Las propiedades y características del campo eléctrico son estudiadas por casi todos los especialistas técnicos. Pero un curso universitario a menudo está escrito en un lenguaje complejo e incomprensible. Por lo tanto, en el marco del artículo, se describirán las características de los campos eléctricos de manera accesible para que todas las personas puedan comprenderlas. Además, prestaremos especial atención a los conceptos interrelacionados (superposición) y las posibilidades para el desarrollo de esta área de la física.
Información general
Según los conceptos modernos, las cargas eléctricas no interactúan directamente entre sí. De aquí surge una característica interesante. Entonces, cada cuerpo cargado tiene su propio campo eléctrico en el espacio circundante. Afecta a otras entidades. Las características de los campos eléctricos nos interesan porque muestran el efecto del campo sobre las cargas eléctricas y la fuerza con la que se realiza. ¿Qué conclusión se puede sacar de esto? Los cuerpos cargados no tienen un efecto directo mutuo. Para ello se utilizan campos eléctricos. ¿Cómo se pueden explorar? Para hacer esto, puede usar una carga de prueba, un pequeño haz de partículas puntuales, que no estendrá un impacto significativo en la estructura existente. Entonces, ¿cuáles son las características del campo eléctrico? Hay tres de ellos: tensión, tensión y potencial. Cada uno de ellos tiene sus propias características y esferas de influencia sobre las partículas.
Campo eléctrico: ¿qué es?
Pero antes de pasar al tema principal del artículo, debes tener una cierta cantidad de conocimiento. Si lo son, entonces esta parte se puede omitir con seguridad. Primero, consideremos la cuestión de la razón de la existencia de un campo eléctrico. Para que sea así, se necesita una carga. Además, las propiedades del espacio en el que reside el cuerpo cargado deben diferir de aquellas en las que no existe. Aquí existe una característica de este tipo: si se coloca una carga en un determinado sistema de coordenadas, los cambios no ocurrirán instantáneamente, sino solo a cierta velocidad. Se extenderán, como olas, por el espacio. Esto irá acompañado de la aparición de fuerzas mecánicas que actúan sobre otros portadores en este sistema de coordenadas. ¡Y aquí llegamos a lo principal! Las fuerzas emergentes no son el resultado de una influencia directa, sino de la interacción a través de un entorno que ha cambiado cualitativamente. El espacio en el que ocurren tales cambios se llama campo eléctrico.
Características
Una carga ubicada en un campo eléctrico se mueve en la dirección de la fuerza que actúa sobre ella. ¿Es posible alcanzar un estado de reposo? Sí, es bastante real. Pero para esto, la fuerza del campo eléctrico debe ser balanceada por algúnotra influencia. Tan pronto como se produce el desequilibrio, la carga vuelve a moverse. La dirección en este caso dependerá de la fuerza mayor. Aunque si son muchos, el resultado final será algo equilibrado y universal. Para imaginar mejor con qué tienes que trabajar, se representan líneas de fuerza. Sus direcciones corresponden a las fuerzas actuantes. Cabe señalar que las líneas de fuerza tienen tanto un principio como un final. En otras palabras, no se cierran sobre sí mismos. Comienzan en cuerpos cargados positivamente y terminan en cuerpos negativos. Esto no es todo, con más detalle sobre las líneas de fuerza, su trasfondo teórico y su implementación práctica, hablaremos un poco más en el texto y las consideraremos junto con la ley de Coulomb.
Fuerza de campo eléctrico
Esta característica se utiliza para cuantificar el campo eléctrico. Esto es bastante difícil de entender. Esta característica del campo eléctrico (fuerza) es una cantidad física igual a la relación de la fuerza de acción sobre una carga de prueba positiva, que se encuentra en un cierto punto en el espacio, a su valor. Hay un aspecto especial aquí. Esta cantidad física es un vector. Su dirección coincide con la dirección de la fuerza que actúa sobre la carga de prueba positiva. También debe responder una pregunta muy común y notar que la fuerza característica del campo eléctrico es precisamente la intensidad. ¿Y qué ocurre con los sujetos inmóviles e inmutables? Su campo eléctrico se considera electrostático. Cuando se trabaja con una carga puntual yEl interés en el estudio de la tensión lo proporcionan las líneas de fuerza y la ley de Coulomb. ¿Qué características existen aquí?
Ley de Coulomb y líneas de fuerza
La característica de fuerza del campo eléctrico en este caso funciona solo para una carga puntual, que se encuentra a una distancia de cierto radio de ella. Y si tomamos este valor módulo, entonces tendremos un campo de Coulomb. En él, la dirección del vector depende directamente del signo de la carga. Entonces, si es positivo, entonces el campo "se moverá" a lo largo del radio. En la situación opuesta, el vector se dirigirá directamente a la carga misma. Para una comprensión visual de lo que está sucediendo y cómo, puede encontrar y familiarizarse con los dibujos que muestran las líneas de fuerza. Las principales características del campo eléctrico en los libros de texto, aunque bastante difíciles de explicar, pero los dibujos, se les debe dar lo que les corresponde, son de alta calidad. Es cierto que uno debe tener en cuenta esa característica de los libros: al construir dibujos de líneas de fuerza, su densidad es proporcional al módulo del vector de tensión. Esta es una pequeña pista que puede ser de gran ayuda en el control de conocimientos o examen.
Potencial
La carga siempre se mueve cuando no hay equilibrio de fuerzas. Esto nos dice que en este caso el campo eléctrico tiene energía potencial. En otras palabras, puede hacer algo de trabajo. Veamos un pequeño ejemplo. Un campo eléctrico ha movido una carga desde un puntoY en B. Como resultado, hay una disminución en la energía potencial del campo. Ocurre porque el trabajo ha sido hecho. Esta característica de potencia del campo eléctrico no cambiará si el movimiento se realizó bajo una influencia externa. En este caso, la energía potencial no disminuirá, sino que aumentará. Además, esta característica física del campo eléctrico cambiará en proporción directa a la fuerza externa aplicada, que movió la carga en el campo eléctrico. Cabe señalar que en este caso todo el trabajo realizado se gastará en aumentar la energía potencial. Para entender el tema, tomemos el siguiente ejemplo. Así que tenemos una carga positiva. Se encuentra fuera del campo eléctrico que se está considerando. Debido a esto, el impacto es tan pequeño que puede ignorarse. Surge una fuerza externa que introduce una carga en el campo eléctrico. Ella hace el trabajo necesario para moverse. En este caso, las fuerzas del campo son vencidas. Surge así un potencial de acción, pero ya en el propio campo eléctrico. Cabe señalar que este puede ser un indicador heterogéneo. Entonces, la energía que se relaciona con cada unidad específica de carga positiva se llama potencial del campo en ese punto. Es numéricamente igual al trabajo realizado por una fuerza externa para mover el sujeto a un lugar determinado. El potencial de campo se mide en voltios.
Voltaje
En cualquier campo eléctrico se puede observar como las cargas positivas "migran" desde puntos con alto potencial hacia aquellos que tienen valores bajos de este parámetro. Los negativos siguen este camino en la dirección opuesta. Pero en ambos casos esto sucede solo debido a la presencia de energía potencial. El voltaje se calcula a partir de él. Para hacer esto, es necesario conocer el valor por el cual la energía potencial del campo se ha vuelto más pequeña. El voltaje es numéricamente igual al trabajo realizado para transferir una carga positiva entre dos puntos específicos. Se puede ver una correspondencia interesante a partir de esto. Entonces, el voltaje y la diferencia de potencial en este caso son la misma entidad física.
Superposición de campos eléctricos
Entonces, hemos considerado las principales características del campo eléctrico. Pero para comprender mejor el tema, proponemos considerar adicionalmente una serie de parámetros que pueden ser importantes. Y comenzaremos con una superposición de campos eléctricos. Anteriormente, consideramos situaciones en las que solo había un cargo específico. ¡Pero hay muchos de ellos en los campos! Por tanto, considerando una situación cercana a la realidad, imaginemos que tenemos varias cargas. Entonces resulta que las fuerzas que obedecen la regla de la suma de vectores actuarán sobre el sujeto de prueba. Además, el principio de superposición dice que un movimiento complejo se puede dividir en dos o más simples. Es imposible desarrollar un modelo de movimiento realista sin tener en cuenta la superposición. En otras palabras, la partícula que estamos considerando bajo las condiciones existentes se ve afectada por varias cargas, cada una de las cuales tiene su propiocampo eléctrico.
Usar
Cabe señalar que ahora las posibilidades del campo eléctrico no se están utilizando en todo su potencial. Incluso, sería más correcto decir que su potencial apenas es aprovechado por nosotros. El candelabro de Chizhevsky se puede citar como una implementación práctica de las posibilidades del campo eléctrico. Anteriormente, a mediados del siglo pasado, la humanidad comenzó a explorar el espacio. Pero los científicos tenían muchas preguntas sin resolver. Uno de ellos es el aire y sus componentes nocivos. El científico soviético Chizhevsky, que al mismo tiempo estaba interesado en la característica energética del campo eléctrico, asumió la solución de este problema. Y cabe señalar que obtuvo un muy buen desarrollo. Este dispositivo se basaba en la técnica de crear flujos de aire aeroiónicos debido a pequeñas descargas. Pero en el marco del artículo, no nos interesa tanto el dispositivo en sí, sino el principio de su funcionamiento. El hecho es que para el funcionamiento de la lámpara de araña Chizhevsky, no se utilizó una fuente de energía estacionaria, ¡sino un campo eléctrico! Se utilizaron condensadores especiales para concentrar la energía. La característica energética del campo eléctrico del entorno influyó significativamente en el éxito del dispositivo. Es decir, este dispositivo fue desarrollado específicamente para naves espaciales, que están literalmente repletas de dispositivos electrónicos. Fue alimentado por los resultados de las actividades de otros dispositivos conectados a fuentes de energía constante. Cabe señalar que la dirección no se abandonó, y ahora se está investigando la posibilidad de tomar energía del campo eléctrico. Verdad,Cabe señalar que aún no se han logrado avances significativos. También es necesario tener en cuenta la escala relativamente pequeña de las investigaciones en curso y el hecho de que la mayoría de ellas son realizadas por inventores voluntarios.
¿Cuáles son las características de los campos eléctricos afectados?
¿Por qué estudiarlos? Como se mencionó anteriormente, las características de un campo eléctrico son fuerza, voltaje y potencial. En la vida de una persona común y corriente, estos parámetros no pueden presumir de una influencia significativa. Pero cuando surgen dudas de que se debe hacer algo grande y complejo, entonces no considerarlas es un lujo. El hecho es que un número excesivo de campos electrónicos (o su fuerza excesiva) provoca interferencias en la transmisión de señales por parte del equipo. Esto conduce a la distorsión de la información transmitida. Cabe señalar que este no es el único problema de este tipo. Además del ruido blanco de la tecnología, los campos electrónicos excesivamente fuertes también pueden afectar negativamente el funcionamiento del cuerpo humano. Cabe señalar que una pequeña ionización de la habitación todavía se considera una bendición, ya que contribuye a la deposición de polvo en las superficies de una vivienda humana. Pero si observa cuántos equipos de todo tipo (refrigeradores, televisores, calderas, teléfonos, sistemas eléctricos, etc.) hay en nuestros hogares, podemos concluir que, por desgracia, esto no es bueno para nuestra salud. Cabe señalar que las bajas características de los campos eléctricos casi no nos hacen daño, ya que paraLa humanidad ha estado acostumbrada durante mucho tiempo a la radiación cósmica. Pero es difícil decir acerca de la electrónica. Por supuesto, no será posible rechazar todo esto, pero es posible minimizar con éxito el impacto negativo de los campos eléctricos en el cuerpo humano. Para esto, dicho sea de paso, es suficiente aplicar los principios del uso eficiente de la energía de la tecnología, que prevén minimizar el tiempo de funcionamiento de los mecanismos.
Conclusión
Examinamos qué cantidad física es una característica del campo eléctrico, dónde se usa, cuál es el potencial de los desarrollos y su aplicación en la vida cotidiana. Pero aun así me gustaría añadir unas palabras finales sobre el tema. Cabe señalar que un gran número de personas estaban interesadas en ellos. Una de las huellas más visibles de la historia la dejó el famoso inventor serbio Nikola Tesla. En esto, logró un éxito considerable con respecto a la implementación de sus planes, pero, lamentablemente, no en términos de eficiencia energética. Por lo tanto, si hay un deseo de trabajar en esta dirección, hay muchas oportunidades por descubrir.
