Як переконатися, що навколо зарядженого. Що дозволяє стверджувати, що навколо зарядженого тіла існує електричне поле? Взаємодія заряджених тіл
Електричне поле - особлива формаполя, що існують навколо тіл або частинок, що володіють електричним зарядом, а також вільному виглядіу електромагнітних хвилях. Електричне поле безпосередньо невидиме, але може спостерігатися за його дією та за допомогою приладів. Основною дією електричного поля є прискорення тіл або частинок, які мають електричний заряд.Електричне поле можна розглядати як математичну модель, Яка описує значення величини напруженості електричного поля в даній точці простору. Дуглас Джанколі писав так: «слід підкреслити, що поле не є певним різновидом речовини; правильніше сказати, це надзвичайно корисна концепція… Питання про «реальність» та існування електричного поля насправді – це філософське, скоріше навіть метафізичне питання. У фізиці уявлення про поле виявилося надзвичайно корисним – це одне з найбільших досягненьлюдського розуму.
Електричне поле є однією із складових єдиного електромагнітного полята проявом електромагнітної взаємодії.
Фізичні властивості електричного поля
В даний час наука ще не досягла розуміння фізичної сутностітаких полів, як електричне, магнітне та гравітаційне, а також їх взаємодії один з одним. Поки що лише описані результати їх механічного на заряджені тіла, і навіть існує теорія електромагнітної хвилі, що описується рівняннями Максвелла.Ефект поля - Ефект поля полягає в тому, що при впливі електричного поля на поверхню електропровідного середовища в її приповерхневому шарі змінюється концентрація вільних носіївзаряду. Цей ефект є основою роботи польових транзисторів.
Основною дією електричного поля є силова дія на нерухомі (щодо спостерігача) електрично заряджені тіла або частинки. Якщо заряджене тіло фіксовано у просторі, воно під дією сили не прискорюється. На заряди, що рухаються, силовий вплив надає і магнітне поле (друга складова сили Лоренца).
Спостереження електричного поля у побуті
Для того щоб створити електричне поле, необхідно створити електричний заряд. Натріть якийсь діелектрик про шерсть або щось подібне, наприклад, пластикову ручку про власне волосся. На ручці створиться заряд, а довкола - електричне поле. Заряджена ручка притягуватиме до себе дрібні шматки паперу. Якщо натирати об шерсть предмет більшої ширини, наприклад, гумову стрічку, то в темряві можна буде бачити дрібні іскри, що виникають внаслідок електричних розрядів.Електричне поле часто виникає біля телевізійного екрана під час увімкнення або вимкнення телеприймача. Це поле можна відчути за його впливом на волоски на руках або обличчі.
Що таке електричне поле?
Підвісимо на нитці заряджену гільзу і піднесемо до неї наелектризовану скляну паличку. Навіть за відсутності безпосереднього контакту гільза на нитки відхиляється від вертикального положення, притягуючись до палички (рис. 13).
Заряджені тіла, як бачимо, здатні взаємодіяти одне з одним з відривом. Як при цьому передається дія від одного із цих тіл до іншого? Може, вся справа в повітрі, що знаходиться між ними? З'ясуємо це з досвіду.
Помістимо заряджений електроскоп (з вийнятим склом) під дзвін повітряного насоса, після чого викачаємо з-під нього повітря. Ми побачимо, що і в безповітряному просторілисточки електроскопа, як і раніше, будуть відштовхуватися один від одного (рис. 14). Отже, у передачі електричної взаємодії повітря не бере участі. Тоді за допомогою чого ж здійснюється взаємодія заряджених тіл? Відповідь це питання дали у своїх роботах англійські вчені М. Фарадей (1791-1867) і Дж. Максвелл (1831-1879).
Згідно з вченням Фарадея і Максвелла, простір, що оточує заряджене тіло, відрізняється від простору, що знаходиться навколо ненаелектризованих тіл. Навколо заряджених тіл існує електричне поле. За допомогою цього поля здійснюється електрична взаємодія.
Електричнеполеявляє собою особливий виглядматерії, що відрізняється від речовини і існує навколо будь-яких заряджених тіл.
Ні побачити його, ні доторкнутися неможливо. Про існування електричного поля можна судити лише з його дій.
Основні властивості електричного поля
Прості досліди дозволяють встановити основні властивостіелектричного поля.
1. Електричне поле зарядженого тіла діє з деякою силою на будь-яке інше заряджене тіло, що опинилося в цьому полі.
Про це свідчать усі досліди щодо взаємодії заряджених тіл. Так, наприклад, заряджена гільза, яка опинилася в електричному полі наелектризованої палички (див. рис. 13), зазнала дії сили тяжіння до неї.
2. Поблизу заряджених тіл створюване ними поле сильніше, а далеко слабкіше.
Щоб переконатися в цьому, знову звернемося до досвіду із зарядженою гільзою (див. рис. 13). Почнемо наближати підставку з гільзою до зарядженої палички. Ми побачимо, що з наближенням гільзи до палички кут відхилення нитки від вертикалі ставатиме дедалі більше (рис. 15). Збільшення цього кута свідчить про те, що чим ближче гільза до джерела електричного поля (наелектризованій паличці), тим більшою силою діє на неї це поле. Це і означає, що поблизу зарядженого тіла створюване ним поле сильніше, ніж вдалині.
Слід пам'ятати, що як заряджена паличка своїм електричним полем діє заряджену гільзу, а й гільза, своєю чергою, своїм електричним полем діє паличку. У такій взаємній дії один на одного і проявляється електрична взаємодіязаряджених тіл.
Електричне поле проявляється й у дослідах із діелектриками. Коли діелектрик опиняється в електричному полі, позитивно заряджені частини його молекул (атомні ядра) під дією поля зміщуються в один бік, а заряджені негативно частини (електрони) - в іншу сторону. Це явище називають поляризацією діелектрика. Саме поляризацією пояснюються найпростіші досліди щодо тяжіння наелектризованим тілом легких шматочків паперу. Ці шматочки загалом нейтральні. Однак в електричному полі наелектризованого тіла (наприклад, скляної палички) вони поляризуються. На тій поверхні шматочка, що ближче до палички, з'являється протилежний за знак заряду палички заряд. Взаємодія з ним і призводить до тяжіння шматочків паперу до наелектризованого тіла.
Електрична сила
Силу, з якою електричне поле діє на заряджене тіло (або частинку), називають електричною силою:
Fел- Електрична сила.
Під дією цієї сили частка, яка опинилася в електричному полі, набуває прискорення а, Яке можна визначити за допомогою другого закону Ньютона:
де m- Маса цієї частки.
З часів Фарадея для графічного зображенняелектричного поля прийнято використовувати силові лінії .
Силові лінії електричного поля- це лінії, що вказують напрям сили, що діє в цьому полі на позитивно заряджену частинку, що поміщається в нього. Силові лінії поля, створюваного позитивно зарядженим тілом, показані малюнку 16, а. На малюнку 16 б зображені силові лінії поля, створюваного негативно зарядженим тілом.
Подібну картину можна спостерігати за допомогою простого пристроюзваного електричним султаном. Повідомивши йому заряд, ми побачимо, як усі його паперові смужки розійдуться у різні сторонита розташуються вздовж силових ліній електричного поля (рис. 17).
Коли заряджена частка потрапляє в електричне поле, її швидкість у цьому полі може як збільшитися, так і зменшитися. Якщо заряд частки q>0, то при русі вздовж силових ліній вона буде розганятися, а при русі в протилежному напрямкугальмувати. Якщо ж заряд частки q<0, то все будет наоборот ее скорость будет уменьшаться при движении в направлении силовых линий и увеличиваться при движении в противоположном направлении.
Це цікаво знати
З сьогоднішньої теми про електричне поле ми з вами дізналися, що воно існує у просторі, що знаходиться навколо електричного заряду.
Давайте подивимося, як за допомогою силових ліній, що мають напрямок, можна зобразити це електричне поле за допомогою графіків:
Вам, мабуть, буде цікаво дізнатися, що в нашій атмосфері функціонують електричні поля різної сили. Якщо розглядати електричне поле з погляду всесвіту, то зазвичай Земля має негативний заряд, а ось низ хмар позитивний. А такі заряджені частинки, як іони, утримуватись у повітрі та його зміст змінюється залежно від різних факторів. Ці чинники залежать як від пори року, так і від метеоумов і частоти атмосфери.
Оскільки атмосфера пронизана цими частинками, які у безперервному русі і яким властиві зміни то позитивні, то негативні іони, мають властивість проводити самопочуття здоров'я людини. А найцікавіше те, що велика перевага позитивних іонів в атмосфері здатна викликати неприємні відчуття в нашому організмі.
Біологічна дія електромагнітного поля
А зараз давайте з вами поговоримо про біологічну дію ЕМП на здоров'я людини та її вплив на живі організми. Виявляється, що живі організми, які знаходяться в зоні впливу електромагнітного поля, схильні до сильних факторів його впливу.
Негативно позначається на здоров'ї та самопочутті людини його тривале перебування в галузі електромагнітного поля. Так, наприклад, у людини з алергічними захворюваннями такий вплив ЕМП може викликати напад епілепсії. А у разі перебування людини в електромагнітному полі більш тривалого часу, можуть розвинутися захворювання не тільки серцево-судинної та нервової системи, а й викликати онкологічні захворювання.
Вчені довели, що там, де є сильна дія електричного поля, можна спостерігати зміни поведінки у комах. Цей негативний вплив може виявлятися у вигляді агресії, занепокоєння та зниження працездатності.
Під такою дією аномальний розвиток можна спостерігати і серед рослин. Під впливом електромагнітного поля у рослин можуть змінитися розміри, його форма та кількість пелюсток.
Цікаві факти, пов'язані з електрикою
Відкриття в галузі електрики є одним із найважливіших досягнень людини, адже сучасне життя без цього відкриття зараз навіть важко уявити.
А чи відомо вам, що в деяких районах Африки та Південної Америки є селища, де електрика відсутня досі. І знаєте, як люди виходять із цього становища? Виявляється, вони висвітлюють свої оселі за допомогою таких комах, як світлячки. Вони наповнюють скляні банки цими комахами та за допомогою світлячків отримують світло.
Чи знаєте ви про здатність бджіл під час польоту накопичувати позитивний заряд електрики? А ось у квітів електричний заряд негативний і завдяки цьому їхній пилок сам притягується на тіло бджоли. Але найцікавіше, що поле такого контакту бджоли з квіткою у рослини змінюється електричне поле і як би дає сигнал іншим бджолиним особинам про вже відсутність пилку на цій рослині.
А от у світі риб, найвідомішими електричними мисливцями, є скати. Щоб знешкодити свою жертву, схил за допомогою електричних розрядів паралізує її.
Чи відомо вам, що найсильнішим електричним розрядом мають електричні вугрі. Ці прісноводні риби мають напругу струму при розряді якого може досягати 800 У.
Домашнє завдання
1. Що таке електричне поле?
2. Чим відрізняється поле речовини?
3. Перелічіть основні властивості електричного поля.
4. Що вказують силові лінії електричного поля?
5. Як знаходиться прискорення зарядженої частинки, що рухається в електричному полі?
6. У якому разі електричне поле збільшує швидкість частки та у якому зменшує її?
7. Чому нейтральні шматочки паперу притягуються до наелектризованого тіла?
8. Поясніть, чому після повідомлення електричному султанузаряду його паперові смужки розходяться у різні боки.
Експериментальне завдання.
Наелектризуйте волосся гребінець, після чого торкніться нею маленького шматочкавати (пушинки). Що при цьому станеться із ватою? Струсіть пушинку з гребінця і, коли вона опиниться в повітрі, змусіть її парити на одній і тій же висоті, підставляючи знизу на деякій відстані електризовану гребінець. Чому пушинка перестає падати? Що буде утримувати її у повітрі?
С.В. Громов, І.А. Батьківщина, Фізика 9 клас
Підвісимо на нитці заряджену гільзу і піднесемо до неї наелектризовану скляну паличку. Навіть за відсутності безпосереднього контакту гільза на нитки відхиляється від вертикального положення, притягуючись до палички (рис. 13).
Заряджені тіла, як бачимо, здатні взаємодіяти одне з одним з відривом. Як при цьому передається дія від одного із цих тіл до іншого? Може, вся справа в повітрі, що знаходиться між ними? З'ясуємо це з досвіду.
Помістимо заряджений електроскоп (з вийнятим склом) під дзвін повітряного насоса, після чого викачаємо з-під нього повітря. Ми побачимо, що і в безповітряному просторі листочки електроскопа, як і раніше, будуть відштовхуватися один від одного (рис. 14). Отже, у передачі електричної взаємодії повітря не бере участі. Тоді за допомогою чого ж здійснюється взаємодія заряджених тіл? Відповідь це питання дали у своїх роботах англійські вчені М. Фарадей (1791-1867) і Дж. Максвелл (1831-1879).
Згідно з вченням Фарадея і Максвелла, простір, що оточує заряджене тіло, відрізняється від простору, що знаходиться навколо ненаелектризованих тіл. Навколо заряджених тіл існує електричне поле. За допомогою цього поля здійснюється електрична взаємодія.
Електричне полеє особливим видом матерії, що відрізняється від речовини і існує навколо будь-яких заряджених тіл.
Ні побачити його, ні доторкнутися неможливо. Про існування електричного поля можна судити лише з його дій.
Прості досліди дозволяють встановити основні властивості електричного поля.
1. Електричне поле зарядженого тіла діє з деякою силою на будь-яке інше заряджене тіло, що опинилося в цьому полі.
Про це свідчать усі досліди щодо взаємодії заряджених тіл. Так, наприклад, заряджена гільза, яка опинилася в електричному полі наелектризованої палички (див. рис. 13), зазнала дії сили тяжіння до неї.
2. Поблизу заряджених тіл створюване ними поле сильніше, а далеко слабкіше.
Щоб переконатися в цьому, знову звернемося до досвіду із зарядженою гільзою (див. рис. 13). Почнемо наближати підставку з гільзою до зарядженої палички. Ми побачимо, що з наближенням гільзи до палички кут відхилення нитки від вертикалі ставатиме дедалі більше (рис. 15). Збільшення цього кута свідчить про те, що чим ближче гільза до джерела електричного поля (наелектризованій паличці), тим більшою силою діє на неї це поле. Це і означає, що поблизу зарядженого тіла створюване ним поле сильніше, ніж вдалині. 
Слід пам'ятати, що як заряджена паличка своїм електричним полем діє заряджену гільзу, а й гільза, своєю чергою, своїм електричним полем діє паличку. У такому взаємному вплив один на одного і проявляється електрична взаємодія заряджених тіл.
Електричне поле проявляється й у дослідах із діелектриками. Коли діелектрик опиняється в електричному полі, позитивно заряджені частини його молекул ( атомні ядра) під дією поля зміщуються в одну сторону, а негативно заряджені частини (електрони) – в іншу сторону. Це називають поляризацією діелектрика. Саме поляризацією пояснюються найпростіші досліди щодо тяжіння наелектризованим тілом легких шматочків паперу. Ці шматочки загалом нейтральні. Однак в електричному полі наелектризованого тіла (наприклад, скляної палички) вони поляризуються. На тій поверхні шматочка, що ближче до палички, з'являється протилежний за знак заряду палички заряд. Взаємодія з ним і призводить до тяжіння шматочків паперу до наелектризованого тіла.
Силу, з якою електричне поле діє на заряджене тіло (або частинку), називають електричною силою:
F ел – електрична сила.
Під дією цієї сили частка, яка опинилася в електричному полі, набуває прискорення а, яке можна визначити за допомогою другого закону Ньютона:
a = F ел/m (6.1)
де m – маса даної частинки.
З часів Фарадея для графічного зображення електричного поля прийнято використовувати силові лінії.
Це лінії, що вказують напрям сили, що діє в цьому полі на позитивно заряджену частинку, що поміщається в нього. Силові лінії поля, створюваного позитивно зарядженим тілом, показані малюнку 16, а. На малюнку 16 б зображені силові лінії поля, створюваного негативно зарядженим тілом. 
Подібну картину можна спостерігати за допомогою простого пристрою, що називається електричним султаном. Повідомивши йому заряд, ми побачимо, як усі його паперові смужки розійдуться в різні боки та розташуються вздовж силових ліній електричного поля (рис. 17).
Коли заряджена частка потрапляє в електричне поле, її швидкість у цьому полі може як збільшитися, так і зменшитися. Якщо заряд частки q>0, то при русі вздовж силових ліній вона розганятиметься, а при русі в протилежному напрямку гальмувати. Якщо ж заряд частки q< 0, то все будет наоборот ее скорость будет уменьшаться при движении в направлении силовых линий и увеличиваться при движении в противоположном направлении.
1. Що таке електричне поле? 2. Чим відрізняється поле речовини? 3. Перелічіть основні властивості електричного поля. 4. Що вказують силові лінії електричного поля? 5. Як знаходиться прискорення зарядженої частинки, що рухається в електричному полі? 6. У якому разі електричне поле збільшує швидкість частки та у якому зменшує її? 7. Чому нейтральні шматочки паперу притягуються до наелектризованого тіла? 8. Поясніть, чому після повідомлення електричного султана заряду його паперові смужки розходяться в різні боки.
Експериментальне завдання.Наелектризуйте волосся гребінець, після чого торкніться нею маленького шматочка вати (пушинки). Що при цьому станеться із ватою? Струсіть пушинку з гребінця і, коли вона опиниться в повітрі, змусіть її парити на одній і тій же висоті, підставляючи знизу на деякій відстані електризовану гребінець. Чому пушинка перестає падати? Що буде утримувати її у повітрі?
