето ќе делува со сила.

Дефиниција[уреди | уреди извор]

Електричното поле, , на даден момент е дефиниранo како векторска сила, , која ќе биде применета на стационарна тест честичка со единица набој од електромагнетни сили (т.е. Лоренцова сила). Честичката на полнежот ќе биде предмет на сила .

Нивните SI единици се њутн по кулон (N⋅C−1) или, еквивалентно, волт по метар (V⋅m−1), што во однос на основните SI-единици се kg⋅m⋅s−3⋅A−1.

Извори на електрично поле[уреди | уреди извор]

Причини и опис[уреди | уреди извор]

Електричните полиња се предизвикани од електричните полнежи, според Гаусовиот закон, или од ралзични магнетни полиња, според Фарадеевиот закон за индукција. Заедно, овие закони се доволни да го одредат однесувањето на електричното поле како функција на делба на полнежи и магнетно поле. Сепак, бидејќи магнетното поле е опишано како функција на електричното, равенките на двете полиња се споени и заедно ги формираат Максвеловите равенки кои ги опишуваат двете полиња како функција на полнежи и струи.

Во посебен случај на стабилна состојба (стационарни полнежи и струи), индуктивниот ефект на Максвел-Фарадеј исчезнува. Добиените две равенки (Гаусовиот закон  и Фарадеевиот закон без терминот индукција ), земени заедно, се еквивалентни со Кулоновиот закон, напишани како  за густина на полнеж  ( ја означува позиција во просторот). Забележете дека , диелектричната спроводливост на вакуумот, мора да биде заменета ако се смета дека полнежите се во полн медиум.

Постојан наспроти прекинат приказ на полнежот[уреди | уреди извор]

Равенките на електромагнетизмот најдобро се објаснети во континуиран опис. Меѓутоа, полнежите понекогаш најдобро се опишуваат како дискретни точки; на пример, некои модели можат да ги опишат електроните како изворни точки каде густината на полнежот е бесконечна на бесконечно мал дел од просторот.

Полнежот  лоциран во  може да се опише математички како густина на полнеж , каде е искористена делта функцијата Дирак (во три димензии). Спротивно на тоа, распределбата на полнеж може да се приближи до многу мали точкести полнежи.

Принципот на суперпозиција[уреди | уреди извор]

Електричните полиња го задоволуваат принципот на суперпозиција, бидејќи Максвеловите равенки се линеарни. Како резултат, ако и се електичните полиња кои произлегуваат од распределбата на полнежите и , распределбата на полнежите ќе створат електрично поле ; На пример, исто така и Кулоновиот закон е линеарен во густината на полнежот.

Овој принцип е корисен за пресметување на полето креирано од повеќе точкести полнежи. Ако полнежите се стационарни во просторот на , во отсуство на струи, принципот на суперпозиција докажува дека добиеното поле е збир од полиња генерирани од секоја честичка како што е опишано и во Кулоновиот закон:

Електростатски полиња[уреди | уреди извор]

Електростатските полиња се E-полиња кои не се менуваат со текот на времето, што се случува кога полнежите и струите се стационарни. Во тој случај, Кулоновиот закон целосно го опишува полето.

Електричен потенцијал[уреди | уреди извор]

Ако системот е статичен, како што и магнетните полиња не се менуваат во зависност од времето, тогаш според Фарадеевиот закон, електричното поле не е спирално. Во тој случај, може да се дефинира електричниот потенцијал, односно функцијата така што . Ова е аналогно на гравитациониот потенцијал.

Сличности помеѓу електростатско и гравитационо поле[уреди | уреди извор]

Кулоновиот закон, кој ги објаснува интеракциите на електричните полнежи:

е сличен со Њутновиот закон за гравитација:

(каде ).

Ова укажува на сличностите помеѓу електричното поле E и гравитационото поле g, или нивните поврзани потенцијали. Масата понекогаш е наречена "гравитационен полнеж" поради сличноста.

Електростатските и гравитационите сили се централни, конзервативни и го исполнуваат законот на инверзен квадрат.

Еднородни полиња[уреди | уреди извор]

Еднородно поле е она во кое електричното поле е константно во секоја точка. Може да се приближи со ставање на две спроводливи плочи паралелно едни на други и одржувајќи го напонот (потенцијална разлика) меѓу нив; тоа е само приближување поради гранични ефекти (во близина на работ на авионите, електричното поле е искривено бидејќи авионот не продолжува). Претпоставувајќи за бесконечни авиони, големината на електричното поле Е е:

каде Δϕ е потенцијалната разлика помеѓу плочите и d е растојанието што ги одделува плочите. Негативниот знак се појавува кога се одбиваат позитивните полнежи, па позитивниот полнеж ќе доживее сила од позитивно наелектризираната плоча, во спротивна насока од онаа во која се зголемува напонот. Во микро и нано-апликациите, на пример во однос на полупроводниците, типична големина на електричното поле е 106 V⋅m−1, постигната со примена на напон од 1 волт помеѓу проводници одделени 1 μm еден од друг.

Електродинамичко поле[уреди | уреди извор]

Електродинамичките полиња се E-полиња кои не се менуваат со текот на времето, кога на пример полнежите се во движење.

Во тој случај електричното поле не може да се опише како независно од магнетното. Ако A е магнетен векторски потенцијал, дефиниран така што , сеуште може да се дефинира електричниот потенцијал , така што:

Може да се даде и нов облик на Фарадеевиот закон за индукција со земање на спирала од таа равенка

што ја оправдува претходната форма за Е.

Енергија во електрично поле[уреди | уреди извор]

Вкупната енергија по единица волумен складирана од електромагнетното поле е

када ε е диелектрична спроводливост на медиумот во кој полето постои,  е магнетна пропустливост, и E и B се вектори на електричното и магнетното поле.

Бидејќи полињата Е и Б се поврзани, би било погрешно да се подели овој израз на "електрични" и "магнетни" придонеси. Меѓутоа, во случајот на стабилна состојба, полињата повеќе не се споени (видете ги Максвеловите равенки). Во тој случај има смисла да се пресмета електростатската енергија по единица волумен:

Затоа вкупната енергија U складирана во електричното поле во даден волумен V е

Дополнителни екстензии[уреди | уреди извор]

Дефинитивна равенка на векторски полиња[уреди | уреди извор]

Во присуство на материјата, корисно е да се прошири поимот на електричното поле во три векторски полиња:

каде P е електрична поларизација – густината на волуменот на електричните диполни моменти, и D е полето за електрично поместување. Бидејќи E и P се дефинираат посебно, оваа равенка може да се користи за да се одреди D. Физичкото толкување на D не е толку јасно како кај E (effectively the field applied to the material) или кај P (induced field due to the dipoles in the material), но сепак служи како пригодно математичко поедноставување, бидејќи Максвеловите равенки може да се поедностават во однос на поимите слободни полнежи и струи.

Конституивен однос[уреди | уреди извор]

Полињата E и D се поврзани со диелектричната спроводливост на материјалот, ε.

За линеарни, хомогени, изотропни материјали E и D се пропорционални и константни низ целата материја, независно од позицијата: За нехомогени материјали, има зависност од позицијата низ материјата:

За анизотропни материјали, полињата E и D не се слични, и така E и D се поврзани со диелектрично спроводлив тензор (тензорско поле од втор ред), во форма на компонента:

За нелинеарни медиуми, E и D не се пропорционални. Материјалите може да имаат различни степени на линеарност, хомогеност и изотропија.

Поврзано[уреди | уреди извор]

Наводи[уреди | уреди извор]

Надворешни врски[уреди | уреди извор]