Вольт на см в вольт на м: The page cannot be found

Содержание

Система единиц измерений

msimagelist>

	Адроны
	Альфа-распад
	Альфа-частица
	Аннигиляция
	Антивещество
	Антинейтрон
	Антипротон
	Античастицы
	Атом
	Атомная единица массы
	Атомная электростанция
	Барионное число
	Барионы
	Бета-распад
	Бетатрон
	Бета-частицы
	Бозе – Эйнштейна статистика
	Бозоны
	Большой адронный коллайдер
	Большой Взрыв
	Боттом. Боттомоний
	Брейта-Вигнера формула
	Быстрота
	Векторная доминантность
	Великое объединение
	Взаимодействие частиц
	Вильсона камера
	Виртуальные частицы
	Водорода атом
	Возбуждённые состояния ядер
	Волновая функция
	Волновое уравнение
	Волны де Бройля
	Встречные пучки
	Гамильтониан
	Гамма-излучение
	Гамма-квант
	Гамма-спектрометр
	Гамма-спектроскопия
	Гаусса распределение
	Гейгера счётчик
	Гигантский дипольный резонанс
	Гиперядра
	Глюоны
	Годоскоп
	Гравитационное взаимодействие
	Дейтрон
	Деление атомных ядер
	Детекторы частиц
	Дирака уравнение
	Дифракция частиц
	Доза излучения
	Дозиметр
	Доплера эффект
	Единая теория поля
	Зарядовое сопряжение
	Зеркальные ядра
	Избыток массы (дефект массы)
	Изобары
	Изомерия ядерная
	Изоспин
	Изоспиновый мультиплет
	Изотопов разделение
	Изотопы
	Ионизирующее излучение
	Искровая камера
	Квантовая механика
	Квантовая теория поля
	Квантовые операторы
	Квантовые числа
	Квантовый переход
	Квант света
	Кварк-глюонная плазма
	Кварки
	Коллайдер
	Комбинированная инверсия
	Комптона эффект
	Комптоновская длина волны
	Конверсия внутренняя
	Константы связи
	Конфайнмент
	Корпускулярно волновой дуализм
	Космические лучи
	Критическая масса
	Лептоны
	Линейные ускорители
	Лоренца преобразования
	Лоренца сила
	Магические ядра
	Магнитный дипольный момент ядра
	Магнитный спектрометр
	Максвелла уравнения
	Масса частицы
	Масс-спектрометр
	Массовое число
	Масштабная инвариантность
	Мезоны
	Мессбауэра эффект
	Меченые атомы
	Микротрон
	Нейтрино
	Нейтрон
	Нейтронная звезда
	Нейтронная физика
	Неопределённостей соотношения
	Нормы радиационной безопасности
	Нуклеосинтез
	Нуклид
	Нуклон
	Обращение времени
	Орбитальный момент
	Осциллятор
	Отбора правила
	Пар образование
	Период полураспада
	Планка постоянная
	Планка формула
	Позитрон
	Поляризация
	Поляризация вакуума
	Потенциальная яма
	Потенциальный барьер
	Принцип Паули
	Принцип суперпозиции
	Промежуточные W-, Z-бозоны
	Пропагатор
	Пропорциональный счётчик
	Пространственная инверсия
	Пространственная четность
	Протон
	Пуассона распределение
	Пузырьковая камера
	Радиационный фон
	Радиоактивность
	Радиоактивные семейства
	Радиометрия
	Расходимости
	Резерфорда опыт
	Резонансы (резонансные частицы)
	Реликтовое микроволновое излучение
	Светимость ускорителя
	Сечение эффективное
	Сильное взаимодействие
	Синтеза реакции
	Синхротрон
	Синхрофазотрон
	Синхроциклотрон
	Система единиц измерений
	Слабое взаимодействие
	Солнечные нейтрино
	Сохранения законы
	Спаривания эффект
	Спин
	Спин-орбитальное взаимодействие
	Спиральность
	Стандартная модель
	Статистика
	Странные частицы
	Струи адронные
	Субатомные частицы
	Суперсимметрия
	Сферическая система координат
	Тёмная материя
	Термоядерные реакции
	Термоядерный реактор
	Тормозное излучение
	Трансурановые элементы
	Трек
	Туннельный эффект
	Ускорители заряженных частиц
	Фазотрон
	Фейнмана диаграммы
	Фермионы
	Формфактор
	Фотон
	Фотоэффект
	Фундаментальная длина
	Хиггса бозон
	Цвет
	Цепные ядерные реакции
	Цикл CNO
	Циклические ускорители
	Циклотрон
	Чарм. Чармоний
	Черенковский счётчик
	Черенковсое излучение
	Черные дыры
	Шредингера уравнение
	Электрический квадрупольный момент ядра
	Электромагнитное взаимодействие
	Электрон
	Электрослабое взаимодействие
	Элементарные частицы
	Ядерная физика
	Ядерная энергия
	Ядерные модели
	Ядерные реакции
	Ядерный взрыв
	Ядерный реактор
	Ядра энергия связи
	Ядро атомное
	Ядерный магнитный резонанс (ЯМР)

msimagelist>

Система единиц измерений

Units of measurment

Система единиц измерений − совокупность единиц измерений,
охватывающая все или только некоторые области измерений (механические, электрические
и т. д.). В системе единиц только основные единицы устанавливаются произвольно,
остальные единицы, являющиеся производными, находятся в зависимости от основных
единиц в соответствии с физическими законами. Основные единицы в Международной
системе СИ приведены в табл. 1.

Таблица 1.

Наименование величины	Единица измерения	Сокращённое обозначение
Длина	метр	м
Масса	килограмм	кг
Время	секунда	с
Сила тока	ампер	А
Температура	градус Кельвина	К
Сила света	свеча	св

    В научных исследованиях часто используется система
единиц Гаусса, в которой основными единицами измерений являются сантиметр
(см), грамм (г), секунда (с). В этой системе единиц электрическая проницаемость
вакуума, электрическая постоянная ε₀ = 1, магнитная проницаемость
вакуума, магнитная постоянная μ₀ = 1.
    Соотношение некоторых величин в системе СИ и системе единиц Гаусса
(СГС) приведено в таблице 2.
    В ядерной физике часто используются некоторые внесистемные единицы.
Энергия, электрон-вольт, 1 эВ = 1.6·10^-12 эрг = 1.6·10^-19
Дж.
Импульс, 1 МэВ/с = 5.344·10^-22 кг·м·с^–1.
Длина, ферми (фемтометр), 1 фм = 10^-13 см = 10^-15
м.
Масса, 1 МэВ/с2 = 1.783·10^-27 г = 1.783·10^-30 кг.
Сечение реакции, барн, 1 Бн = 10^-24 см².
Константа ћc = 197.3 МэВ·фм = 3.162·10^-26 Дж·м.
Постоянная тонкой структуры α = e²/ћc = 137.04.

1 атомная единица массы, 1 а.е.м. = М^ат(¹²C) =
931.5 МэВ/с² = 1.66·10^-24 гр = 1. 66·10^-27
кг.

Таблица 2. Соотношение некоторых величин в
системах СИ и СГС

Величина	Система СИ	Система единиц Гаусса СГС
длина	метр, м	сантиметр, 1 см = 10^-2 м
масса	килограмм, кг	грамм, 1 г = 10^-3 кг
время	секунда, с	секунда, с
сила	ньютон, Н	дина, 1 дина = 10^-5 Н
работа, энергия	джоуль, Дж	эрг, 1 эрг = 10^-7 Дж
давление	паскаль, Па	1 дина/см² = 0. 1 Па
сила тока	ампер, А	1 ед. силы тока = (10/c) А = 1/(3·10⁹) А
электрический заряд	кулон, Кл	1 ед. электр. заряда = (10/c) Кл = 1/(3·10⁹) Кл
электрическое напряжение	вольт, В	1 ед. электр. напряж. = 10^-8c В = 300 В
напряжённость электрического поля	ньютон/кулон, Н/Кл, вольт/метр, В/м	1 ед. напряжён. электр. поля = 10^-6c В/м
электрическое сопротивление	ом, Ом	1 ед. электр. сопр. = 10^-9c² Ом = 9·10¹¹ Ом
электрическая ёмкость	фарад, Ф	1 ед. электр. ёмк. = (10⁹/c²) Ф = (1/9)·10^-11 Ф
напряжённость магнитного поля	ампер/метр, А/м	1 эрстед = (10³/4π) А/м ≈ 79.6 А/м
магнитная индукция	тесла, Тл	1 гаусс = 10^-4 Тл
магнитный поток	вебер, Вб	1 максвелл = 10^-8 Вб

Нормы электромагнитного излучения могут увеличить

Без смягчения российских СанПиНов – одних из самых строгих в мире – развивать сети 5G невозможно / FRANCOIS LENOIR / REUTERS

НИИ медицины труда им. Н. Ф. Измерова провело исследование влияния сотовой связи, в том числе 5G, на живые организмы. С результатами ознакомились «Ведомости». Научная работа в 2019 г. была инициирована департаментом информационных технологий Москвы (ДИТ). Его специалисты, так же как и операторы сотовой связи, называют действующие нормативы по излучению, разработанные еще в 1980-х гг., устаревшими. Исследование (первое такого масштаба, выполненное в России в этом веке) должно было подтвердить или опровергнуть этот тезис.

Действующий норматив излучения базовых станций, закрепленный санитарными нормами и правилами (СанПиНы), в основных полосах сотовой связи – 10 мкВт/кв. см. Это излучение в той или иной точке, которое одновременно создают базовые станции всех стандартов и другое излучающее оборудование.

Проведенные исследования показали, что безопасным для человека можно считать излучение мощностью 20–25 мкВт/кв. см, говорится в исследовании: в жилых помещениях его желательно оставить в пределах 10 мкВт/кв. см, однако на улице можно поднять до 40 мкВт/кв. см.

Лабораторные опыты проводили на крысах: на протяжении трех месяцев их подвергали воздействию электромагнитного излучения в 250 мкВт/кв. см и 500 мкВт/кв. см. Результаты показали, что значительных изменений в состоянии животных при воздействии излучения в 250 мкВт/кв. см не наблюдалось. После четырехмесячного воздействия электромагнитным полем 500 мкВт/кв. см «наблюдалась тенденция к увеличению набора массы тела».

В ДИТ «Ведомостям» сообщили, что представят результаты исследований в Минздрав и Роспотребнадзор, где могут принять решение об изменении СанПиНов по электромагнитному излучению.

«Пересмотр санитарных норм в пределах безопасных значений снизит административный барьер для операторов связи, что упростит процесс строительства сетей связи пятого поколения, – заявили в ДИТ. – Появление 5G существенно повысит качество жизни москвичей и будет способствовать развитию цифровой экономики в целом».

В Роспотребнадзоре «Ведомостям» заявили, что отчет по итогам исследования еще не получен и обсуждать какие-либо изменения преждевременно.

Максимальный уровень излучения в 10 мкВт/кв. см был установлен, когда гражданского радиоизлучающего оборудования было крайне мало, рассказал «Ведомостям» специалист в области радиооборудования: «При этом учитывались в первую очередь параметры телепередатчиков, расположенных на башнях – как правило, вдалеке от людей и жилья.

К тому же расчет уровня излучения тогда стал прерогативой медиков, стремившихся свести подобные показатели до минимума».

Уровень излучения в Москве, создаваемого базовыми станциями сетей GSM, UMTS и LTE, вплотную приблизился к максимально допустимому – это делает практически невозможным запуск сетей 5G вне зависимости от того, какой вклад внесут они, утверждает представитель «Вымпелкома» Анна Айбашева: «Корректировка действующих норм СанПиН – абсолютно необходимое условие для запуска в РФ сетей 5G».

У зарубежных операторов мобильной связи таких проблем, как правило, не возникает, так как действующие в большинстве стран мира нормативы гораздо мягче российских.

Международные стандарты основаны на рекомендациях Международного комитета по защите от неионизирующих излучений и ограничивают уровень электромагнитного излучения на уровне 1000 мкВт/кв. см. Эти нормы признаны примерно в 130 странах мира, говорит руководитель проектов компании «Спектрум менеджмент» Вадим Поскакухин.

Исследование, инициированное ДИТ, доказывает отсутствие негативного воздействия 5G на здоровье людей, это помогает бороться с радиофобией и спекуляциями на тему 5G, которые строятся на якобы фатальном влиянии технологии пятого поколения на мозг человека, говорит представитель пресс-службы Tele2 Дарья Колесникова.

Проведение исследования является позитивом для отрасли, но необходимо дождаться решения государства о выделении частот для сетей пятого поколения, от которого и будет зависеть применимость данных норм, отмечает представитель «Мегафона».

Уровень в 40 мкВт/кв. см благоприятно повлияет на развитие не только 5G, но и других стандартов, также считает Колесникова.

Но в дальнейшем, по мере развития сетей 5G, опять придется возвращаться к пересмотру этих норм, продолжает Айбашева.

Поскакухин не уверен, что проведенное исследование станет достаточной основой для модернизации СанПиНов: «Выводы исследования слишком консервативны и не решают проблем с ограничением мощности базовых станций для 5G». Если в России допустимые значения поднимутся до 20–40 мкВт/кв. см, то для российских операторов это ничего не поменяет и не позволит развернуть полноценные сети 5G, уверен эксперт.

«Перенос полученных при экспериментах с крысами данных на человека дает нерепрезентативные результаты, – считает Поскакухин. – Подходы к интерпретации воздействия радиоволн в России и на Западе разные: в России ограничивается все, что гипотетически хоть как-то может ощутить человек, в большинстве других стран ограничения по излучению устанавливаются, если оно действительно может нанести вред здоровью человека».

Новости СМИ2

Отвлекает реклама? С подпиской
вы не увидите её на сайте

Перевести единицы: вольт на сантиметр [В/см] в вольт на метр [В/м] • Конвертер напряженности электрического поля • Электротехника • Компактный калькулятор • Онлайн-конвертеры единиц измерения Конвертер измеренийПреобразователь температурыПреобразователь давления, напряжения, модуля ЮнгаПреобразователь энергии и работыПреобразователь силыПреобразователь силыПреобразователь времениПреобразователь линейной скорости и скоростиПреобразователь угловПреобразователь эффективности использования топлива, расхода топлива и экономии топливаКонвертер чиселКонвертер единиц информации и хранения данныхКурсы обмена валютРазмеры женской одежды и обувиРазмеры мужской одежды и обувиУгловая скорость и вращение Преобразователь частотыПреобразователь ускоренияПреобразователь углового ускоренияПреобразователь плотностиПреобразователь удельного объемаПреобразователь момента инерцииКонвертер момента силыКонвертер момента импульсаИмпульсПреобразователь крутящего моментаКонвертер удельной энергии, теплоты сгорания (на массу)Конвертер удельной энергии, теплоты сгорания (на объем) при плотности, Плотность пожарной нагрузкиКонвертер плотности теплового потокаКонвертер коэффициента теплопередачиКонвертер объемного расходаКонвертер массового расходаКонвертер молярного расходаКонвертер массового потокаКонвертер молярной концентрацииКонвертер массовой концентрации в раствореКонвертер динамической (абсолютной) вязкостиКонвертер кинематической вязкости Конвертер поверхностного натяженияКонвертер проницаемости, паропроницаемости, паропроницаемости Конвертер скорости пропускания паров влаги erПреобразователь уровня звукаЧувствительность микрофона Преобразователь уровня звукового давления (SPL) Преобразователь уровня звукового давления Преобразователь уровня звукового давления с выбираемым эталонным давлением Преобразователь яркости Преобразователь силы света Преобразователь освещенности Преобразователь разрешения цифрового изображения Преобразователь частоты и длины волны Преобразователь оптической силы (диоптрий) в фокусное расстояние Преобразователь плотности зарядаПреобразователь плотности электрического токаПреобразователь линейной плотности токаПреобразователь поверхностной плотности токаПреобразователь напряженности электрического поляПреобразователь электрического потенциала и напряженияПреобразователь электрического сопротивленияПреобразователь удельного электрического сопротивленияПреобразователь электрической проводимостиПреобразователь электрической проводимостиПреобразователь емкостиПреобразователь индуктивностиПреобразователь реактивной мощности переменного токаПреобразователь калибров проводовПреобразование уровней в дБм, дБВ, Ватт и других единицахМаг netomotive Преобразователь силыПреобразователь напряженности магнитного поляМагнитный Конвертер потокаКонвертер плотности магнитного потокаМощность поглощенной дозы излучения, мощность общей дозы ионизирующего излучения Конвертер мощности дозы ионизирующего излученияКонвертер радиоактивности.

Преобразователь радиоактивного распадаПреобразователь радиационного воздействияИзлучение. Конвертер поглощенной дозыКонвертер метрических префиксовКонвертер передачи данныхКонвертер типографских и цифровых изображенийКонвертер единиц измерения объема пиломатериаловКалькулятор молярной массыПериодическая таблица

Обзор

Немного истории

Определение напряженности электрического поля

Физика напряженности электрического поля

Электрическое поле в диэлектриках

Электрическое поле на поверхности металлов

Примеры систем и устройства, которые Использование электрического поля

Сканирующий туннельный микроскоп (СТМ)

Измерительные и сигнализирующие устройства

Электростатическая и электромагнитная защита

Эксперименты по влиянию электрического поля на металлы и газы

Плазменный шар

Использование осциллографа для оценки напряженности электрического поля

Экранирование электромагнитного поля

Обзор

Мы живем в океане электрических и магнитных полей. Также как когда океан спокоен, эти поля могут быть более или менее устойчивыми, но приходит шторм, и они могут стать очень грубыми.

С детства мы знаем, что намагниченная стрелка компаса указывает на Северный геомагнитный полюс Земли. Изобретение компаса сыграло значительную роль в нашем развитии как людей. Особенно это касалось развития морского судоходства.

По сравнению с магнитным полем электрическое поле Земли не проявляет своих свойств, и его вообще трудно обнаружить без специального оборудования. Однако мы можем наблюдать действие электрического поля, когда расчесываем пластмассовой расческой вымытые и высушенные волосы: благодаря электрическому полю волосы поднимаются, следуя за щеткой. Аналогичный эффект возникает, когда мы перемещаем ту же расческу по небольшим кусочкам бумаги или пластиковой пленки, и эти кусочки преодолевают гравитацию, подпрыгивают и прилипают к расческе.

Тем не менее, грянет гроза, и мы можем почувствовать ее приближение без всякого оборудования. Мы видим вспышки далекой молнии и слышим гром, возвещающий о грядущей буре. Она создает помехи радио- и телевещанию, а молния может даже вывести из строя радио- и электронные устройства.

Нью-Йорк

Примером может служить отключение электроэнергии в Нью-Йорке в 1977 году, когда в большей части города не было электричества после серии вспышек молнии, поразивших несколько различных линий электропередач. Геомагнитные бури в космосе также могут стать причиной перебоев в электроснабжении города, области, а иногда и целой страны. Примером может служить отключение электроэнергии в Квебеке в 19 году.89. Эти штормы могут также вызвать сбои в работе телеграфной службы между континентами, как во время Кэррингтонского события, которое произошло в 1859 году в результате солнечной бури. Следует отметить, однако, что эти геомагнитные возмущения магнитного поля Земли обычно составляют менее 1% от общего количества заметных магнитных возмущений.

Насколько мы понимаем на данный момент, изменения электрического и магнитного полей во времени создают электромагнитные поля, которые можно рассматривать как единые, неотъемлемые объекты, которые изменяются либо с более низкой, либо с более высокой частотой. Электромагнитный спектр этих частот широк, от инфранизких частот в доли герца до гамма-излучения с частотой в экзагерц.

Любопытный, но малоизвестный факт: мощность сигнала, излучаемого Землей в узком диапазоне частот, используемом для телерадиовещания и спутниками связи, превышает мощность солнечного излучения. Некоторые радиоастрономы предполагают, что мы ищем внеземные цивилизации, основываясь на этом факторе. Другие ученые, с другой стороны, считают этот факт доказательством нашей нынешней некомпетентности в управлении нашими природными энергетическими ресурсами и доказательством того, что нашим нынешним технологиям предстоит долгий путь.

Одной из важнейших характеристик электрического (как и магнитного) поля является его напряженность. При его превышении для конкретной среды (например, 30 кВ/см для воздуха) происходит электрический пробой, проявляющийся разрядом в виде искры или даже дуги. Примером такого разряда являются электрические зажигалки. Мощность этого разряда в электрических зажигалках настолько мала, что его энергии хватает только на нагрев газа до температуры его горения.

Молния и ионосфера

Мощность одиночной молнии при среднем напряжении 20 миллионов вольт и силе тока 20 тысяч ампер может составлять около 200 миллионов киловатт. Это число учитывает тот факт, что при ударе молнии напряжение падает от максимального значения до нуля. Одна сильная гроза производит достаточно энергии молнии, чтобы удовлетворить энергетические потребности всего населения США в течение двадцати минут.

Учитывая тот факт, что на Земле одновременно происходит около 2000 гроз, очень заманчивой перспективой является возможность использовать электроэнергию, вырабатываемую в ионосфере Земли. Существует несколько проектов, направленных на использование энергии молнии с помощью специальных молниеотводов или путем инициализации разряда, возникающего при ударе молнии. Для этого у нас уже есть технологии искусственного запуска разряда молнии. Это делается путем запуска небольших ракет или воздушных змеев, которые связаны с Землей проводниками. Некоторые многообещающие текущие исследования включают технологии, которые запускают освещение, создавая проводящие каналы за счет ионизации атмосферы с помощью мощных лазеров или микроволнового излучения. Это минимизирует затраты, потому что нам не нужно беспокоиться о стоимости проводников, которые испаряются при попадании молнии.

По сути, нам не нужно производить электричество, нам просто нужно собирать, хранить и преобразовывать его в удобную для использования форму энергии. На данный момент у нас нет соответствующих технологий для этого, но мы возлагаем большие надежды на будущие технологии. Некоторые возможные способы использования этой энергии заключаются в использовании новых материалов, таких как графен, а также сверхпроводящих магнитов. Альтернативой является создание суперконденсаторов с чрезвычайно высокой плотностью энергии.

Физика северного сияния такая же, как и свечение газоразрядных ламп в электромагнитном поле, как мы видим на этой иллюстрации. Свет излучается в результате ионизации и возбуждения атомов атмосферных газов и последующего возвращения их в нормальное состояние.

Возможно, однажды мы сможем воплотить в жизнь мечту гения электричества Николы Теслы, американского ученого сербского происхождения. Он хотел иметь возможность собирать электроэнергию в определенном количестве и из любого места на Земле, даже из атмосферы. Во время своих экспериментов по генерированию молнии в своей лаборатории в Колорадо-Спрингс в 1889 году ему удалось генерировать и передавать электрическую энергию такого высокого напряжения, что некоторые лошади по соседству падали вниз из-за удара током, полученного ими через металлические подковы. В окружении огней Святого Эльма порхали бабочки, сквозь искры ходили пешеходы, а также искры вылетали из водопроводных кранов. Возможно, именно из-за таких экспериментов в его время люди считали его сумасшедшим и опасным, воплощением сумасшедшего ученого.

Недаром говорят, что между гениальностью и безумием тонкая грань.

Немного истории

Слева направо: Джеймс Клерк Максвелл, Шарль-Огюстен де Кулон и Майкл Фарадей; источник: commons.wikimedia.org

Понятие напряженности электрического поля напрямую связано с электрическими зарядами и электрическими полями, создаваемыми этими зарядами.

Визуализация силовых линий электрического поля с помощью перманганата калия. На два электрода, которые стоят на кусочках фильтровальной бумаги, пропитанной хлоридом натрия 9, подается напряжение постоянного тока 30 В.0003

Закон взаимодействия между электрическими зарядами, открытый Шарлем-Огюстеном де Кулоном в 1785 году, известный как закон электростатического взаимодействия Кулона, дал физикам инструменты для расчета свойств этих взаимодействий. Этот закон очень похож на закон всемирного тяготения Ньютона, открытый ранее. Одно существенное отличие состоит в том, что закон Кулона рассматривает взаимодействие разных зарядов, отрицательных и положительных, а закон всемирного тяготения говорит только об одном типе взаимодействия, таком, при котором тела могут притягиваться только друг к другу.

Подобно Ньютону, который не смог объяснить причину гравитации, Кулон также не объяснил причину взаимодействия электрических зарядов.

Некоторые из лучших ученых того времени предлагали различные гипотезы о природе этих сил, включая теории ближнего и дальнего взаимодействия. Первый предполагал, что присутствует промежуточный агент, известный как мировой эфир, и считалось, что он обладает очень необычными свойствами, например, очень высокой эластичностью при чрезвычайно низкой плотности и вязкости. Это произошло потому, что в то время ученые считали, что силам требуется определенная среда, и в данном случае среда считалась жидкостью. Мы перестали изучать эти среды совсем недавно, в 20 веке, благодаря экспериментам американского физика Альберта Майкельсона и благодаря Альберту Эйнштейну, разработавшему свою теорию относительности.

Визуализация линий поля с помощью моторного масла и манной крупы. Масло и манка являются диэлектриками. При подаче постоянного напряжения 30 кВ частицы манной крупы выстраиваются вдоль силовых линий, которые проходят от центра к кольцевому электроду.

Исследования выдающихся британских физиков Майкла Фарадея и Джеймса Клерка Максвелла в конце 19-го века имели фундаментальное значение для продвижения науки в правильном направлении. Майкл Фарадей показал связь между магнитным и электрическим полями, когда ввел понятие поля и создал визуализацию этого взаимодействия с помощью силовых линий. Современный способ изображения электромагнитных и других векторных полей — использование силовых линий.

Подобно визуализации силовых линий магнитного поля, которое создается путем распространения металлических опилок в магнитном поле, создаваемом магнитом, Фарадей создал визуализацию электрического поля, поместив кристаллы диэлектрического хинина в вязкую жидкость, которым в его случае было касторовое масло. Эти кристаллы образовывали интересные цепочки вблизи заряженных объектов; их форма зависела от распределения зарядов.

Основной вклад Фарадея состоял в том, что он ввел представление о том, что электрические заряды не действуют друг на друга напрямую. Каждый заряд создает вокруг себя электрическое поле, а если он движется, то и магнитное. Явления электромагнетизма на самом деле вызваны изменением числа силовых линий, заключенных в данном контуре.

Визуализация силовых линий электрического поля с использованием моторного масла и манной крупы для двух линейных электродов с напряжением 30 кВ

Здесь число силовых линий относится к напряженности электрического или магнитного поля.

Известный земляк Фарадея Дж. К. Максвелл обобщил его идеи количественно и математически, что чрезвычайно важно в физике. Его уравнения стали фундаментальными в изучении как теоретической, так и практической электродинамики. Его работа положила конец изучению дальнодействия, поскольку его исследования предсказывали конечную скорость распространения электромагнитного взаимодействия в вакууме.

Используя работу Максвелла, гениальный физик 20-го века Альберт Эйнштейн позже постулировал конечный характер скорости света. Он построил свою специальную и общую теории относительности на этой основной предпосылке.

Современная физика придает другое значение понятию действия на расстоянии. Силы, уменьшающиеся с расстоянием по закону обратных квадратов (r ^-n ), считаются силами, действующими на большие расстояния. К ним относятся гравитационные и электромагнитные силы, которые убывают пропорционально обратному квадрату расстояния и действуют на объекты в мире при обычных условиях.

Атомный мир имеет различные силы, которые быстро уменьшаются с расстоянием. К ним относятся сильные и слабые взаимодействия, действующие на объекты в мире элементарных частиц.

Определение напряженности электрического поля

Напряженность электрического поля представляет собой вектор. Он характеризует электрическое поле в данной точке и равен отношению величины силы, действующей на неподвижный электрический заряд, находящийся в этой точке, к величине этого заряда. Обозначается буквой E и вычисляется по формуле:

E = F / q

где E — вектор напряженности электрического поля, F — вектор силы, приложенной к точечному заряду, q — заряд объекта.

Каждая точка пространства имеет свое значение вектора напряженности электрического поля, поскольку электрическое поле может меняться со временем. Поэтому, когда мы описываем напряженность вектора электрического поля, мы включаем не только координаты для пространства, но и для времени.

E = f ( x, y, z, t )

В системе СИ напряженность электрического поля измеряется в вольтах на метр (В/м) или ньютонах на кулон (N/C ).

Кроме того, также используются единицы, полученные из вольт на метр, включая вольт на сантиметр (В/см). В электротехнике также используются киловольт на метр (кВ/м) и киловольт на сантиметр (кВ/см).

Страны, не использующие метрическую систему измерения расстояний, вместо этого используют вольты на дюйм (В/дюйм).

Физика напряженности электрического поля

Как мы обсуждали ранее, расчеты векторных электрических полей (т. е. расчет напряженности электрических полей) физических объектов выполняются с использованием уравнений Максвелла для электростатики и с использованием дивергенции Гаусса теорема, которая является частью уравнений Максвелла.

При проведении этих расчетов необходимо иметь в виду особенности поведения электрических полей в различных средах, так как их проявления зависят от проводимости материала или вещества.

Электрическое поле в диэлектриках

Электретный конденсаторный микрофон для iPhone

При воздействии электрического поля большой напряженности на предмет, сделанный из диэлектрика, полярные молекулы внутри этого предмета, ранее ориентированные случайным образом, обычно переориентируются в сторону электрическое поле. Это называется поляризацией. Даже когда электрическое поле перестает действовать на объект, эта новая ориентация сохраняется. Чтобы вернуть молекулы обратно в исходное состояние, нужно приложить поле, имеющее противоположную ориентацию относительно этого объекта.

Это явление называется диэлектрическим гистерезисом. Есть и другие способы привести диэлектрик в исходное состояние. Наиболее распространенный способ включает нагрев объекта, вызывающий фазовый переход.

Эти типы материалов называются сегнетоэлектриками. К ним относятся материалы, которые имеют очень большую петлю диэлектрического гистерезиса и могут оставаться поляризованными в течение длительного времени. Мы называем эти материалы электретами и можем думать о них как об эквивалентах постоянных магнитов, создающих постоянное электрическое поле.

Гистерезис в сегнетоэлектриках

Следует отметить, что сегнетоэлектрики не имеют ничего общего с железом. Они были названы так потому, что явление сегнетоэлектричества, которое является свойством сегнетоэлектриков, похоже на ферромагнетизм.

Когда переменное электрическое поле действует на молекулы диэлектрического материала, молекулы начинают действовать по-разному. Они постоянно перестраивают свои заряды с каждым полупериодом приложенного к ним поля. Мы знаем об этом поведении благодаря Дж. К. Максвеллу, который ввел понятие тока смещения.

Это явление проявляется при приложении переменного тока к связанным зарядам, а именно электронам и ядрам атомов диэлектрических молекул. Электрическое поле заставляет их колебаться относительно центра молекулы.

Электрическое поле на поверхности металлов

Действие электрического поля на металлы совершенно иное. Поскольку металлы имеют свободные заряды (электроны) по отношению к любому электрическому или электромагнитному полю, они становятся похожими на оптическое зеркало, отражающее свет.

Направленные параболические спутниковые антенны

Большинство направленных антенн для радиосигналов построены по этому принципу. Вне зависимости от конструкции антенны, в ней всегда присутствует основной элемент – дефлектор, который позволяет значительно усилить сигнал и тем самым улучшить качество обнаружения сигнала. Этот дефлектор может быть любой формы, он может быть даже очень похож на зеркало, выполненное в виде параболического дефлектора антенны для спутниковых сигналов. По существу, дефлектор может быть узлом, концентрирующим напряженность электрического поля.

Поскольку металлы отражают электрические и электромагнитные поля, это свойство используется в клетке электростатической защиты, известной как клетка или экран Фарадея. Металлы этих клеток полностью изолируют пространство внутри них от воздействия электрических и электромагнитных полей. Гений электричества Никола Тесла хорошо знал об этом свойстве и удивил своих ничего не подозревающих зрителей, оказавшись внутри клетки, окруженной ореолом электрических разрядов, которые генерировались резонансным трансформатором. Теперь мы называем это трансформатором Тесла или катушкой Тесла.

Катушка Тесла и человеческое «колесо хомяка» в Канадском музее науки и техники в Оттаве. Посетителям музея приходится вырабатывать около 100 ватт энергии, чтобы создать искру.

В 1997 году физик из Калифорнии Остин Ричардс создал гибкое защитное снаряжение, защищающее владельца от электростатических разрядов катушки Теслы. Благодаря этому изобретению он с 1998 года выступает в роли доктора Мегавольта в шоу «Горящий человек».

Современные конференц-залы, предназначенные для секретных встреч, также строятся с использованием клетки Фарадея. Следует отметить, что исследователи из секретных лабораторий КГБ в какой-то момент истории смогли обойти эту технологию. У них были жуки, встроенные в виде изолированных блоков в несущие стены здания. Это было сделано в расчете на то, что они будут генерировать ответный модулированный сигнал при воздействии радиации и позволят записывать секреты американских дипломатов.

Примеры систем и устройств, использующих электрическое поле

Помещение, в котором используется электронный микроскоп, должно иметь хорошую звукоизоляцию. Из-за этого требования он часто напоминает студию звукозаписи, но без окна.

Существует множество примеров использования электрического поля, и столько же примеров экранирования от воздействия электрического поля.

Сканирующий туннельный микроскоп (СТМ)

Одним из принципов работы сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) является создание электрического поля между образцом и зондом такой напряженности, что оно превышает работу выхода выходящих электронов образец. Это делается путем создания разницы потенциалов между зондом и образцом и их сближения так, чтобы расстояние между ними составляло менее 1 нанометра. Затем мы можем нанести на карту поверхность образца и получить представление о ее профиле, измерив туннельный ток при перемещении зонда по поверхности образца.

Сотни метеозондов отправляются в ионосферу метеорологическими станциями по всему миру. Они прикреплены к баллонам, наполненным водородом. Зонды, подобные изображенному на картинке из Канадского музея науки и техники, использовались в середине двадцатого века.

Поскольку это устройство очень чувствительно к механическим вибрациям, помещения, в которых размещаются сканирующие туннельные микроскопы, обладают особыми свойствами. Одним из них является хорошая звукоизоляция — поверхность полов, потолков и окон необходимо покрывать материалами, поглощающими вибрации, вызванные звуковыми волнами.

Приборы измерительные и сигнализирующие

Требования охраны труда классифицируют помещения по напряженности имеющегося в них электрического поля. В зависимости от этого уровня строго регламентируется количество времени пребывания в этих помещениях. Напряженность электрического поля измеряют с помощью различных приборов.

Метеорологи следят за электрическим полем Земли, измеряя его напряженность как на поверхности, так и в различных слоях атмосферы с помощью метеозондов.

Электрики, работающие с высоковольтными линиями электропередач, используют различные устройства оповещения для контроля силы электрического поля. Эти устройства уведомляют, когда значения достигают критической точки, которая считается опасной.

Электростатическая и электромагнитная защита

Еще в 1836 году Фарадей использовал изобретенное им экранирующее устройство. Он был разработан для защиты среды, в которой проводились химические опыты, от воздействия электростатического разряда. Теперь это устройство известно как клетка Фарадея. Корпус может быть выполнен из сплошного перфорированного токопроводящего материала или из токопроводящей сетки.

Микроволновая печь — это, по сути, клетка Фарадея, за исключением того, что она блокирует внутреннее, а не внешнее излучение. На нижней фотографии видно, что размер ячейки сетки составляет около 3 мм. Это намного меньше длины волны электромагнитного излучения микроволновой печи, которая составляет около 12 см.

Это же устройство может быть с успехом использовано для блокирования электромагнитного излучения с длиной волны, значительно превышающей размер ячеек сетки или перфорации в корпусе из листа перфорированного металла.

Современные технологии используют клетки Фарадея в физических лабораториях и экспериментальных установках, в лабораториях аналитической химии и в измерительных устройствах. Они также установлены в конференц-залах, оборудованных для закрытых секретных встреч, и даже были установлены в помещении, использовавшемся для заседания конклава кардиналов в Ватикане, во время последних выборов Папы.

Клетки Фарадея также используются в некоторых диагностических центрах и больницах, например, в кабинетах, где проводится МРТ.

Даже обычная микроволновая печь, которая есть у большинства из нас дома, представляет собой клетку Фарадея. Прозрачное окно, через которое мы можем заглянуть внутрь, на самом деле не проницаемо для микроволнового излучения, потому что оно закрыто токопроводящей сеткой, размеры ячеек которой намного меньше длины волны электромагнитного излучения, используемого в духовке.

Экранирование соединительных проводов и коаксиальных кабелей широко применяется в радиоэлектронике, вычислительной технике и технике связи для экранирования внешнего электромагнитного излучения от помех работе кабелей, а также для предотвращения выхода внутреннего электромагнитного излучения в окружающую среду . Мы также можем назвать эти экраны клетками Фарадея.

Эксперименты по влиянию электрического поля на металлы и газы

Возможно зажигание тонких люминесцентных ламп, используемых в качестве подсветки в жидкокристаллических дисплеях, с помощью плазменного шара без подключения их к какому-либо другому источнику питания

Зажигание неоновой лампы с помощью плазменного шара

Учитывая, что для точных измерений напряженности электрического поля требуются специальные приборы, здесь мы рассмотрим свойства электрического поля с помощью простых доступных устройств.

Plasma Globe

В качестве индикатора измеряемой нами напряженности электрического поля воспользуемся неоновой, люминесцентной или любой другой газоразрядной лампой, наполненной инертным газом. Мы можем использовать плазменный шар для создания электрического поля. Он может генерировать переменное электрическое поле высокой напряженности с частотой около 25 кГц.

Если мы коснемся плазменного шара пальцами, плазменные нити концентрируются вокруг области, к которой мы прикасаемся.

Если мы поместим нашу лампу рядом с изолирующей сферой плазменного шара, она начнет светиться. Это происходит даже при поломке лампы, главное, чтобы ее трубка была цела. Свечение является индикатором наличия электрического поля.

Это свечение возможно потому, что электромагнитное поле проникает сквозь стеклянные оболочки обеих ламп. Электрическое поле возбуждает электроны верхней оболочки атомов газа, и когда эти атомы возвращаются в нормальное состояние, они генерируют свет.

Если поднести руку близко к плазменному шару, нить плазмы станет толще, потому что в точке, где рука ближе всего к лампе, увеличивается напряженность электрического поля.

Использование осциллографа для оценки напряженности электрического поля

Подсоединим к входу осциллографа щуп из отрезка проволоки длиной около 15 см. Теперь давайте приблизим этот зонд к плазменному шару. Мы видим колебания с той же частотой 25 кГц и амплитудой 25 вольт. На электрод шара подается высокое переменное напряжение. Это создает переменное электрическое поле в пространстве вокруг области. Мы можем видеть, что по мере увеличения расстояния между лампой и зондом диапазон сигнала уменьшается, как на изображениях с 1 по 3. Уменьшение амплитуды сигнала, отображаемого на осциллографе, говорит нам о том, что напряженность электрического поля уменьшается с расстоянием.

Экранирование электромагнитного поля

Подсоединим экранированный измерительный кабель к входу осциллографа, как показано на рисунке 4. Диапазон регистрируемого осциллографом сигнала уменьшится почти до нуля. Экран кабеля действует как клетка Фарадея, предотвращая добавление электромагнитных сигналов, генерируемых плазменным шаром, к сердечнику коаксиального кабеля.

Эту статью написал Сергей Акишкин

У вас есть трудности с переводом единицы измерения на другой язык? Помощь доступна! Разместите свой вопрос в TCTerms и через несколько минут вы получите ответ от опытных технических переводчиков.