Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!
Elektrické pole je priestor, v ktorom na nabité telesá pôsobí elektrická sila. Sila elektrického poľa nám umožňuje predpovedať, aká silná bude táto sila. Viete však nakresliť elektrické pole? Alebo si to aspoň predstaviť?
Elektrické pole je ťažké si predstaviť. Skúšobný náboj umiestnený v danom bode v priestore je vystavený určitej sile. V inom bode priestoru pôsobí na rovnaký elektrický náboj iná sila: s inou veľkosťou a v inom smere. V každom bode elektrického poľa – a takýchto bodov je nekonečne veľa – pôsobí nejaká sila.
A predsa hovoríme, že pole existuje, aj keď neexistuje elektrický náboj, na ktorý sily pôsobia. Nekonečné množstvo síl, ktoré ešte neexistujú, ale ktoré sa objavia, keď sa objaví elektrický náboj - to nie je niečo, čo je pre predstavivosť ľahko pochopiteľné (obr. 1.). Zavedenie konceptu intenzity poľa, ktorý hovorí, aká sila nepôsobí na žiadny elektrický náboj, ale na jeden kladný náboj, veľmi nepomáha.
Ryža. 1. Nekonečné množstvo elektrických síl. Nevyzerá to veľmi dobre Existuje však elegantný spôsob, ako graficky znázorniť elektrické pole. Samozrejme, nie je dokonalý a neukazuje všetky aspekty elektrického poľa. Ale je to jednoduché a príťažlivé pre fantáziu a zároveň všestranné. Dá sa použiť na vizualizáciu nielen elektrického poľa, ale aj magnetického poľa, gravitačného poľa a akéhokoľvek iného vektorového poľa. Hovoríme o siločiarach (obr. 2.).
Ryža. 2. Ľahko si vieme predstaviť siločiary elektrického poľa
Čo sú siločiary elektrického poľa? Sú to čiary, ktoré ukazujú, ktorým smerom pôsobí elektrická sila v danom bode poľa na tam umiestnený elektrický náboj a navyše poskytujú predstavu o veľkosti tejto sily.
Tu sú vlastnosti, ktoré sú charakteristické pre elektrické siločiary:
- Elektrické siločiary sú nakreslené tak, aby siločiary pôsobiace na elektrický náboj umiestnený v poli smerovali vždy tangenciálne k nim.
- Čiary elektrického poľa sú smerované (obr. 3.), to znamená, že majú výrazný charakter. Tento smer zodpovedá smeru sily pôsobiacej na kladný elektrický náboj umiestnený v poli. Náboj (skutočný alebo imaginárny), ktorý používame na určenie smeru siločiar elektrického poľa, sa nazýva testovací náboj. Všimnite si, že sa predpokladá, že ide o kladný náboj.Sila pôsobiaca na záporný náboj bude mať opačný smer ako siločiar elektrického poľa.
- Čiary elektrického poľa sú nakreslené čím hustejšie, čím vyššia je intenzita poľa v danej oblasti.
- Pozitívny náboj sa bude pohybovať pozdĺž siločiar, ak ho umiestnime do daného bodu a nedáme mu žiadnu rýchlosť.
Ryža. 3. Čierne čiary sú elektrické siločiary. Oranžové šípky predstavujú vektory intenzity elektrického poľa (sila pôsobiaca na jednotkový kladný náboj) v rôznych bodoch. Všimnite si, že v každom bode je sila dotyčnica k siločiaram.
Elektrické siločiary si možno predstaviť trojrozmerne, napríklad siahajúce všetkými smermi z elektricky nabitej gule (obr. 4.).
Ryža. 4. Elektrické siločiary v troch rozmeroch
Najčastejšie však vidíme siločiary elektrického poľa v rovine: list papiera, obrazovka monitora. Vždy je dôležité mať na pamäti, že elektrické pole prechádza všetkými tromi dimenziami a rez alebo projekcia v dvoch dimenziách je zjednodušenie, ktoré používame na uľahčenie grafického znázornenia.
Ďalším zjednodušením je, že siločiary nepokrývajú celý priestor alebo rovinu výkresu. Sila je však prítomná všade, vrátane medzier medzi nakreslenými čiarami! Siločiary sú nakreslené dostatočne husto, aby poskytli predstavu o smere síl poľa v každom bode; ak by však boli nakreslené príliš tesne, kresbu by to stmavilo.
Ďalším dôležitým faktom o siločiarach elektrického poľa, ktorý vyplýva zo zákonov elektriny a magnetizmu, je, že pokiaľ sú elektrické náboje, ktoré vytvárajú elektrické pole, stacionárne (vtedy hovoríme o elektrostatickom poli), elektrické siločiary nikdy netvoria uzavreté okruhy; nikde nekončia ani nezačínajú - siločiary elektrického poľa vždy začínajú kladným elektrickým nábojom a končia záporným elektrickým nábojom (obr.5).
Ryža. 5. Elektrostatické siločiary vždy "opúšťajú" kladný náboj a "vstupujú" do záporného náboja. Nikdy nekončia ani nezačínajú v prázdnom priestore.
Pozrime sa, ako siločiary vyzerajú v praxi na príklade poľa okolo kladného bodového náboja.
Príklad
Ilustrujte elektrické pole okolo kladného bodového náboja pomocou elektrických siločiar.
Riešenie:
Začnime s označením bodového náboja, ktorý je zdrojom poľa. Coulombov zákon hovorí, že sila elektrostatickej interakcie medzi dvoma bodovými elektrickými nábojmi smeruje vždy pozdĺž priamky spájajúcej elektrické náboje. Preto, aby sa čiary elektrického poľa v každom bode dotýkali vektora sily, musia to byť priame čiary vychádzajúce zo zdroja elektrického náboja (obr.6.).
Ryža. 6. Priame čiary vychádzajúce zo zdroja elektrického náboja
Keďže máme do činenia s kladným nábojom, sila pôsobiaca na kladný testovací elektrický náboj umiestnený v skúmanom elektrickom poli bude odpudivou silou. Preto sú siločiary smerované „von“ (obr. 7.):
Ryža. 7. Elektrické siločiary smerujú von
Všimnite si, že nakreslené elektrické siločiary sú koncentrovanejšie bližšie k bodovému náboju (štvorec "a" ), ktorý je ich zdrojom. Keďže „hustotu“ čiar interpretujeme ako hodnotu intenzity poľa, dáva nám to tušiť, že pole okolo bodového náboja slabne (štvorec „b“), keď sa od tohto elektrického náboja vzďaľujeme (v prípade siločiary nakreslené v rovine, avšak „hustota“ čiar nie je matematicky presným meradlom intenzity poľa).