Применение электрического поля сообщение

Обновлено: 30.06.2024

Электростатика изучает взаимодействие неподвижных зарядов. Ключевые эксперименты электростатики были проведены в XVII—XVIII веках. С открытием электромагнитных явлений и той революции в технологиях, которые они произвели, интерес к электростатике на некоторое время был утерян. Однако современные научные исследования показывают огромное значение электростатики для понимания многих процессов живой и неживой природы.

Электростатика и жизнь

Как электростатика вызывает молнии

В каждый момент времени в разных точках Земли сверкает около 2000 молний, в каждую секунду примерно 50 молний ударяют в Землю, каждый квадратный километр поверхности Земли поражается молнией в среднем шесть раз в году. Еще в XVIII веке Бенджамин Франклин доказал, что молнии, бьющие из грозовых облаков, это электрические разряды, переносящие на Землю отрицательный заряд. При этом каждый из разрядов снабжает Землю несколькими десятками кулонов электричества, а амплитуда тока при ударе молнии составляет от 20 до 100 килоампер. Скоростная фотосъемка показала, что разряд молнии длится лишь десятые доли секунды и что каждая молния состоит из нескольких более коротких.

С помощью измерительных приборов, установленных на атмосферных зондах, в начале XX века было измерено электрическое поле Земли, напряженность которого у поверхности оказалась равной приблизительно 100 В/м, что соответствует суммарному заряду планеты около 400 000 Кл. Переносчиком зарядов в атмосфере Земли служат ионы, концентрация которых увеличивается с высотой и достигает максимума на высоте 50 км, где под действием космического излучения образовался электропроводящий слой — ионосфера. Поэтому можно сказать, что электрическое поле Земли — это поле сферического конденсатора с приложенным напряжением около 400 кВ. Под действием этого напряжения из верхних слоев в нижние все время течет ток силой 2–4 кА, плотность которого составляет (1–2)·10 –12 А/м 2 , и выделяется энергия до 1,5 ГВт. И если бы не было молний, это электрическое поле исчезло бы! Получается, что в хорошую погоду электрический конденсатор Земли разряжается, а при грозе — заряжается.

Грозовое облако — это огромное количество пара, часть которого сконденсировалось в виде мельчайших капелек или льдинок. Верх грозового облака может находиться на высоте 6–7 км, а низ — нависать над землей на высоте 0,5–1 км. Выше 3–4 км облака состоят из льдинок разных размеров, так как температура там всегда ниже нуля. Эти льдинки находятся в постоянном движении, вызванном восходящими потоками теплого воздуха, поднимающегося снизу от нагретой поверхности земли. Мелкие льдинки легче, чем крупные, и они увлекаются восходящими потоками воздуха и по дороге все время сталкиваются с крупными. При каждом таком столкновении происходит электризация, при которой крупные льдинки заряжаются отрицательно, а мелкие — положительно. Со временем положительно заряженные мелкие льдинки собираются преимущественно в верхней части облака, а отрицательно заряженные крупные — внизу (рис. 2). Другими словами, верхушка облака заряжается положительно, а низ — отрицательно. При этом на земле непосредственно под грозовым облаком наводятся положительные заряды. Теперь все готово для разряда молнии, при котором происходит пробой воздуха и отрицательный заряд с нижней части грозовой тучи перетекает на Землю.

Характерно, что перед грозой напряженность электрического поля Земли может достигать 100 кВ/м, т. е. в 1000 раз превышать ее значение в хорошую погоду. В результате во столько же раз увеличивается положительный заряд каждого волоска на голове человека, стоящего под грозовой тучей, и они, отталкиваясь друг от друга, встают дыбом (рис. 3).

Фульгурит — след молнии на земле

Как электростатика защищает от молний

В 1750 году Франклин изобрел громоотвод (молниеотвод). Пытаясь защитить здание Капитолия столицы штата Мэриленд от удара молнии, он прикрепил к зданию толстый железный стержень, возвышающийся над куполом на несколько метров и соединенный с землей. Ученый отказался патентовать свое изобретение, желая, чтобы оно как можно скорее начало служить людям. Механизм действия громоотвода легко объяснить, если вспомнить, что напряженность электрического поля вблизи поверхности заряженного проводника увеличивается с ростом кривизны этой поверхности. Поэтому под грозовым облаком вблизи острия громоотвода напряженность поля будет так высока, что вызовет ионизацию окружающего воздуха и коронный разряд в нем. В результате вероятность попадания молнии в громоотвод значительно возрастет. Так знание электростатики не только позволило объяснить происхождение молний, но и найти способ защититься от них.

Весть о громоотводе Франклина быстро разнеслась по Европе, и его выбрали во все академии, включая и Российскую. Однако в некоторых странах набожное население встретило это изобретение с возмущением. Сама мысль, что человек так легко и просто может укротить главное оружие божьего гнева, казалась кощунственной. Поэтому в разных местах люди из благочестивых соображений ломали громоотводы.

Любопытный случай произошел в 1780 году в одном небольшом городке на севере Франции, где горожане потребовали снести железную мачту громоотвода и дело дошло до судебного разбирательства. Молодой адвокат, защищавший громоотвод от нападок мракобесов, построил защиту на том, что и разум человека, и его способность покорять силы природы имеют божественное происхождение. Все, что помогает спасти жизнь, во благо — доказывал молодой адвокат. Он выиграл процесс и снискал большую известность. Адвоката звали. Максимилиан Робеспьер.

Ну, а сейчас портрет изобретателя громоотвода — самая желанная репродукция в мире, ведь она украшает известную всем стодолларовую купюру.

Электростатика, возвращающая жизнь

Энергия разряда конденсатора не только привела к возникновению жизни на Земле, но и может вернуть жизнь людям, у которых клетки сердца перестали синхронно сокращаться. Асинхронное (хаотичное) сокращение клеток сердца называют фибрилляцией. Фибрилляцию сердца можно прекратить, если пропустить через все его клетки короткий импульс тока. Для этого к грудной клетке пациента прикладывают два электрода, через которые пропускают импульс длительностью около десяти миллисекунд и амплитудой до нескольких десятков ампер. При этом энергия разряда через грудную клетку может достигать 400 Дж (что равно потенциальной энергия пудовой гири, поднятой на высоту 2,5 м). Устройство, обеспечивающее электрический разряд, прекращающий фибрилляцию сердца, называют дефибриллятором. Простейший дефибриллятор представляет собой колебательный контур, состоящий из конденсатора емкостью 20 мкФ и катушки индуктивностью 0,4 Гн. Зарядив конденсатор до напряжения 1–6 кВ и разрядив его через катушку и пациента, сопротивление которого составляет около 50 Ом, можно получить импульс тока, необходимый для возвращения пациента к жизни.

Электростатика, дающая свет

Люминесцентная лампа может служить удобным индикатором напряженности электрического поля. Чтобы убедиться в этом, находясь в темном помещении, потрем лампу полотенцем или шарфом — в результате внешняя поверхность лампового стекла зарядится положительно, а ткань — отрицательно. Как только это произойдет, мы увидим всполохи света, возникающие в тех местах лампы, к которым мы прикасаемся заряженной тканью. Измерения показали, что напряженность электрического поля внутри работающей люминесцентной лампы составляет около 10 В/м. При такой напряженности свободные электроны обладают необходимой энергией для ионизации атомов ртути внутри люминесцентной лампы.

Электрическое поле под высоковольтными линиями электропередач — ЛЭП — может достигать очень высоких значений. Поэтому если в темное время суток люминесцентную лампу воткнуть в землю под ЛЭП, то она загорится, и довольно ярко (рис. 5). Так с помощью энергии электростатического поля можно освещать пространство под ЛЭП.

Как электростатика предупреждает о пожаре и делает дым чище

В большинстве случаев при выборе типа детектора пожарной сигнализации предпочтение отдается дымовому датчику, так как пожар обычно сопровождается выделением большого количества дыма и именно этот тип детектора способен предупредить людей в здании об опасности. Дымовые датчики используют ионизацию или фотоэлектрический принцип для обнаружения дыма в воздухе.

В ионизационных детекторах дыма имеется источник α-излучения (как правило, америций-241), ионизирующий воздух между металлическими пластинами-электродами, электрическое сопротивление между которыми постоянно измеряется с помощью специальной схемы. Образующиеся в результате α-излучения ионы обеспечивают проводимость между электродами, а оказывающиеся там микрочастицы дыма связываются с ионами, нейтрализуют их заряд и увеличивают таким образом сопротивление между электродами, на что реагирует электрическая схема, подавая сигнал тревоги. Датчики, устроенные на этом принципе, демонстрируют весьма впечатляющую чувствительность, реагируя еще до того, как самый первый признак дыма обнаруживается живым существом. Следует отметить, что используемый в датчике источник радиации никакой опасности для человека не представляет, так как альфа-лучи не могут пройти даже через лист бумаги и полностью поглощаются слоем воздуха толщиной в несколько сантиметров.

Способность частичек пыли к электризации широко используется в промышленных электростатических пылеуловителях. Газ, содержащий, например, частицы сажи, поднимаясь вверх, проходит через отрицательно заряженную металлическую сетку, в результате чего эти частицы приобретают отрицательный заряд. Продолжая подниматься вверх, частицы оказываются в электрическом поле положительно заряженных пластин, к которым они притягиваются, после чего частицы падают в специальные емкости, откуда их периодически удаляют.

Биоэлектростатика

Одной из причин астмы являются продукты жизнедеятельности пылевых клещей (рис. 6) — насекомых размером около 0,5 мм, живущих в нашем доме. Исследования показали, что приступы астмы вызываются одним из белков, который выделяют эти насекомые. Структура этого белка напоминает подкову, оба конца которой заряжены положительно. Электростатические силы отталкивания между концами такого подковообразного белка делают его структуру стабильной. Однако свойства белка можно изменить, если нейтрализовать его положительные заряды. Это удается сделать, увеличив концентрацию отрицательных ионов в воздухе с помощью любого ионизатора, например люстры Чижевского (рис. 7). Одновременно с этим уменьшается и частота приступов астмы.

Что такое антистатики?

Одежда, ковры, покрывала и т. п. предметы заряжаются после контакта с другими предметами, а иногда и просто со струями воздуха. В быту и на производстве заряды, возникающие таким образом, часто называют статическим электричеством.

При нормальных атмосферных условиях натуральные волокна (из хлопка, шерсти, шелка и вискозы) хорошо впитывают влагу (гидрофильны) и поэтому слегка проводят электричество. Когда такие волокна касаются других материалов или трутся о них, на их поверхностях появляются избыточные электрические заряды, но на очень короткое время, поскольку заряды сразу же стекают обратно по влажным волокнам ткани, содержащим различные ионы.

В отличие от натуральных, синтетические волокна (полиэфирные, акриловые, полипропиленовые) плохо впитывают влагу (гидрофобны), и на их поверхностях имеется меньшее количество подвижных ионов. При контакте синтетических материалов друг с другом они заряжаются противоположным зарядами, но так как эти заряды стекают очень медленно, материалы прилипают друг к другу, создавая неудобства и неприятные ощущения. Кстати, волосы по структуре очень близки к синтетическим волокнам и тоже гидрофобны, поэтому при контакте, например, с расческой они заряжаются электричеством и начинают отталкиваться друг от друга.

Чтобы избавиться от статического электричества, поверхность одежды или другого предмета можно смазать веществом, которое удерживает влагу и этим увеличивает концентрацию подвижных ионов на поверхности. После такой обработки возникший электрический заряд быстро исчезнет с поверхности предмета или распределится по ней. Гидрофильность поверхности можно увеличить, смазав ее поверхностно-активными веществами, молекулы которых похожи на мыльные молекулы — одна часть очень длинной молекулы заряжена, а другая нет. Вещества, препятствующие появлению статического электричества, называют антистатиками. Антистатиком является, например, и обычная угольная пыль или сажа, поэтому, чтобы избавиться от статического электричества, в состав пропитки ковролиновых покрытий и обивочных материалов включают так называемую ламповую сажу. Для этих же целей в такие материалы добавляют до 3% натуральных волокон, а иногда и тонкие металлические нити.

da_nik 14.07.2010 21:38 Ответить

400 кВ между облаком и землей? Может, все же 400 МВ (МегаВольт)
см., например, Райзер Ю.П., Базелян Э.М. Механизм притяжения молнии и проблема лазерного управления молнией // Успехи физических наук. 2000. т.170, № 7, стр. 753-769

net_nik da_nik 15.07.2010 08:32 Ответить

Автор пишет, что 400 кВ - это напряжение между землёй и ионосферой, и далее - ". перед грозой напряженность электрического поля Земли может в 1000 раз превышать ее значение в хорошую погоду". Т.е. всё сходится - между ОБЛАКОМ и землёй 400 МВ. Противоречий я не вижу.

kavageor net_nik 21.08.2010 17:41 Ответить

Если у поверхности Земли напряженность электрического поля составляет 100 В/м, то почему не загорается даже 12 В лампочка, подсоединенная к двум проводам, концы которых раздвинуты по высоте на 1 м.

zaikin 15.07.2010 14:06 Ответить

Согласно данным Мучника В.М. "Физика грозы" 1974:
- средняя напряженность электрического поля внутри грозовой тучи, инициирующая разряд молнии, составляет 300 - 350 кВ/м.
Причем направленность этой напряженности в процессе пролета тучи исследовательскими аппаратами изменяется: может быть вверх, вниз, гризонтально во всех направлениях. Из чего можно сделать вывод, что туча представляет собой скопление произвольно расположенных разнополярных участков.
- в соответствии с напряженностью около 130 В/м в Землю непрерывно течет электрический ток 2,7 10^-12 А/кв м. В любой точке планеты, в любое время года и дня, в любую погоду. И, что самое интересное, в том числе над грозовой тучей.
Это опровергает тезис автора о том, что разряд молнии, якобы, заряжает верхние слои атмосферы Земли. Молнии отсутствуют между облаками и ионосферой.
Во-первых, тучами (мах до 15 км) и ионосферой более 40 км пространства. Ионосфера простирается до внешней оболочки магнитосферы - более 80 000 км.
Во-вторых, между тучей и ионосферой отсутствуют носители зарядов, движущиеся вверх.
В-третьих, направленность наряженности электрического поля над тучами такая же как у поверхности земли. Напряжение между Землей и ионосферой исчисляется миллионами Вольт.

Автор правильно указывает, что без подзарядки Земля бы быстро разрядилась. Рассчеты показывают - примерно за 8,5 минут. Но этого в реальности не происходит. Ток в Землю течет миллионы лет.
Объяснение К.Ю. Богданова неверно.

Grey3 zaikin 11.08.2010 11:31 Ответить

Неверны как раз утверждения Заикина. "Молнии отсутствуют между облаками и ионосферой" - старое заблуждение, ныне опровергнутое!

Грозовые облака напоминают *незаземлённые* генераторы Ван-де-Граафа, опускающие вместе с каплями электроны вниз. С "подошвы" облака бьют в землю обычные молнии, подзаряжающие её (Землю) отрицательно. А вот с вершины грозы, где заряд положителен - нехватка электронов, бьют вверх в стратосферу недавно замеченные красные спрайты, эльфы, голубые джеты - всё это разряды, собирающие электроны из стратосферы и ионосферы к вершине грозы, то есть заряжающие ионосферу положительно. Так и происходит подзарядка атмосферы.

К сожалению, это всё старые статьи, последних результатов не видно. Если кто-нибудь их знает, пусть напишет ссылки!
P.S. Как здесь в комментах линки оформлять? Мне пришлось просто текстом ссылки писать, вместо линков.

maa 22.07.2010 03:55 Ответить

net_nik maa 22.07.2010 07:55 Ответить

Grey3 maa 11.08.2010 11:48 Ответить

poiskspider Grey3 15.08.2010 17:46 Ответить

Все новинки кинопроката только здесь.Причем все это добро абсолютно бесплатно и без никаких регистраций.

maa Grey3 16.10.2010 09:19 Ответить

jekk02 maa 13.12.2011 17:35 Ответить

VladimirVlasov 11.07.2012 20:18 Ответить

Электричество в воздухе, в облаках появляется от потоков электронов из космоса. Содержание атмосферной воды в облаках повышает восприимчивость, впитывание электронов! Облака становятся конденсаторами электронов! Температура, давление и влажность (паросодержание) вот причина гроз и молний! Облака получаются заряженными по разному, появляется разность потенциалов между ними или землёй! Восхищает великолепная продуманность этих физических процессов!

Электрическое поле – это векторное поле, действующее вокруг частиц обладающих электрическим зарядом. Оно входит в состав электромагнитного поля. Для него характерно отсутствие реальной визуализации. Оно невидимо, и может быть замечено только в результате силового воздействия, на которое реагируют другие заряженные тела с противоположными полюсами.

Как устроено и действует электрическое поле

По сути, поле является особым состоянием материи. Его действие проявляется в ускорении тел или частиц, обладающих электрическим зарядом. К его характеризующим особенностям, можно отнести:

Действие только при наличии электрического заряда.
Отсутствие границ.
Наличие определенной величины воздействия.
Возможность определения только по результату действия.

Поле неразрывно связано с зарядами, которые находятся в определенной частице или теле. Оно может образовываться в двух случаях. Первый предусматривает его появление вокруг электрических зарядов, а второй при перемещении электромагнитных волн, когда меняется электромагнитное поле.

Электрические поля воздействуют на неподвижные относительно наблюдателя электрически заряженные частицы. В результате они получают силовое влияние. Пример воздействия поля можно наблюдать и в быту. Для этого достаточно создать электрический заряд. Учебники физики предлагают для этого простейший пример, когда диэлектрик натирается о шерстяное изделие. Получить поле вполне возможно, взяв пластиковую шариковую ручку и потерев ее о волосы. На ее поверхности образуется заряд, что приводит к появлению электрического поля. Как следствие ручка притягивает мелкие частицы. Если ее преподнести к мелко разорванным кусочкам бумаги, то они будут притягиваться к ней. Такой же результат можно достигнуть и при использовании пластиковой расчески.

Бытовым примером проявления электрического поля является образование мелких световых вспышек при снятии одежды из синтетических материалов. В результате нахождения на теле диэлектрические волокна накапливают вокруг себя заряды. При снятии такого предмета одежды электрическое поле подвергается различным силам воздействия, что и приводит к образованию световых вспышек. Особенно это характерно для зимней одежды, в частности свитеров и шарфов.

Свойства поля

Для характеристики электрического поля применяется 3 показателя:

Потенциал.
Напряженность.
Напряжение.

Потенциал

Данное свойство является одним из главных. Потенциал указывает на количество накопленной энергии применяемой для перемещения зарядов. По мере их сдвига энергия расточается, постепенно приближаясь к нулю. Наглядной аналогией данного принципа может выступить обыкновенная стальная пружина. В спокойном положении она не обладает никаким потенциалом, но только до того момента, пока не будет сжата. От такого воздействия она получает энергию противодействия, поэтому после прекращения влияния обязательно разогнется. Когда пружина отпускается, то моментально распрямляется. Если на ее пути окажутся предметы, она начнет их двигать. Возвращаясь непосредственно к электрическому полю потенциал можно сравнить с приложенными усилиями на выпрямление назад.

Электрическое поле обладает потенциальной энергией, что и делает его способным выполнять определенное воздействие. Но перемещая заряд в пространстве, оно истощает свой ресурс. В том же случае если передвижение заряда внутри поля осуществляется под воздействием сторонней силы, то поле не только не теряет свой потенциал, но и пополняет его.

Также для большего понимания данной величины можно привести еще один пример. Предположим, что незначительный положительно заряженный заряд располагается далеко за пределами действия эл.поля. Это делает его совершенно нейтральным и исключает взаимный контакт. Если же в результате воздействия любой сторонней силы заряд будет двигаться по направлению к электрическому полю, то достигнув его границы, будет втянут в новую траекторию. Энергия поля, затраченная на влияние относительно заряда в определенной точке воздействия, и будет называться потенциалом на этой точке.

Выражение электрического потенциала осуществляется через единицу измерения Вольт.

Напряженность

Этот показатель применяется для количественного выражения поля. Данная величина рассчитывается как отношение положительного заряда воздействующего на силу действия. Простым языком напряженность выражает силу эл.поля в определенном месте и времени. Чем выше напряженность, тем более выраженным будет влияние поля на окружающие предметы или живые существа.

Напряжение

Этот параметр образуется от потенциала. Он применяется для демонстрации количественного соотношения действия, которое производит поле. То есть, сам потенциал показывает объем накопленной энергии, а напряжение демонстрирует потери на обеспечение движения зарядов.

В электрическом поле положительные заряды перемещаются от точек с высоким потенциалом в места, где он ниже. Что касается отрицательных зарядов, то они движутся противоположно. Как следствие осуществляется работа с использованием потенциальной энергии поля. Фактически напряжение между точками качественно выражает работу, совершенную полем для переноса единицы противоположно заряженных зарядов. Таким образом, термины напряжение и разность потенциалов это одно и то же.

Наглядное проявление поля

Электрическое поле имеет условное визуальное выражение. Для этого применяются графические линии. Они совпадают с линиями воздействия силы, которые излучают заряды вокруг себя. Помимо линии действия сил, также важно их направление. Для классификации линий за основу определения направлений принято использовать положительный заряд. Таким образом, стрелка движения поля идет от положительных частиц к отрицательным.

Чертежи, изображающие эл.поля, на линиях имеют направление в виде стрелки. Схематически в них всегда есть условное начало и конец. Таким образом, они не замыкаются сами на себе. Силовые линии берут свое начало на точке нахождения положительного заряда и заканчиваются на месте отрицательных частиц.

Электрическое поле может иметь различные типы линий в зависимости не только от полярности заряда, который способствует их образованию, но и наличию сторонних факторов. Так, при встрече противоположных полей они начинают действовать друг на друга притягательно. Искаженные линий приобретают очертания гнутых дуг. В том же случае, когда встречаются 2 одинаковых поля, то они отталкиваются в противоположные стороны.

Сфера применения

Электрическое поле обладает рядом свойств, которые нашли полезное применение. Данное явление используется при создании различного оборудования для работы в нескольких весьма важных сферах.

Использование в медицине

Воздействия электрического поля на определенные участки тела человека позволяет повышать его фактическую температуру. Это свойство нашло свое применение в медицине. Специализированные аппараты обеспечивают воздействия на необходимые участки поврежденных или больных тканей. В результате чего улучшается их кровообращение и возникает заживляющий эффект. Поле воздействует с высокой частотой, поэтому точечное влияние на температуру дает свои результаты и вполне ощутимо для больного.

Применение в химии

Данная сфера науки предусматривает использования различных чистых или смешанных материалов. В связи с этим работа с эл.полями не могла обойти эту отрасль. Компоненты смесей взаимодействуют с электрическим полем по-разному. В химии это свойство применяется для разделения жидкостей. Данный метод нашел лабораторное применение, но встречается и в промышленности, хотя и реже. К примеру, при воздействии полем осуществляется отделения в нефти загрязняющих компонентов.

Электрическое поле применяется для обработки при фильтрации воды. Оно способно отделить отдельные группы загрязняющих веществ. Такой способ обработки намного дешевле, чем использование сменных картриджей.

Электротехника

Использование электрического поля имеет весьма интересное применение в электротехнике. Так, был разработан способ беспроводной передачи электричества от источника до потребителя. До недавнего времени все разработки имели теоретический и экспериментальный характер. Уже имеется эффективная реализация технологии зарядки телефона без применения непосредственного гибкого кабеля вставляемого в USB разъем смартфона. Данный способ пока не позволяет передавать энергию на продолжительное расстояние, но он совершенствуется. Вполне возможно, что в ближайшем будущем надобность в зарядных кабелях с блоками питания отпадет полностью.

При выполнении электромонтажных и ремонтных работ применяется светодиодная индикаторная отвертка, действующая на основе схемы полевого транзистора. Помимо ряда функций, она может реагировать на электрическое поле. Благодаря этому при приближении пробника к фазному проводу индикатор начинает светиться без фактического касания к токопроводящей жиле. Он реагирует на поле исходящие от проводника даже сквозь изоляцию. Наличие электрического поля позволяет находить токопроводящие провода в стене, а также определять точки их разрыва.

Защититься от воздействия эл.поля можно при помощи металлического экрана, внутри которого его не будет. Это свойство широко применяется в электронике, чтобы исключить взаимное влияние электрических схем, которые расположены довольно близко друг к другу.

Возможности применения в будущем

Имеются и более экзотические возможности для электрического поля, которыми на сегодняшний день еще не обладает наука. Это коммуникации быстрее скорости света, телепортация физических объектов, перемещение за один миг между разомкнутыми местоположениями (червоточины). Однако для осуществления подобных планов будут нужны куда более сложные исследования и эксперименты, чем проведение экспериментов с двумя возможными исходами.

Однако наука все время развивается, открывая все новые возможности применения электр.поля. В будущем его сфера использования может значительно расшириться. Возможно, что оно найдет применение во всех значимых областях нашей жизни.

ГОСТ

Электрическое поле и его основные свойства

Электрическое поле – это физическое поле, окружающее каждый электрический заряд и оказывающее силовое воздействие на все другие заряды.

Основные свойства электрического поля:

Электрическое поле материально, то есть оно существует независимо от знаний человека.
Электрическое поле создается электрическими зарядами.
Электрическое поле обнаруживается благодаря взаимодействию заряженных тел.
Электрическое поле действует на электрические заряды с некоторой силой.
Электрическое поле невидимо, но может быть обнаружено при помощи специальных приборов.
Электрическое поле - составляющая единого электромагнитного поля.
Для количественного определения вводится силовая характеристика - напряженность электрического поля.

Напряженность электрического поля – это физическая величина, равная отношению силы, с которой поле действует на пробный положительный заряд, к величине этого заряда.

К важным параметрам электрического поля относятся напряжение и потенциал. Потенциал представляет собой отношение потенциальной энергии заряженного тела в электростатическом поле к величине данного заряда и является энергетической характеристикой электрического поля. Электроны и прочие элементарные частицы всегда осуществляют свое движение от точки, которая обладает более высоким потенциалом, к точкам с более низким, при этом часть энергии затрачивается на перемещение. Для того, чтобы поддерживать упорядоченное движение заряженных тел, на концах проводника должна поддерживаться разница потенциалов - напряжение. Чем больше данная разница, тем мощнее электрический ток на участке. Задача по поддержанию необходимой разницы потенциалов решается источниками энергии.

Готовые работы на аналогичную тему

Применение электрического поля в электротехнике

Сфера применения электрического поля достаточно широка, основными из направлений являются:

Медицина.
Химия.
Электротехника.

Влияние электрического поля на некоторые участки человеческого тела способствуют повышению его температуры. Данное явление нашло свое применение в медицине. Специальные аппараты оказывают воздействие электрическим полем на участки тела человека, что в свою очередь становится причиной улучшения кровообращения и ускорения заживления тканей. В химической промышленности свойства электрического поля используются для разделения жидкостей. В частности, при воздействии электрического поля нефть очищается от загрязняющих компонентов. Также оно может быть использовано для обработки в процессе фильтрации воды, что значительно дешевле, чем применение сменных картриджей.

Благодаря электрическому полю был разработан способ беспроводной передачи электричества от источника потребителю. В настоящее время уже есть технология, позволяющая заряжать мобильные телефоны, без использования гибкого кабеля, который вставляется в специальный разъем телефона. Однако, пока он не позволяет передавать электроэнергию на значительное расстояние.

При выполнении разнообразных электромонтажных работ используется индикаторная светодиодная отвертка, функционирующая на основе схемы полевого транзистора. Одна из ее функции заключается в реагировании на электрическое поле. При приближении пробника к фазному проводу индикатор начинает светиться, а фактического касания с токопроводящей жилой не происходит, она способна реагировать на поле даже сквозь изоляцию. Это позволяет обнаруживать токопроводящие провода в стенах и определять точки разрыва.

Еще одним применением электрического поля в электротехнике является разработка МДП-транзисторов. Принцип их работы основывается на изменении проводимости благодаря воздействию электрического поля на полупроводник. Во всех современных электронных приборах имеется составляющая, которая функционирует благодаря электрическому полю - конденсатор. В данном устройстве заряды удерживаются на обкладках, разделенных диэлектриком, благодаря электрическому полю.

В некоторых случаях свойства электрического поля бывает необходимо нейтрализовать, так как оно способно электризовать предметы, оказавшиеся в зоне его действия, тем самым создавая препятствия для нормальной работы радиоэлектронной аппаратуры. Накопленное статическое электричество часто является причиной выхода из строя полевых транзисторов и интегральных микросхем.

Отдаленными перспективами использования электрического поля являются создание коммуникаций быстрее скорости света, перемещение между червоточинами, а также телепортация физических объектов

Использование электрического поля в очистных устройствах обусловлено рядом закономерностей, установленных в области физической и коллоидной химии. Наиболее важным для них является класс электрокинетических [6, 7, 8] явлений.[ . ]

Согласно теоретическим представлениям как о природе электрофореза, так и о других электрокинетических явлениях (электроосмос, потенциал седиментации, потенциал течения), необходимое условие процесса — наличие на поверхности дисперсной фазы двойного электрического слоя ионов (ДЭС). На поверхности раздела фаз вследствие избирательной адсорбции ионов определенного знака образуется так называемый внутренний (плотный) потенциалообразующий слой. Дисперсная фаза при этом приобретает некоторый заряд, одноименный с адсорбированными ионами. Заряженная таким образом поверхность притягивает к себе ионы противоположного знака, образующие внешний ДЭС — слой противоионов.[ . ]

В результате заряд частиц дисперсной фазы оказывается скомпенсированным, а частицы — в целом электронейтральными.[ . ]

Распределение ионов в растворе около поверхности раздела фаз характеризуется двумя противоположными тенденциями: электростатическим притяжением, удерживающим противоионы у поверхности, и тепловым движением (диффузией) этих ионов, выравнивающим их концентрации в поверхностном слое и объеме.[ . ]

Слой раствора с измененными концентрациями ионов вблизи поверхности называется диффузным.[ . ]

Строение плотного слоя зависит от того, сохраняется ли гид-ратная оболочка иона при его адсорбции или ион при его адсорбции частично дегидрирован. Толщину плотного слоя с? определяют как расстояние от поверхности до плоскости, проходящей через центры ближайших к поверхности противоионов. Эту плоскость называют плоскостью наибольшего приближения.[ . ]

Явление электрофореза с успехом применяют в целом ряде технологических процессов для разделения жидких дисперсных систем. Большое внимание использованию электрокинетических явлений уделяют в биологии и медицине в качестве эффективных методов исследования различных физиологических процессов, а также для диагностики ряда заболеваний.[ . ]

Опыт применения электрического поля для очистки сточных вод промышленных предприятий обобщен в работе [5]. Очистке в электрическом поле подвергали в основном сточные воды, содержащие органические и неорганические примеси, находящиеся в воде в диспергированном состоянии (водные дисперсии поливиниловых спиртов, органических красителей, неорганических пигментов).[ . ]

В общем случае применения электрического поля для очистки воды от диспергированных примесей эффект очистки определяется рядом факторов: pH исходной воды, характером электрического поля (однородное, неоднородное), электрокинетическими характеристиками дисперсной фазы [5].[ . ]

Читайте также: