전기장 특성
이 기사에서는 전위, 전압 및 강도와 같은 전기장의 주요 특성에 대해 설명합니다.
전기장이란?
전기장을 생성하려면 전하를 생성해야 합니다. 전하(대전체) 주변 공간의 특성은 전하가 없는 공간의 특성과 다릅니다. 동시에 공간의 속성은 전하가 도입되면 즉시 변경되지 않습니다. 변화는 전하에서 시작하여 공간의 한 지점에서 다른 지점으로 특정 속도로 퍼집니다.
전하를 포함하는 공간에서 그 공간으로 유입된 다른 전하에 작용하는 기계적 힘이 나타납니다. 이러한 힘은 한 전하가 다른 전하에게 직접 작용한 결과가 아니라 질적으로 변화된 매질을 통한 작용의 결과입니다.
도입된 전하에 작용하는 힘이 발현되는 전하 주변의 공간을 전기장이라고 한다.
전기장에서 전하는 전기장 측면에서 작용하는 힘의 방향으로 움직입니다.이러한 전하의 정지 상태는 전계의 세기와 균형을 이루는 전하에 어떤 외부(외부) 힘이 가해질 때만 가능하다.
외력과 전계 강도 사이의 균형이 깨지는 즉시 전하가 다시 움직이기 시작합니다. 그것의 움직임의 방향은 항상 더 큰 힘의 방향과 일치합니다.
명확성을 위해 전기장은 일반적으로 소위 전기력선으로 표시됩니다. 이 선들은 전기장에 작용하는 힘의 방향과 일치합니다. 동시에 선에 수직으로 설치된 면적 1cm2 당 그 수가 해당 지점의 전계 강도에 비례하도록 선을 너무 많이 그리기로 합의했습니다.
필드의 방향은 일반적으로 주어진 필드에 배치된 양전하에 작용하는 필드 강도의 방향으로 간주됩니다. 양전하는 양전하에 의해 밀려나고 음전하에 끌립니다. 따라서 필드는 양전하에서 음전하로 향합니다.
힘선의 방향은 화살표로 도면에 표시됩니다. 과학은 전기장의 힘선이 시작과 끝을 가지고 있다는 것을 증명했습니다. 필드의 가정된 방향에 따라 힘선이 양전하(양전하를 띤 물체)로 시작하여 음전하로 끝나는 것을 발견했습니다.
쌀. 1. 힘선을 사용한 전기장 이미지의 예: a — 단일 양전하가 있는 전기장 b — 단일 음전하가 있는 전기장 c — 두 개의 반대 전하가 있는 전기장 d — an 같은 전하의 전기장
무화과에서.도 1은 자력선을 사용하여 묘사된 전기장의 예를 보여준다. 전기력선은 전기장을 그래픽으로 표현하는 방법일 뿐임을 기억해야 합니다. 여기서 힘의 선 개념에 더 큰 실체는 없습니다.
쿨롱의 법칙
두 전하 사이의 상호 작용 강도는 전하의 크기와 상호 배열, 주변 환경의 물리적 특성에 따라 달라집니다.
전기가 통하는 두 개의 물리적 신체의 경우 신체 사이의 거리에 비해 크기가 미미하므로 상호 작용의 치유는 수학적으로 다음과 같이 결정됩니다.
여기서 F는 전하의 상호 작용력(뉴턴(N)), k — 전하 사이의 거리(미터(m)), Q1 및 Q2 — 전하의 크기(쿨롱(k)), k는 비례 계수이며 그 값은 전하를 둘러싼 매질의 특성에 따라 달라집니다.
위의 공식은 다음과 같습니다. 두 점 전하 사이의 상호 작용력은 전하 크기의 곱에 정비례하고 전하 거리의 제곱에 반비례합니다(쿨롱의 법칙).
비례 계수 k를 결정하려면 식 k = 1 /(4πεεО)를 사용하십시오.
전기장 전위
전하에 작용하는 전계력이 외부 힘과 균형을 이루지 못하는 경우 전계는 항상 전하에 운동을 부여합니다. 이것은 전기장이 위치 에너지, 즉 일을 할 수 있는 능력을 가지고 있음을 의미합니다.
전하를 공간의 한 지점에서 다른 지점으로 이동하면 전기장이 작동하고 그 결과 필드에 대한 위치 에너지 공급이 감소합니다.전하가 전계의 힘과 반대 방향으로 작용하는 외부 힘의 작용으로 전기장에서 이동하면 전기장의 힘이 아니라 외부 힘에 의해 일이 수행됩니다. 이 경우 필드의 위치 에너지는 감소하지 않을뿐만 아니라 반대로 증가합니다.
전기장에서 전하를 움직이는 외력에 의해 수행된 작업은 해당 운동에 반대되는 필드 힘의 크기에 비례합니다. 이 경우 외력에 의해 수행된 작업은 전적으로 필드의 위치 에너지를 증가시키는 데 사용됩니다. 포텐셜 에너지 측면에서 필드를 특성화하기 위해 전기장 포텐셜이라는 양을 호출합니다.
이 수량의 본질은 다음과 같습니다. 양전하가 고려 중인 전기장 밖에 있다고 가정합니다. 이것은 필드가 주어진 요금에 실질적으로 영향을 미치지 않는다는 것을 의미합니다. 외부 힘이 이 전하를 전기장에 도입하게 하고, 전하가 필드의 특정 지점으로 이동하도록 합니다. 힘이 한 일, 즉 장의 위치 에너지가 증가한 양은 전적으로 장의 특성에 따라 달라집니다. 따라서 이 작업은 주어진 전기장의 에너지를 특성화할 수 있습니다.
필드의 주어진 지점에 배치된 양전하 단위와 관련된 전기장 에너지를 주어진 지점에서의 필드 전위라고 합니다.
전위가 문자 φ로 표시되고 전하가 문자 q로 표시되고 전하 이동에 소요되는 작업이 W로 표시되면 주어진 지점에서의 전계 전위는 공식 φ = W / q로 표시됩니다.
따라서 주어진 지점에서의 전기장 전위는 단위 양전하가 주어진 지점을 향해 필드 밖으로 이동할 때 외력에 의해 수행된 작업과 수치적으로 동일합니다. 전계 전위는 볼트(V) 단위로 측정됩니다. 전기장 외부에서 주어진 지점으로 1쿨롱의 전기를 전달하는 동안 외부 힘이 1줄과 동일한 작업을 수행한 경우 필드의 주어진 지점에서의 전위는 1볼트와 같습니다. 1볼트 = 1줄 / 1 쿨롱
전계 강도
모든 전기장에서 양전하는 전위가 높은 지점에서 전위가 낮은 지점으로 이동합니다. 반대로 음전하는 전위가 낮은 지점에서 전위가 높은 지점으로 이동합니다. 두 경우 모두 전기장의 위치 에너지를 희생시키면서 작업이 수행됩니다.
이 일, 즉 양전하 q가 장의 1점에서 2점으로 이동할 때 장의 퍼텐셜 에너지가 감소하는 양을 알면 이 점들 사이의 전압을 쉽게 찾을 수 있다. 필드 U1,2:
U1,2 = A / q,
여기서 A는 전하 q가 점 1에서 점 2로 이동할 때 전계력이 한 일입니다. 전기장의 두 점 사이의 전압은 한 점에서 단위 양전하를 옮기기 위해 0이 한 일과 수치적으로 같습니다. 현장에서 다른 사람에게.
보시다시피 필드의 두 지점 사이의 전압과 같은 지점 사이의 전위차는 동일한 물리적 단위를 나타냅니다… 따라서 전압과 전위차라는 용어는 동일합니다. 전압은 볼트(V) 단위로 측정됩니다.
필드의 한 지점에서 다른 지점으로 1쿨롱의 전기를 전송할 때 필드 힘이 1줄과 동일한 작업을 수행하는 경우 두 지점 사이의 전압은 1볼트입니다. 1볼트 = 1줄 / 1쿨롱
전계 강도
Coulomb의 법칙에 따르면 이 필드에 배치된 다른 전하에 작용하는 주어진 전하의 전계 강도는 필드의 모든 지점에서 동일하지 않습니다. 임의의 지점에서의 전기장은 주어진 지점에 배치된 단위 양전하에 작용하는 힘의 크기로 특징지을 수 있습니다.
이 값을 알면 각 전하 Q에 작용하는 힘 F를 결정할 수 있습니다. F = Q x E라고 쓸 수 있습니다. 여기서 F는 전기장에 의해 필드의 한 지점에 배치된 전하 Q에 작용하는 힘이고 E는 필드의 같은 지점에 놓인 단위 양전하에 작용하는 힘. 필드의 주어진 지점에서 단위 양전하가 경험하는 힘과 수치적으로 동일한 양 E를 전계 강도라고 합니다.