สารานุกรมโรงเรียน สนามไฟฟ้าเป็นวัตถุวัตถุที่ทำให้มีปฏิสัมพันธ์ระหว่างวัตถุที่มีประจุ กฎการเหนี่ยวนำของฟาราเดย์

เรามักจะรับสัญญาณเกี่ยวกับเหตุการณ์ที่อยู่ห่างไกลด้วยความช่วยเหลือจากตัวกลาง ตัวอย่างเช่น การสื่อสารทางโทรศัพท์ดำเนินการโดยใช้สายไฟฟ้า คำพูดจะถูกส่งไปในระยะไกลโดยใช้คลื่นเสียงที่แพร่กระจายในอากาศ

(เสียงไม่สามารถแพร่กระจายในพื้นที่สุญญากาศได้) เนื่องจากการเกิดขึ้นของสัญญาณมักเป็นปรากฏการณ์ทางวัตถุ ดังนั้นการแพร่กระจายของสัญญาณที่เกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนพลังงานจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งในอวกาศ สามารถเกิดขึ้นได้ในสภาพแวดล้อมของวัสดุเท่านั้น

สัญญาณที่สำคัญที่สุดที่สื่อกลางมีส่วนร่วมในการส่งสัญญาณคือความเร็วสุดท้ายของการแพร่กระจายสัญญาณจากแหล่งกำเนิดไปยังผู้สังเกตซึ่งขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของตัวกลาง ตัวอย่างเช่น เสียงเดินทางในอากาศด้วยความเร็วประมาณ 330 ม. / วินาที

หากในธรรมชาติมีปรากฏการณ์ที่ความเร็วของการแพร่กระจายของสัญญาณมีขนาดใหญ่อย่างไม่สิ้นสุด กล่าวคือ สัญญาณจะถูกส่งต่อทันทีจากร่างกายหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่งที่ระยะห่างระหว่างกัน นั่นหมายความว่าร่างกายสามารถกระทำการต่อกันได้ที่ ระยะทางและไม่มีสสารระหว่างกัน การกระทำของร่างกายต่อกันในทางฟิสิกส์เรียกว่าการกระทำระยะยาว เมื่อร่างกายกระทำการซึ่งกันและกันด้วยความช่วยเหลือของสสารในระหว่างนั้น ปฏิสัมพันธ์ของพวกมันจะเรียกว่าระยะสั้น ดังนั้น ด้วยการกระทำระยะสั้น ร่างกายส่งผลกระทบโดยตรงต่อสภาพแวดล้อมทางวัตถุ และสภาพแวดล้อมนี้ส่งผลกระทบต่อร่างกายอื่นอยู่แล้ว

ต้องใช้เวลาพอสมควรในการถ่ายโอนผลกระทบของวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่งผ่านสภาพแวดล้อมระดับกลาง เนื่องจากกระบวนการใดๆ ในสภาพแวดล้อมวัสดุจะถูกถ่ายโอนจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งด้วยความเร็วที่จำกัดและกำหนดไว้อย่างดี การพิสูจน์ทางคณิตศาสตร์ของทฤษฎีการกระทำระยะสั้นได้รับจากนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษดีเด่น ดี. แม็กซ์เวลล์ (1831-1879) เนื่องจากสัญญาณที่แพร่กระจายทันทีไม่มีอยู่ในธรรมชาติ ในอนาคตเราจะยึดถือทฤษฎีการกระทำระยะสั้น

ในบางกรณี การแพร่กระจายของสัญญาณเกิดขึ้นได้ด้วยความช่วยเหลือของสาร เช่น การแพร่กระจายของเสียงในอากาศ ในกรณีอื่นๆ สสารไม่เกี่ยวข้องโดยตรงกับการส่งสัญญาณ เช่น แสงจากดวงอาทิตย์มาถึงโลกผ่านช่องว่างสุญญากาศ ดังนั้น สสารจึงไม่ได้มีอยู่ในรูปของสสารเท่านั้น

ในกรณีเหล่านั้นเมื่อผลกระทบของร่างกายต่อกันและกันสามารถเกิดขึ้นได้ผ่านช่องว่างที่ไม่มีอากาศ สื่อวัสดุที่ส่งผลกระทบนี้เรียกว่าสนาม ดังนั้น สสารจึงมีอยู่ในรูปของสสารและอยู่ในรูปหรือไม่? ฟิลด์ ขึ้นอยู่กับชนิดของแรงที่กระทำระหว่างวัตถุต่างๆ สนามสามารถมีได้หลายประเภท สนามที่ส่งการกระทำของวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่งตามกฎความโน้มถ่วงสากลเรียกว่าสนามโน้มถ่วง สนามที่ถ่ายโอนผลกระทบของประจุไฟฟ้าคงที่หนึ่งไปยังประจุคงที่อื่นตามกฎของคูลอมบ์เรียกว่าสนามไฟฟ้าสถิตหรือสนามไฟฟ้า

จากประสบการณ์พบว่าสัญญาณไฟฟ้าแพร่กระจายในพื้นที่สุญญากาศที่สูงมาก แต่ความเร็วสุดท้ายอยู่ที่ประมาณ 300,000 กม./วินาที (§ 27.7) นี้

พิสูจน์ว่าสนามไฟฟ้าเป็นความจริงทางกายภาพเหมือนกับสสาร การศึกษาคุณสมบัติของสนามทำให้สามารถถ่ายเทพลังงานจากระยะไกลโดยใช้สนามและนำไปใช้ตามความต้องการของมนุษย์ได้ ตัวอย่างคือการกระทำของการสื่อสารทางวิทยุ โทรทัศน์ เลเซอร์ ฯลฯ อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติหลายอย่างของสนามได้รับการศึกษาไม่ดีหรือยังไม่เป็นที่รู้จัก การศึกษาคุณสมบัติทางกายภาพของสนามและปฏิสัมพันธ์ระหว่างสนามกับสสารเป็นหนึ่งในปัญหาทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญที่สุดของฟิสิกส์สมัยใหม่

ประจุไฟฟ้าใด ๆ จะสร้างสนามไฟฟ้าในอวกาศโดยจะมีปฏิสัมพันธ์กับประจุอื่น สนามไฟฟ้าทำหน้าที่เฉพาะประจุไฟฟ้าเท่านั้น ดังนั้นจึงมีทางเดียวเท่านั้นที่จะตรวจจับสนามดังกล่าวได้ นั่นคือ การนำประจุทดสอบเข้าไปในจุดสนใจในอวกาศ หากมีสนาม ณ จุดนี้ แรงไฟฟ้าก็จะกระทำกับสนามแม่เหล็ก

เมื่อมีการตรวจสอบสนามด้วยค่าใช้จ่ายทดสอบ จะถือว่าการมีอยู่ของสนามนั้นไม่บิดเบือนสนามที่ตรวจสอบ ซึ่งหมายความว่าขนาดของประจุทดสอบต้องน้อยมากเมื่อเทียบกับประจุที่สร้างสนาม เราตกลงที่จะใช้ประจุบวกเป็นประจุทดสอบ

จากกฎของคูลอมบ์พบว่าค่าสัมบูรณ์ของแรงปฏิสัมพันธ์ของประจุไฟฟ้าลดลงตามระยะห่างระหว่างกันที่เพิ่มขึ้น แต่ไม่เคยหายไปโดยสิ้นเชิง ซึ่งหมายความว่าตามทฤษฎีแล้วสนามประจุไฟฟ้าขยายไปถึงอนันต์ อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ เราเชื่อว่าสนามจะมีอยู่ก็ต่อเมื่อแรงที่สังเกตได้กระทำต่อประจุทดสอบ

โปรดทราบว่าเมื่อประจุเคลื่อนที่ สนามของประจุจะเคลื่อนที่ตามไปด้วย เมื่อประจุถูกกำจัดออกไปมากจนแรงไฟฟ้าแทบไม่ทำการทดสอบกับประจุ ณ จุดใดๆ ในอวกาศอีกต่อไป เราบอกว่าสนามหายไปแล้ว แม้ว่าในความเป็นจริงแล้ว สนามได้เคลื่อนไปยังจุดอื่นๆ ในอวกาศแล้ว

สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กสลับกันภายใต้สภาวะบางอย่างสามารถสร้างกันและกันได้ พวกมันสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งไม่ได้รวมกันเลย นี่เป็นภาพรวมเดียว ซึ่งทั้งสองฟิลด์นี้ไม่สามารถอยู่ได้หากไม่มีกันและกัน

จากประวัติศาสตร์

ประสบการณ์ของนักวิทยาศาสตร์ชาวเดนมาร์ก Hans Christian Oersted ซึ่งดำเนินการในปี พ.ศ. 2364 แสดงให้เห็นว่ากระแสไฟฟ้าสร้างสนามแม่เหล็ก ในทางกลับกันสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงสามารถสร้างกระแสไฟฟ้าได้ สิ่งนี้ได้รับการพิสูจน์โดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ Michael Faraday ผู้ค้นพบปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในปี 1831 เขายังเป็นผู้เขียนคำว่า "สนามแม่เหล็กไฟฟ้า"

ในเวลานั้น แนวความคิดของการกระทำระยะไกลของนิวตันถูกนำมาใช้ในวิชาฟิสิกส์ เชื่อกันว่าร่างกายทั้งหมดทำหน้าที่ซึ่งกันและกันผ่านความว่างเปล่าด้วยความเร็วสูงอย่างไม่สิ้นสุด (เกือบจะในทันที) และในทุกระยะทาง สันนิษฐานว่าประจุไฟฟ้ามีปฏิกิริยาในลักษณะเดียวกัน ฟาราเดย์กลับเชื่อว่าความว่างเปล่าไม่มีอยู่ในธรรมชาติ และการปฏิสัมพันธ์นั้นเกิดขึ้นที่ความเร็วจำกัดผ่านสภาพแวดล้อมทางวัตถุบางอย่าง สื่อสำหรับประจุไฟฟ้านี้คือ สนามแม่เหล็กไฟฟ้า... และแพร่กระจายด้วยความเร็วเท่ากับความเร็วแสง

ทฤษฎีของแมกซ์เวลล์

โดยนำผลการศึกษาที่ผ่านมามารวมไว้ด้วยกัน นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ James Clerk Maxwellในปี พ.ศ. 2407 ได้สร้างขึ้น ทฤษฎีสนามแม่เหล็กไฟฟ้า... ตามที่เธอกล่าว สนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงจะสร้างสนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลง และสนามไฟฟ้ากระแสสลับจะสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับ แน่นอนว่าในช่วงเริ่มต้น ฟิลด์ใดฟิลด์หนึ่งถูกสร้างขึ้นโดยแหล่งที่มาของประจุหรือกระแสน้ำ แต่ในอนาคต ฟิลด์เหล่านี้อาจมีอยู่แล้วโดยอิสระจากแหล่งที่มาดังกล่าว ซึ่งทำให้ฟิลด์อื่นปรากฏขึ้น นั่นคือ, สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กเป็นส่วนประกอบของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเดียว... และการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ในสิ่งเหล่านี้ทำให้เกิดการปรากฏตัวของอีกคนหนึ่ง สมมติฐานนี้เป็นพื้นฐานของทฤษฎีของแมกซ์เวลล์ สนามไฟฟ้าที่เกิดจากสนามแม่เหล็กคือกระแสน้ำวน เส้นแรงของมันถูกปิด

ทฤษฎีนี้เป็นปรากฏการณ์วิทยา ซึ่งหมายความว่ามันถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานของสมมติฐานและการสังเกตและไม่ได้พิจารณาถึงสาเหตุของการเกิดสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก

คุณสมบัติของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า

สนามแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นการรวมกันของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก ดังนั้น ณ จุดแต่ละจุดของพื้นที่ จึงอธิบายโดยปริมาณหลักสองค่า: ความแรงของสนามไฟฟ้า อี และการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก วี .

เนื่องจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นกระบวนการของการแปลงสนามไฟฟ้าให้เป็นสนามแม่เหล็ก จากนั้นสนามแม่เหล็กจึงกลายเป็นไฟฟ้า สถานะของสนามแม่เหล็กจึงเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา การแพร่กระจายในอวกาศและเวลาทำให้เกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ขึ้นอยู่กับความถี่และความยาว คลื่นเหล่านี้แบ่งออกเป็น คลื่นวิทยุ, รังสีเทราเฮิร์ตซ์, รังสีอินฟราเรด, แสงที่มองเห็นได้, รังสีอัลตราไวโอเลต, รังสีเอกซ์และแกมมา.

เวกเตอร์ของความเข้มและการเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าจะตั้งฉากกัน และระนาบที่พวกมันนอนอยู่นั้นตั้งฉากกับทิศทางของการแพร่กระจายคลื่น

ในทฤษฎีของการกระทำระยะไกล ความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าถือว่ามีขนาดใหญ่มาก อย่างไรก็ตาม แมกซ์เวลล์พิสูจน์ว่าไม่เป็นเช่นนั้น ในสารหนึ่ง คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแพร่กระจายด้วยความเร็วจำกัด ซึ่งขึ้นอยู่กับการซึมผ่านของไดอิเล็กตริกและแม่เหล็กของสาร ดังนั้นทฤษฎีของแมกซ์เวลล์จึงเรียกว่าทฤษฎีการกระทำระยะสั้น

จากการทดลอง ทฤษฎีของ Maxwell ได้รับการยืนยันในปี 1888 โดย Heinrich Rudolf Hertz นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน เขาพิสูจน์ว่ามีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอยู่ ยิ่งไปกว่านั้น เขายังวัดความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในสุญญากาศ ซึ่งกลายเป็นว่าเท่ากับความเร็วของแสง

ในรูปแบบอินทิกรัล กฎหมายนี้มีลักษณะดังนี้:

กฎของเกาส์สำหรับสนามแม่เหล็ก

ฟลักซ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กผ่านพื้นผิวปิดเป็นศูนย์.

ความหมายทางกายภาพของกฎข้อนี้คือไม่มีประจุแม่เหล็กในธรรมชาติ ไม่สามารถแยกขั้วแม่เหล็กออกได้ เส้นสนามแม่เหล็กถูกปิด

กฎการเหนี่ยวนำของฟาราเดย์

การเปลี่ยนแปลงของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กทำให้เกิดสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวน

,

ทฤษฎีบทการหมุนเวียนของสนามแม่เหล็ก

ทฤษฎีบทนี้อธิบายที่มาของสนามแม่เหล็กรวมถึงสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นเองด้วย

กระแสไฟฟ้าและการเปลี่ยนแปลงในการเหนี่ยวนำไฟฟ้าทำให้เกิดสนามแม่เหล็กกระแสน้ำวน.

,

,

อี- ความแรงของสนามไฟฟ้า

นู๋- ความแรงของสนามแม่เหล็ก

วี- การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก นี่คือปริมาณเวกเตอร์ที่แสดงด้วยแรงที่สนามแม่เหล็กกระทำต่อประจุของค่า q ที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว v;

ดี- การเหนี่ยวนำไฟฟ้าหรือการกระจัดไฟฟ้า เป็นปริมาณเวกเตอร์เท่ากับผลรวมของเวกเตอร์ความเข้มและเวกเตอร์โพลาไรซ์ โพลาไรเซชันเกิดจากการกระจัดของประจุไฟฟ้าภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้าภายนอกที่สัมพันธ์กับตำแหน่งเมื่อไม่มีสนามดังกล่าว

Δ - โอเปอเรเตอร์ นาบลา การกระทำของโอเปอเรเตอร์นี้ในฟิลด์เฉพาะเรียกว่าโรเตอร์ของฟิลด์นี้

Δ x E = เน่า E

ρ - ความหนาแน่นของประจุไฟฟ้าภายนอก

เจ- ความหนาแน่นกระแส - ค่าแสดงความแรงของกระแสที่ไหลผ่านพื้นที่หนึ่งหน่วย

กับ- ความเร็วแสงในสุญญากาศ

การศึกษาสนามแม่เหล็กไฟฟ้ามีส่วนร่วมในวิทยาศาสตร์ที่เรียกว่า ไฟฟ้ากระแส... เธอพิจารณาการมีปฏิสัมพันธ์กับวัตถุที่มีประจุไฟฟ้า ปฏิสัมพันธ์นี้เรียกว่า แม่เหล็กไฟฟ้า... อิเล็กโทรไดนามิกแบบคลาสสิกอธิบายเฉพาะคุณสมบัติต่อเนื่องของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าโดยใช้สมการของแมกซ์เวลล์ อิเล็กโทรไดนามิกควอนตัมสมัยใหม่เชื่อว่าสนามแม่เหล็กไฟฟ้ามีคุณสมบัติไม่ต่อเนื่อง (ไม่ต่อเนื่อง) และปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าดังกล่าวเกิดขึ้นด้วยความช่วยเหลือของอนุภาคควอนตัมที่แบ่งแยกไม่ได้ซึ่งไม่มีมวลและประจุ ควอนตัมของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเรียกว่า โฟตอน .

สนามแม่เหล็กไฟฟ้ารอบตัวเรา

สนามแม่เหล็กไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นรอบๆ ตัวนำไฟฟ้ากระแสสลับใดๆ แหล่งที่มาของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ได้แก่ สายไฟฟ้า, มอเตอร์ไฟฟ้า, หม้อแปลงไฟฟ้า, การขนส่งทางไฟฟ้าในเมือง, การขนส่งทางรถไฟ, เครื่องใช้ไฟฟ้าในครัวเรือนและอิเล็กทรอนิกส์ - โทรทัศน์, คอมพิวเตอร์, ตู้เย็น, เตารีด, เครื่องดูดฝุ่น, โทรศัพท์ไร้สาย, โทรศัพท์มือถือ, เครื่องโกนหนวดไฟฟ้า - โดยย่อทุกอย่าง ที่เกี่ยวข้องกับการบริโภคหรือการส่งไฟฟ้า แหล่งกำเนิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่ทรงพลังได้แก่ เครื่องส่งโทรทัศน์ เสาอากาศสำหรับสถานีโทรศัพท์เคลื่อนที่ สถานีเรดาร์ เตาไมโครเวฟ ฯลฯ และเนื่องจากมีอุปกรณ์ดังกล่าวอยู่ไม่กี่แห่งรอบตัวเรา สนามแม่เหล็กไฟฟ้าจึงล้อมรอบเราทุกที่ ฟิลด์เหล่านี้ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและมนุษย์ นี่ไม่ได้หมายความว่าอิทธิพลนี้เป็นลบเสมอ สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กมีอยู่รอบตัวมนุษย์เป็นเวลานาน แต่พลังของการแผ่รังสีเมื่อสองสามทศวรรษก่อนนั้นต่ำกว่าในปัจจุบันหลายร้อยเท่า

รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าอาจไม่เป็นอันตรายต่อมนุษย์ได้ในระดับหนึ่ง ดังนั้นในทางการแพทย์ด้วยความช่วยเหลือของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าความเข้มต่ำเนื้อเยื่อจะรักษาขจัดกระบวนการอักเสบและมีผลยาแก้ปวด อุปกรณ์ UHF บรรเทาอาการกระตุกของกล้ามเนื้อเรียบของลำไส้และกระเพาะอาหาร ปรับปรุงกระบวนการเผาผลาญในเซลล์ของร่างกาย ลดเสียงของเส้นเลือดฝอย และลดความดันโลหิต

แต่สนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่รุนแรงทำให้เกิดการหยุดชะงักในการทำงานของระบบหัวใจและหลอดเลือด, ภูมิคุ้มกัน, ต่อมไร้ท่อและระบบประสาทของบุคคล, อาจทำให้เกิดอาการนอนไม่หลับ, ปวดหัว, ความเครียด อันตรายคือมนุษย์แทบจะมองไม่เห็นผลกระทบของมัน และการละเมิดก็ค่อยๆ เกิดขึ้น

เราจะป้องกันตนเองจากรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ล้อมรอบตัวเราได้อย่างไร? เป็นไปไม่ได้ที่จะทำเช่นนี้ทั้งหมด ดังนั้นคุณต้องพยายามลดผลกระทบให้เหลือน้อยที่สุด ก่อนอื่นคุณต้องจัดเครื่องใช้ในครัวเรือนให้ห่างจากที่ที่เราอยู่บ่อยที่สุด ตัวอย่างเช่น คุณไม่จำเป็นต้องนั่งใกล้ทีวีมากเกินไป ท้ายที่สุดยิ่งระยะห่างจากแหล่งกำเนิดของสนามแม่เหล็กไฟฟ้ามากเท่าไหร่ก็ยิ่งอ่อนลงเท่านั้น บ่อยครั้งที่เราเสียบปลั๊กเครื่องทิ้งไว้ แต่สนามแม่เหล็กไฟฟ้าจะหายไปเมื่ออุปกรณ์ถูกตัดการเชื่อมต่อจากเครือข่ายไฟฟ้าเท่านั้น

สุขภาพของมนุษย์ได้รับผลกระทบจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าตามธรรมชาติเช่นกัน เช่น รังสีคอสมิก สนามแม่เหล็กของโลก

รอบประจุแต่ละประจุ ตามทฤษฎีของการกระทำระยะสั้น จะมีสนามไฟฟ้า สนามไฟฟ้าเป็นวัตถุที่มีอยู่ในอวกาศตลอดเวลาและสามารถกระทำกับประจุอื่นได้ สนามไฟฟ้าแผ่กระจายไปทั่วอวกาศด้วยความเร็วแสง ปริมาณทางกายภาพที่เท่ากับอัตราส่วนของแรงที่สนามไฟฟ้ากระทำต่อประจุทดสอบ (ประจุบวกจุดเล็ก ๆ ที่ไม่ส่งผลต่อการกำหนดค่าสนาม) ต่อค่าของประจุนี้เรียกว่าความแรงของสนามไฟฟ้า โดยใช้กฎของคูลอมบ์ เป็นไปได้ที่จะได้สูตรความแรงของสนามที่สร้างขึ้นโดยประจุ qระยะทาง rจากค่าใช้จ่าย ... ความแรงของสนามไม่ได้ขึ้นอยู่กับประจุที่มันกระทำ เส้นความตึงเครียดเริ่มต้นที่ประจุบวกและสิ้นสุดที่ประจุลบ หรือไปที่อนันต์ สนามไฟฟ้าที่มีความแรงเท่ากันสำหรับทุกคน ณ จุดใดก็ได้ในอวกาศ เรียกว่าสนามไฟฟ้าสม่ำเสมอ สนามระหว่างแผ่นโลหะที่มีประจุขนานกันสองแผ่นถือได้ว่ามีความสม่ำเสมอโดยประมาณ ด้วยการกระจายประจุที่สม่ำเสมอ qบนพื้นผิวของสี่เหลี่ยม สความหนาแน่นของประจุที่พื้นผิวเท่ากับ สำหรับระนาบอนันต์ที่มีความหนาแน่นประจุที่พื้นผิว s ความแรงของสนามจะเท่ากันทุกจุดในอวกาศและเท่ากับ . ความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น

เมื่อประจุเคลื่อนที่ด้วยสนามไฟฟ้าในระยะไกล งานที่สมบูรณ์จะเท่ากับ ... ในกรณีของแรงโน้มถ่วง การทำงานของแรงคูลอมบ์ไม่ได้ขึ้นอยู่กับวิถีการเคลื่อนที่ของประจุ เมื่อทิศทางของเวกเตอร์การกระจัดเปลี่ยน 180 0 การทำงานของแรงสนามจะกลับสัญญาณ ดังนั้นงานของแรงของสนามไฟฟ้าสถิตเมื่อประจุเคลื่อนที่ไปตามวงจรปิดมีค่าเท่ากับศูนย์ สนามที่มีแรงกระทำในวิถีปิดเท่ากับศูนย์เรียกว่าสนามศักย์

ราวกับมวลสาร มในสนามแรงโน้มถ่วงมีพลังงานศักย์เป็นสัดส่วนกับมวลกาย ประจุไฟฟ้าในสนามไฟฟ้าสถิตมีพลังงานศักย์ W pเป็นสัดส่วนกับค่าใช้จ่าย การทำงานของแรงของสนามไฟฟ้าสถิตเท่ากับการเปลี่ยนแปลงของพลังงานศักย์ของประจุซึ่งถ่ายด้วยเครื่องหมายตรงข้าม ณ จุดหนึ่งของสนามไฟฟ้าสถิต ประจุที่ต่างกันสามารถมีพลังงานศักย์ต่างกันได้ แต่อัตราส่วนของพลังงานศักย์ที่จะชาร์จสำหรับจุดที่กำหนดนั้นเป็นค่าคงที่ ปริมาณทางกายภาพนี้เรียกว่าศักย์ของสนามไฟฟ้า ดังนั้นพลังงานศักย์ของประจุจะเท่ากับผลคูณของศักย์ไฟฟ้า ณ จุดที่กำหนดโดยประจุ ศักย์ไฟฟ้าคือปริมาณสเกลาร์ ศักยภาพของหลายฟิลด์เท่ากับผลรวมของศักยภาพของฟิลด์เหล่านี้ การวัดการเปลี่ยนแปลงของพลังงานระหว่างปฏิสัมพันธ์ของร่างกายคืองาน เมื่อประจุเคลื่อนที่ การทำงานของแรงของสนามไฟฟ้าสถิตจึงเท่ากับการเปลี่ยนแปลงของพลังงานที่มีเครื่องหมายตรงข้าม ดังนั้น เพราะ งานขึ้นอยู่กับความต่างศักย์และไม่ขึ้นอยู่กับวิถีระหว่างกัน ดังนั้นความต่างศักย์จึงถือได้ว่าเป็นลักษณะพลังงานของสนามไฟฟ้าสถิต ถ้าศักย์ที่ระยะอนันต์จากประจุถูกนำมาเป็นศูนย์ แล้วในระยะทาง rจากประจุจะถูกกำหนดโดยสูตร

การกระทำของวัตถุที่มีประจุบางอย่างกับวัตถุที่มีประจุอื่นนั้นกระทำโดยไม่ต้องสัมผัสโดยตรงโดยใช้สนามไฟฟ้า

สนามไฟฟ้าเป็นวัสดุ มันมีอยู่โดยอิสระจากเราและความรู้ของเราเกี่ยวกับเรื่องนี้

สนามไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นโดยประจุไฟฟ้าและตรวจพบด้วยความช่วยเหลือของประจุไฟฟ้าโดยการกระทำของแรงบางอย่างกับพวกมัน

สนามไฟฟ้าแพร่กระจายด้วยความเร็วสุดท้าย 300,000 กม. / วินาทีในสุญญากาศ

เนื่องจากคุณสมบัติหลักอย่างหนึ่งของสนามไฟฟ้าคือการกระทำของอนุภาคที่มีประจุที่มีความแรงระดับหนึ่ง จากนั้นจึงจะแนะนำลักษณะเชิงปริมาณของสนามไฟฟ้า จึงจำเป็นต้องวางวัตถุขนาดเล็กที่มีประจุ q (ประจุทดสอบ) ที่จุดตรวจสอบ ชี้ไปที่อวกาศ แรงจะกระทำต่อร่างกายนี้จากด้านข้างของสนาม

หากคุณเปลี่ยนค่าของประจุทดสอบ เช่น สองครั้ง แรงที่กระทำกับประจุจะเปลี่ยนสองครั้งด้วย

เมื่อค่าของประจุทดสอบเปลี่ยน n ครั้ง แรงที่กระทำต่อประจุจะเปลี่ยน n ครั้งด้วย

อัตราส่วนของแรงที่กระทำต่อประจุทดสอบที่วางอยู่ที่จุดที่กำหนดของสนามต่อค่าของประจุนี้เป็นค่าคงที่และไม่ขึ้นกับแรงนี้ หรือขนาดของประจุ หรือขึ้นกับว่ามี ค่าใช้จ่ายใดๆ อัตราส่วนนี้กำหนดด้วยตัวอักษรและถือเป็นลักษณะความแรงของสนามไฟฟ้า ปริมาณทางกายภาพที่สอดคล้องกันเรียกว่า ความแรงของสนามไฟฟ้า .

ความตึงเครียดแสดงให้เห็นว่าแรงใดกระทำจากด้านข้างของสนามไฟฟ้ากับประจุหนึ่งหน่วยที่วางอยู่ที่จุดที่กำหนดของสนาม

ในการหาหน่วยของแรงตึง จำเป็นต้องแทนที่หน่วยของแรง - 1 N และประจุ - 1 C ลงในสมการควบคุมของแรงตึง เราได้รับ: [E] = 1 N / 1 Cl = 1 N / Cl

เพื่อความชัดเจน สนามไฟฟ้าในภาพวาดจะแสดงโดยใช้เส้นแรง

สนามไฟฟ้าสามารถเคลื่อนที่ประจุจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งได้ เพราะฉะนั้น, ประจุที่วางอยู่ที่จุดที่กำหนดของสนามจะมีพลังงานสำรองอยู่.

สามารถป้อนลักษณะพลังงานของสนามในลักษณะเดียวกับการแนะนำลักษณะแรง

เมื่อค่าของประจุทดสอบเปลี่ยนไป ไม่เพียงแต่แรงที่กระทำกับประจุเท่านั้น แต่ยังเปลี่ยนพลังงานศักย์ของประจุนี้ด้วย อัตราส่วนของพลังงานของประจุทดสอบซึ่งอยู่ที่จุดที่กำหนดของสนามต่อค่าของประจุนี้เป็นค่าคงที่และไม่ขึ้นกับพลังงานหรือประจุ

เพื่อให้ได้หน่วยของศักย์ จำเป็นต้องเปลี่ยนหน่วยของพลังงาน - 1 J และประจุ - 1 C เป็นสมการของศักย์ไฟฟ้า เราได้รับ: [φ] = 1 J / 1 C = 1 V.

หน่วยนี้มีชื่อของตัวเองว่า 1 โวลต์

ศักยภาพของสนามของประจุแบบจุดเป็นสัดส่วนโดยตรงกับขนาดของประจุที่สร้างสนามและเป็นสัดส่วนผกผันกับระยะทางจากประจุถึงจุดที่กำหนดของสนาม:

สนามไฟฟ้าในภาพวาดยังสามารถแสดงโดยใช้พื้นผิวที่มีศักยภาพเท่ากันเรียกว่า พื้นผิวศักย์ไฟฟ้า .

เมื่อประจุไฟฟ้าเคลื่อนจากจุดที่มีศักย์หนึ่งไปยังจุดที่มีศักย์ต่างกัน งานก็เสร็จสิ้น

ปริมาณทางกายภาพเท่ากับอัตราส่วนของงานการย้ายประจุจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งไปยังค่าของประจุนี้เรียกว่า แรงดันไฟฟ้า :

แรงดันไฟฟ้าแสดงว่างานที่ทำโดยสนามไฟฟ้ามีค่าเท่ากับเมื่อประจุ 1 C ถูกย้ายจากจุดหนึ่งของสนามไปยังอีกจุดหนึ่ง

หน่วยของแรงดันและศักย์ไฟฟ้าคือ 1 V.

แรงดันไฟฟ้าระหว่างจุดสองจุดของสนามซึ่งอยู่ห่างจากกัน d สัมพันธ์กับความแรงของสนาม:

ในสนามไฟฟ้าสม่ำเสมอ การย้ายประจุจากจุดหนึ่งของสนามไปยังอีกจุดหนึ่งไม่ได้ขึ้นอยู่กับรูปร่างของวิถีและถูกกำหนดโดยขนาดของประจุและความต่างศักย์ระหว่างจุดในสนามเท่านั้น

สนามไฟฟ้าตามแนวคิดทางกายภาพเบื้องต้นนั้นไม่มีอะไรมากไปกว่าสภาพแวดล้อมวัสดุชนิดพิเศษที่เกิดขึ้นรอบวัตถุที่มีประจุและส่งผลกระทบต่อการจัดการทำงานร่วมกันระหว่างวัตถุดังกล่าวด้วยความเร็วสุดท้ายที่แน่นอนและในพื้นที่ จำกัด อย่างเคร่งครัด

ได้รับการพิสูจน์มานานแล้วว่าสนามไฟฟ้าสามารถเกิดขึ้นได้ทั้งในตัววัตถุที่ไม่เคลื่อนที่และเคลื่อนที่ สัญญาณหลักของการปรากฏตัวนี้คือผลกระทบต่อ

หนึ่งในปริมาณหลักคือแนวคิดของ "ความแรงของสนาม" ในแง่ตัวเลข คำนี้หมายถึงอัตราส่วนของแรงที่กระทำต่อประจุทดสอบ โดยตรงกับนิพจน์เชิงปริมาณของประจุนี้

ความจริงที่ว่าประจุเป็นการทดสอบหมายความว่าตัวมันเองไม่ได้มีส่วนใด ๆ ในการสร้างฟิลด์นี้ และค่าของมันมีขนาดเล็กมากจนไม่นำไปสู่การบิดเบือนของข้อมูลเริ่มต้น ความแรงของสนามวัดเป็น V / m ซึ่งตามอัตภาพเท่ากับ N / C

นักวิจัยชาวอังกฤษที่มีชื่อเสียง M. Faraday ได้แนะนำวิธีการแสดงภาพกราฟิกของสนามไฟฟ้าไปสู่การหมุนเวียนทางวิทยาศาสตร์ ในความเห็นของเขา สสารชนิดพิเศษนี้ในภาพวาดควรแสดงเป็นเส้นต่อเนื่อง ต่อมาพวกเขาเริ่มถูกเรียกว่า "เส้นความเข้มสนามไฟฟ้า" และทิศทางตามกฎทางกายภาพพื้นฐานนั้นสอดคล้องกับทิศทางของความตึงเครียด

เส้นแรงจำเป็นในการแสดงลักษณะคุณภาพของแรงตึง เช่น ความหนาแน่นหรือความหนาแน่น ในกรณีนี้ ความหนาแน่นของเส้นแรงตึงจะขึ้นอยู่กับจำนวนต่อหน่วยพื้นผิว รูปภาพที่สร้างขึ้นของเส้นแรงช่วยให้คุณกำหนดการแสดงออกเชิงปริมาณของความแรงของสนามในแต่ละส่วนได้ เช่นเดียวกับการค้นหาว่ามีการเปลี่ยนแปลงอย่างไร

สนามไฟฟ้าของไดอิเล็กทริกมีคุณสมบัติที่น่าสนใจทีเดียว ดังที่คุณทราบไดอิเล็กทริกเป็นสารที่ไม่มีอนุภาคที่มีประจุฟรีในทางปฏิบัติดังนั้นจึงไม่สามารถดำเนินการได้ ก่อนอื่น สารดังกล่าวควรรวมถึงก๊าซทั้งหมด เซรามิก พอร์ซเลน น้ำกลั่น ไมกา ฯลฯ

เพื่อกำหนดความแรงของสนามในไดอิเล็กทริก สนามไฟฟ้าจะต้องผ่านเข้าไป ภายใต้การกระทำของมัน ประจุที่ถูกผูกไว้ในอิเล็กทริกเริ่มเปลี่ยน แต่พวกมันไม่สามารถออกจากขอบเขตของโมเลกุลได้ ทิศทางของการกระจัดแสดงว่าประจุบวกถูกแทนที่ตามทิศทางของสนามไฟฟ้า และประจุลบจะถูกแทนที่ด้วย อันเป็นผลมาจากการปรับเปลี่ยนเหล่านี้สนามไฟฟ้าใหม่เกิดขึ้นภายในอิเล็กทริกซึ่งทิศทางตรงข้ามกับสนามภายนอกโดยตรง สนามภายในนี้ทำให้สนามภายนอกอ่อนแอลงอย่างเห็นได้ชัด ดังนั้นความเข้มของสนามหลังจึงลดลง

ความแรงของสนามเป็นคุณลักษณะเชิงปริมาณที่สำคัญที่สุด ซึ่งเป็นสัดส่วนโดยตรงกับกำลังที่สสารชนิดพิเศษนี้กระทำต่อประจุไฟฟ้าภายนอก แม้ว่าจะเป็นไปไม่ได้ที่จะเห็นค่านี้ แต่เมื่อใช้การวาดเส้นแรง คุณก็จะได้แนวคิดเกี่ยวกับความหนาแน่นและทิศทางของมันในอวกาศ