Напряжение и направление поля
Меняй напряжение и знак пробного заряда. Сравни направление поля с направлением силы.
Схему можно прокрутить вбок. Все значения повторены в расчёте ниже.
Условное однородное поле между широкими пластинами. Краевые эффекты не показаны; длина стрелки силы — качественная, не измеренная в ньютонах.
Поле передаёт действие
Электрическое поле существует вокруг электрических зарядов и действует на другие заряды. Чтобы обнаружить его в некотором месте, можно наблюдать силу, действующую на небольшой пробный заряд. Поле нельзя заменить словами «предметы чувствуют друг друга» без физического объяснения.
Направление поля в точке выбирают по направлению силы на положительный пробный заряд. На отрицательный заряд сила направлена противоположно. Линии поля — способ изображения, а не материальные нити.
Положительный пробный заряд
Сила по направлению поля
Отрицательный пробный заряд
Сила против направления поля
Направление электрического поля задают по действию на положительный заряд.
Если электрон движется против направления тока, нарушается ли правило поля?
Нет. Электрон отрицателен, поэтому электрическая сила на него направлена против поля. Направление тока выбрано по положительным зарядам.
Работа поля при переносе заряда
Поле может совершать работу при перемещении заряда. Работа зависит от переносимого заряда и выбранных начальной и конечной точек. Для описания энергетического различия между точками вводят напряжение.
В простом случае положительного переноса по действию поля напряжение U = A/q. Оно показывает работу поля на единицу заряда между выбранными точками. Если вдвое увеличить q при неизменном поле и тех же точках, работа увеличится вдвое, а U не изменится.
U = A/q
Энергия на единицу заряда
Одни и те же точки
Напряжение сохраняется
Вдвое больше q
Вдвое больше A
Напряжение характеризует энергетическое различие между двумя точками.
Есть ли смысл говорить «напряжение в одной точке» без уточнения?
Для школьных цепей важно указывать, между какими точками оно измеряется. Одна точка сама по себе не задаёт разность.
Химический элемент типоразмера AA
Источник поддерживает напряжение между двумя полюсами.
Solomon203 · CC BY 3.0 · Источник. Без изменений.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Цифровой мультиметр
Напряжение измеряют между выбранными точками, используя соответствующий режим прибора.
André Karwath aka Aka · CC BY-SA 2.5 · Источник. Без изменений.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Не путать заряд, ток и напряжение
Заряд q показывает количество переносимого электрического заряда. Напряжение U показывает энергию на единицу заряда. Сила тока, которую изучим далее, показывает перенос заряда за единицу времени. Это разные величины и разные единицы.
В модели между пластинами показано условное однородное поле. Смена полярности меняет направление силы; увеличение напряжения при неизменном расстоянии усиливает электрическое воздействие. Реальный краевой изгиб поля не показан.
| Величина | Вопрос | Единица |
|---|---|---|
| q | Сколько заряда? | Кл |
| U | Сколько энергии на 1 Кл? | В |
| I | Сколько заряда за 1 с? | А |
Напряжение не равно заряду или силе тока.
Может ли между разомкнутыми контактами быть напряжение?
Да. Между полюсами батареи может существовать напряжение даже без замкнутого внешнего пути для тока.
Энергия преобразуется в цепи
Источник поддерживает разделение зарядов и энергетические условия для тока. В потребителе энергия, связанная с переносом заряда, преобразуется в нагрев, свет или механическую работу. Источник не создаёт заряды заново, а обеспечивает преобразование энергии.
Полезная аналогия — перепад высоты для воды, но она ограничена: электрическое поле не является водой, а заряд не расходуется в лампе как топливо. Важно проследить отдельно движение носителей и передачу энергии.
Источник
Преобразует энергию и поддерживает напряжение
Электрическое поле
Действует на заряды
Потребитель
Получает энергию и преобразует её
В цепи перенос заряда сопровождается передачей энергии.
Что расходуется при работе батареи?
Изменяется её химическая система и запас доступной энергии. Нельзя объяснять разряд батареи исчезновением электронов из замкнутой цепи.
Шесть выводов
Тест · 10 вопросовОдин правильный ответ в каждом вопросе
Сначала изучи модель и конспект. За каждый верный ответ — 0,5 балла, максимум — 5. После проверки откроются пояснения.
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Физика, 8 класс», § 17. Тема и содержание сверены с файлом «8 класс. Физика — § 17. Электрическое напряжение.pdf». Объяснения, расчётные примеры и модели подготовлены для этого конспекта. Дополнительные зависимости в моделях отмечены отдельно.
Изображения загружаются непосредственно из интернета. Авторство и лицензии указаны под каждой иллюстрацией. Число частиц, размеры и цвета учебных схем условны.