Как можно обнаружить электрическое поле: несколько способов

Электрические и магнитные поля окружают нас повсеместно. Но как понять, присутствуют ли они здесь и сейчас? Давайте разберем несколько простых способов обнаружения электрического поля.

Использование электроскопа

Один из самых распространенных способов - применение электроскопа. Это прибор для обнаружения и измерения электрических зарядов. Он представляет собой стеклянный или пластиковый корпус, внутри которого на оси подвешены две тонкие металлические пластинки - лепестки.

Когда электроскоп находится в электрическом поле, происходит взаимодействие между полем и лепестками. Они расходятся в стороны. Чем сильнее поле - тем шире разворот лепестков. По углу разворота можно судить о величине напряженности поля в данной точке пространства.

Электрическое поле можно обнаружить с помощью любого заряженного тела, поскольку в электрическом поле и заряженное тело взаимодействуют друг с другом.

Перед использованием электроскоп "обнуляют" - соединяют лепестки с заземлением, чтобы снять имеющиеся заряды. Затем убирают заземление и подносят к корпусу наэлектризованное тело. Происходит электризация электроскопа и разведение лепестков.

Плюсы метода: простота, наглядность, возможность оценить величину поля. Минус - показания сильно зависят от влажности воздуха.

Взаимодействие с заряженными частицами

Любое электрическое поле оказывает силовое воздействие на находящиеся в нем заряженные частицы - электроны, ионы, протоны. Это взаимодействие можно использовать для обнаружения самого поля.

Например, если поместить источник электронов в исследуемую область, то под влиянием невидимого поля электроны будут отклоняться от первоначального направления движения. Фиксируя эти отклонения, можно судить о наличии, направлении и силе поля.

Такой подход используется в специальных приборах - электронных осциллографах. На экран выводится изображение траекторий частиц. Его искривление будет свидетельством обнаружения электрического поля в области движения пучка электронов.

К плюсам метода можно отнести высокую чувствительность и точность. Ограничением является сложность реализации, требующей специального дорогостоящего оборудования.

Обнаружение по электромагнитной индукции

Еще один распространенный подход основан на использовании явления электромагнитной индукции. Согласно закону Фарадея, изменение магнитного поля рядом с проводником порождает в нем электрический ток.

Поскольку переменное электрическое поле всегда сопровождается переменным магнитным, можно обнаружить первое по появлению индукционных токов в расположенных поблизости проводниках.

Эта идея реализована в металлоискателях, которые фиксируют магнитные возмущения от массивных металлических предметов под землей. Также ее можно применить и для поиска скрытой электропроводки в стенах.

Достоинства подхода – простота реализации с помощью катушки и гальванометра. Ограничение в том, что подходит только для переменных, а не постоянных полей.

Тепловое воздействие переменного электрического поля

Еще один эффект, который может посюдиться при наличии электрического поля - это тепловое воздействие на вещество. Любой проводник, помещенный в переменное электрическое поле, будет испытывать токи наведения и нагреваться.

Величина нагрева зависит от частоты и напряженности поля. Эту зависимость можно измерить с помощью термопар или термисторов и таким образом количественно оценить параметры невидимого поля в данной точке пространства.

Приборы для измерения температуры

Для замеров используются высокочувствительные датчики - термопары, терморезисторы, платиновые термометры сопротивления. Они способны уловить даже небольшое локальное повышение температуры.

Можно обнаружить электрическое поле с помощью тепловых эффектов

Достоинствами метода являются простота реализации и возможность получения количественной оценки величины поля. К минусам следует отнести то, что подходит только для переменных полей, да и то при достаточно высоких частотах и напряженностях.

Рентгеновское излучение при торможении электронов

Другой физический эффект, указывающий на присутствие сильного электрического поля - это возникновение рентгеновского излучения. Оно появляется при резком торможении (замедлении) электронов в веществе мишени.

Ярким примером служит рентгеновская трубка, где электроны разгоняются сильным электрическим полем катод-анод до скоростей, близких к световым. При ударе об антикатод они резко теряют кинетическую энергию, которая уходит в форме жестких рентгеновских лучей.

Обнаружить поле по рентгеновскому свечению

Таким образом, фиксация потока рентгеновского излучения из какого-либо объекта может однозначно свидетельствовать о наличии в нем мощных ускоряющих электрических полей. Однако здесь нужно различать естественный радиационный фон и искусственный источник.

Каким образом можно обнаружить наличие электрического поля

Итак, мы рассмотрели несколько физических методов, позволяющих "обнаружить" электрическое поле в окружающем пространстве:

• с помощью электроскопа или электрометра;
• по взаимодействию поля с заряженными частицами;
• по электромагнитной индукции;
• по тепловому воздействию;
• по возникновению рентгеновского излучения.

Каждый из подходов имеет свои достоинства и ограничения. Выбор конкретного метода зависит от условий задачи и требуемых характеристик: чувствительности, точности, простоты реализации.

Не стоит забывать, что электрическое и магнитное поля тесно взаимосвязаны. Любое изменение первого влечет за собой возникновение второго.

Поэтому часто "одновременно" фиксируя эффекты от двух полей, мы получаем более полную картину электромагнитной обстановки в данной точке пространства.