Qu'est-ce qu'un champ électrique et quelles sont ses propriétés
Définition
Autour d'un corps chargé, un champ électrique apparaît. En termes simples, c'est un champ qui agit sur d'autres corps avec une certaine force.
La principale caractéristique quantitative est l'intensité du champ électrique. Il est égal au rapport de la force agissant sur la charge à l'ampleur de la charge. La force agit dans une certaine direction, ce qui signifie que la tension du champ électrique est une quantité vectorielle. Ci-dessous, vous voyez la formule de tension:
La tension du champ électrique agit dans la direction calculée par le principe de superposition. Soit:
Dans la figure ci-dessous, vous voyez une image graphique conditionnelle de deux charges de polarité différente et les lignes de force du champ électrique qui se produisent entre elles.
Important! La condition principale pour l'apparition d'un champ électrique est que le corps doit avoir une sorte de charge. Ce n'est qu'alors qu'un champ surgira autour de lui qui agira sur d'autres corps chargés.
Pour déterminer l'amplitude du champ électrique autour d'une charge de test unitaire à l'aide loi pendantdans ce cas:
Un tel champ est également appelé Coulomb.
Une autre quantité physique importante est le potentiel du champ électrique. Ce n'est plus un vecteur, mais une quantité scalaire, elle est directement proportionnelle à l'énergie appliquée à la charge:
Important! La force et l'énergie caractéristiques d'un champ électrique sont la tension et le potentiel. Ce sont ses principales propriétés physiques.
Il est mesuré en Volts et est numériquement égal au travail du PE pour déplacer la charge d'un certain point à l'infini.
Vous pouvez en savoir plus sur la force du champ électrique dans le didacticiel vidéo:
Vues sur le terrain
Il existe plusieurs types de champs de base, selon leur emplacement. Prenons quelques exemples de champs émergents dans diverses situations.
- Si les charges sont stationnaires, il s'agit d'un champ statique.
- Si les charges se déplacent le long du conducteur - magnétique (à ne pas confondre avec le faisceau d'électrons).
- Un champ stationnaire apparaît autour des conducteurs fixes avec un courant constant.
- Dans les ondes radio, un champ électrique et magnétique est émis, qui sont situés dans l'espace perpendiculaire l'un à l'autre. Cela se produit parce que tout changement du champ magnétique donne lieu à l'apparition d'électroaimants avec des lignes de champ fermées.
Détection de champ électrique
Nous avons essayé de vous dire toutes les définitions et conditions importantes pour l'existence d'un champ électrique en langage simple. Voyons comment le trouver. La détection magnétique est facile - avec une boussole.
On peut détecter un champ électrique au quotidien. Nous savons tous que si vous frottez une règle en plastique sur vos cheveux, de petits morceaux de papier commenceront à l'attirer. C'est l'effet du champ électrique. Lorsque vous enlevez votre pull en laine, vous entendez une fissure et vous voyez des étincelles - c'est tout.
Une autre façon de détecter l'EP consiste à y placer une charge de test. Le champ actuel le rejettera. Ceci est utilisé dans les moniteurs CRT et, en conséquence, les tubes de rayonnement de l'oscilloscope, nous en parlerons plus tard.
Pratique
Nous avons déjà mentionné que dans la vie quotidienne, un champ électrique se manifeste lorsque vous vous enlevez vos vêtements en laine ou en synthétique et que des étincelles sautent entre vos cheveux et votre laine, lorsque vous frottez une règle en plastique et la dessinez sur de petits morceaux de papier, et ils sont attirés, etc. Mais ce ne sont pas des exemples techniques normaux.
Dans les conducteurs, le plus petit EP provoque le mouvement des porteurs de charge et leur redistribution. En diélectrique, la bande interdite de ces substances étant importante, le faisceau d'électrons ne provoquera le mouvement des porteurs de charge qu'en cas de claquage du diélectrique. Dans les semi-conducteurs, l'action se situe entre le diélectrique et le conducteur, mais il est nécessaire de surmonter la petite bande interdite en transférant une énergie de l'ordre de 0,3 ... 0,7 eV (pour le germanium et le silicium).
De ce qui se trouve dans chaque maison, ce sont des appareils électroménagers, y compris les alimentations. Ils ont une partie importante qui fonctionne grâce au champ électrique - c'est un condensateur. Dans celui-ci, les charges sont maintenues sur les plaques séparées par un diélectrique, tout de même en raison du travail du champ électrique. Dans l'image ci-dessous, vous voyez une image conditionnelle des charges sur les plaques de condensateur.
D'autres applications en génie électrique sont les transistors à effet de champ ou les transistors MOS. En leur nom, le principe d'action est déjà mentionné. En eux, le principe de fonctionnement est basé sur un changement de la conductivité de STOK-ISTOK sous l'influence d'un champ électrique transversal sur le semi-conducteur, et dans le MIS (MOS, MOSFET - la même chose), la grille est complètement séparée par une couche diélectrique (oxyde) du canal conducteur, de sorte que l'influence des courants de grille - SOURCE est impossible par définition.
Une autre application qui a déjà disparu dans la vie de tous les jours, mais qui «vit» encore dans la technologie industrielle et de laboratoire - les tubes à rayons cathodiques (CRT ou tubes à images). L'une des options permettant à un appareil de déplacer le faisceau sur l'écran est un système de déviation électrostatique.
En termes simples, c'est-à-dire un pistolet qui émet (émet) des électrons. Il existe un système qui dévie cet électron au point souhaité sur l'écran pour obtenir l'image souhaitée. Une tension est appliquée aux plaques et l'électron volant émis est affecté par les forces de Coulomb, respectivement, par un champ électrique. Tout ce qui est décrit se produit dans le vide. Ensuite, une haute tension est appliquée aux plaques, et un transformateur horizontal et un convertisseur flyback sont installés pour le former.
La vidéo ci-dessous explique brièvement et clairement ce qu'est un champ électrique et quelles sont les propriétés de ce type spécial de matière:
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