Гипермаркет знаний>>Физика и астрономия>>Физика 9 класс>>Физика: Электрическое поле

Что такое электрическое поле?

Подвесим на нити заряженную гильзу и поднесем к ней наэлектризованную стеклянную палочку. Даже при отсутствии непосредственного контакта гильза на нити отклоняется от вертикального положения, притягиваясь к палочке (рис. 13).

Заряженные тела, как видим, способны взаимодействовать друг с другом на расстоянии. Как при этом передается действие от одного из этих тел к другому? Может быть, все дело в воздухе, находящемся между ними? Выясним это на опыте.

Поместим заряженный электроскоп (с вынутыми стеклами) под колокол воздушного насоса, после чего выкачаем из-под него воздух. Мы увидим, что и в безвоздушном пространстве листочки электроскопа по-прежнему будут отталкиваться друг от друга (рис. 14). Значит, в передаче электрического взаимодействия воздух не участвует. Тогда посредством чего все-таки осуществляется взаимодействие заряженных тел? Ответ на этот вопрос дали в своих работах английские ученые М. Фарадей (1791-1867) и Дж. Максвелл (1831-1879).

Согласно учению Фарадея и Максвелла, пространство, окружающее заряженное тело, отличается от пространства, находящегося вокруг ненаэлектризованных тел. Вокруг заряженных тел существует электрическое поле. С помощью этого поля и осуществляется электрическое взаимодействие.

Электрическое поле представляет собой особый вид материи, отличающийся от вещества и существующий вокруг любых заряженных тел.

Ни увидеть его, ни потрогать невозможно. О существовании электрического поля можно судить лишь по его действиям.

Основные свойства электрического поля

Простые опыты позволяют установить основные свойства электрического поля.

1. Электрическое поле заряженного тела действует с некоторой силой на всякое другое заряженное тело, оказавшееся в этом поле.

Об этом свидетельствуют все опыты по взаимодействию заряженных тел. Так, например, заряженная гильза, оказавшаяся в электрическом поле наэлектризованной палочки (см. рис. 13), подверглась действию силы притяжения к ней.

2. Вблизи заряженных тел создаваемое ими поле сильнее, а вдали слабее.

Чтобы убедиться в этом, снова обратимся к опыту с заряженной гильзой (см. рис. 13). Начнем приближать подставку с гильзой к заряженной палочке. Мы увидим, что по мере приближения гильзы к палочке угол отклонения нити от вертикали будет становиться все больше и больше (рис. 15). Увеличение этого угла свидетельствует о том, что, чем ближе гильза к источнику электрического поля (наэлектризованной палочке), тем с большей силой действует на нее это поле. Это и означает, что вблизи заряженного тела создаваемое им поле сильнее, чем вдали.

Следует иметь в виду, что не только заряженная палочка своим электрическим полем действует на заряженную гильзу, но и гильза, в свою очередь, своим электрическим полем действует на палочку. В таком взаимном действии друг на друга и проявляется электрическое взаимодействие заряженных тел.

Электрическое поле проявляется и в опытах с диэлектриками. Когда диэлектрик оказывается в электрическом поле, положительно заряженные части его молекул (атомные ядра) под действием поля смещаются в одну сторону, а отрицательно заряженные части (электроны) - в другую сторону. Это явление называют поляризацией диэлектрика. Именно поляризацией объясняются простейшие опыты по притяжению наэлектризованным телом легких кусочков бумаги. Эти кусочки в целом нейтральны. Однако в электрическом поле наэлектризованного тела (например, стеклянной палочки) они поляризуются. На той поверхности кусочка, что ближе к палочке, появляется заряд, противоположный по знаку заряду палочки. Взаимодействие с ним и приводит к притяжению кусочков бумаги к наэлектризованному телу.

Электрическая сила

Силу, с которой электрическое поле действует на заряженное тело (или частицу), называют электрической силой:

Fэл - электрическая сила.

Под действием этой силы частица, оказавшаяся в электрическом поле, приобретает ускорение а, которое можно определить с помощью второго закона Ньютона:

где m - масса данной частицы.

Со времен Фарадея для графического изображения электрического поля принято использовать силовые линии.

Силовые линии электрического поля

Силовые линии электрического поля - это линии, указывающие направление силы, действующей в этом поле на помещаемую в него положительно заряженную частицу. Силовые линии поля, создаваемого положительно заряженным телом, показаны на рисунке 16, а. На рисунке 16, б изображены силовые линии поля, создаваемого отрицательно заряженным телом.

Подобную картину можно наблюдать с помощью простого устройства, называемого электрическим султаном. Сообщив ему заряд, мы увидим, как все его бумажные полоски разойдутся в разные стороны и расположатся вдоль силовых линий электрического поля (рис. 17).

Когда заряженная частица попадает в электрическое поле, ее скорость в этом поле может как увеличиться, так и уменьшиться. Если заряд частицы q>0, то при движении вдоль силовых линий она будет разгоняться, а при движении в противоположном направлении тормозить. Если же заряд частицы q<0, то все будет наоборот ее скорость будет уменьшаться при движении в направлении силовых линий и увеличиваться при движении в противоположном направлении.

Это интересно знать

Из сегодняшней темы об электрическом поле мы с вами узнали, что оно существует в пространстве, которое находится вокруг электрического заряда.

Давайте посмотрим, как с помощью силовых линий, имеющих направление можно изобразить это электрическое поле с помощью графиков:

Вам, наверное, будет интересно узнать, что в нашей атмосфере функционируют различной силы электрические поля. Если рассматривать электрическое поле с точки зрения вселенной, то обычно Земля имеет отрицательный заряд, а вот низ облаков положительный. А такие заряженные частицы, как ионы, содержаться в воздухе и его содержание меняется в зависимости от различных факторов. Эти факторы зависят , как от времени года, так и от метеоусловий и частоты атмосферы.

А так как атмосфера пронизана этими частицами, которые находясь в непрерывном движении и которым свойственны изменения то на положительные, то на отрицательные ионы, имеют свойство влиять на самочувствие и здоровье человека. А самое интересное то, что большое преобладание положительных ионов в атмосфере способны вызывать неприятные ощущения в нашем организме.

Биологическое действие электромагнитного поля

А сейчас давайте с вами поговорим о биологическом действии ЭМП на здоровье человека и его влияние на живые организмы. Оказывается, что живые организмы, которые находятся в зоне воздействия электромагнитного поля, подвержены сильным факторам его влияния.

Негативно сказывается на здоровье и самочувствии человека его длительное пребывание в области электромагнитного поля. Так, например, у человека с аллергическими заболеваниями, такое воздействие ЭМП может вызвать приступ эпилепсии. А в случае пребывания человека в электромагнитном поле более длительного времени, могут развиться заболевания не только сердечнососудистой и нервной системы, но и вызвать онкологические заболевания.

Ученые доказали, что там, где имеется сильное действие электрического поля, можно наблюдать изменения поведения и у насекомых. Это негативное воздействие может проявляться в виде агрессии, беспокойства и снижения работоспособности.

Под таким воздействием аномальное развитие можно наблюдать и среди растений. Под влиянием электромагнитного поля у растений могут измениться размеры, его форма и количество лепестков.

Интересные факты, связанные с электричеством

Открытия в области электричества является одним из важнейших достижений человека, ведь современную жизнь без этого открытия сейчас даже трудно представить.

А известно ли вам, что в некоторых районах Африки и Южной Америки есть селения, где электричество отсутствует до сих пор. И знаете, как люди выходят из этого положения? Оказывается, они освещают свои жилища с помощью таких насекомых, как светлячки. Они наполняют стеклянные банки этими насекомыми и с помощью светлячков получают свет.

Знаете ли вы, о способности пчел во время полета накапливать положительный заряд электричества? А вот у цветов электрический заряд отрицательный и благодаря этому их пыльца сама притягивается на тело пчелы. Но самое интересное, что поле такого контакта пчелы с цветком, у растения меняется электрическое поле и как бы дает сигнал другим пчелиным особям об уже отсутствии пыльцы на этом растении.

А вот в мире рыб, самыми известными электрическими охотниками, являются скаты. Чтобы обезвредить свою жертву, скат при помощи электрических разрядов парализует ее.

Известно ли вам, что самым сильным электрическим разрядом обладают электрические угри. Эти пресноводные рыбы обладают напряжение тока при разряде которого он может достигать 800 В.

Домашнее задание

1. Что такое электрическое поле?
2. Чем отличается поле от вещества?
3. Перечислите основные свойства электрического поля.
4. Что указывают силовые линии электрического поля?
5. Как находится ускорение заряженной частицы, движущейся в электрическом поле?
6. В каком случае электрическое поле увеличивает скорость частицы и в каком уменьшает ее?
7. Почему нейтральные кусочки бумаги притягиваются к наэлектризованному телу?
8. Объясните, почему после сообщения электрическому султану заряда его бумажные полоски расходятся в разные стороны.

Экспериментальное задание.

Наэлектризуйте о волосы расческу, после чего коснитесь ею маленького кусочка ваты (пушинки). Что при этом произойдет с ватой? Стряхните пушинку с расчески и, когда она окажется в воздухе, заставьте ее парить на одной и той же высоте, подставляя снизу на некотором расстоянии наэлектризованную расческу. Почему пушинка перестает падать? Что будет удерживать ее в воздухе?

С.В. Громов, И.А. Родина, Физика 9 класс