Ono što se naziva linijama električnog polja. Električni vodovi


· Električni vodovi električno polje imati početak i kraj. Počinju na pozitivnim nabojima, a završavaju na negativnima.

· Silnice električnog polja uvijek su okomite na površinu vodiča.

· Raspodjela linija električnog polja određuje prirodu polja. Polje može biti radijalno(ako linije sile izlaze iz jedne točke ili se skupljaju u jednoj točki), homogena(ako su linije polja paralelne) i heterogena(ako linije polja nisu paralelne).


20) Podsjećam da su to energetske karakteristike električnog polja.

Potencijal električnog polja u bilo kojoj točki definiran je kao

.

a jednaka je potencijalnoj energiji jedinični naboj, unesena na određenom mjestu u polju.

Ako se naboj pomakne u polju od točke 1 do točke 2, tada između tih točaka nastaje razlika potencijala.

.

Značenje razlike potencijala: ovo je rad električnog polja da premjesti naboj s jedne točke na drugu.

Potencijal polja također se može interpretirati kroz rad. Ako je točka 2 u beskonačnosti, gdje nema polja (), tada - ovo je rad polja za premještanje naboja iz dane točke u beskonačnost. Potencijal polja stvoren jednim nabojem izračunava se kao .

Površine u kojima su potencijali polja jednaki nazivaju se ekvipotencijalne površine. U polju dipola potencijalne površine su raspoređene na sljedeći način:

Potencijal polja formiran od nekoliko naboja izračunava se pomoću principa superpozicije: .

a) Izračun potencijala u točki A koja se ne nalazi na osi dipola:

Nađimo iz trokuta ( ). Očito,. Zato I .

.

b) Između točaka A i B, jednako udaljenih od dipola na udaljenosti

() razlika potencijala je definirana kao (prihvaćamo bez dokaza, koji ćete pronaći u Remizovljevom udžbeniku)

.

c) Može se pokazati da ako se dipol nalazi u središtu jednakostraničnog trokuta, tada se razlika potencijala između vrhova trokuta odnosi kao projekcija vektora na stranice tog trokuta ( ).


21) - izračunava se rad električnog polja duž vodova.

1. Raditi u električno polje ne ovisi o obliku staze.

2. Ne vrši se rad okomito na silnice.

3. U zatvorenoj petlji ne dolazi do rada u električnom polju.

Energetske karakteristike električnog polja (potencijal).

1) Fizičko značenje:

Ako je Cl, tada (numerički), pod uvjetom da naboj postavljeni u određenoj točki električnog polja.

Jedinica mjere:

2) Fizičko značenje:

Ako je jedinični pozitivni točkasti naboj smješten u danu točku, tada (brojčano), pri kretanju od dane točke do beskonačnosti.

Δφ je razlika između plesnih vrijednosti dviju točaka električnog polja.

U – napon – “y” je razlika napona dviju točaka električnog polja.

[U]=V (volt)

Fizičko značenje:

Ako je , onda (brojčano) kada se kreće od jedne točke polja do druge.

Odnos između stresa i napetosti:


22) U elektrostatičkom polju sve točke vodiča imaju isti potencijal, koji je proporcionalan naboju vodiča, tj. omjer naboja q i potencijala φ ne ovisi o naboju q. (Elektrostatičko je polje koje okružuje stacionarne naboje). Stoga se pokazalo da je moguće uvesti koncept električnog kapaciteta C usamljenog vodiča:

Električni kapacitet je veličina brojčano jednaka naboju koji se mora pripisati vodiču da bi se njegov potencijal promijenio za jedan.

Određuje se kapacitet geometrijske dimenzije provodnik, njegov oblik i svojstva okoliš a ne ovisi o materijalu vodiča.

Mjerne jedinice za količine uključene u definiciju kapaciteta:

Kapacitet - oznaka C, mjerna jedinica - Farad (F, F);

Električni naboj - oznaka q, mjerna jedinica - kulon (C, C);

φ - potencijal polja - volti (V, V).

Moguće je stvoriti sustav vodiča koji će imati kapacitet puno veći od pojedinačnog vodiča, neovisno o okolnim tijelima. Takav sustav nazivamo kondenzator. Najjednostavniji kondenzator sastoji se od dvije vodljive ploče koje se nalaze na maloj udaljenosti jedna od druge (slika 1.9). Električno polje kondenzatora koncentrirano je između ploča kondenzatora, odnosno unutar njega. Kapacitet kondenzatora:

C = q / (φ1 - φ2) = q / U

(φ1 - φ2) - potencijalna razlika između ploča kondenzatora, tj. napon.

Kapacitet kondenzatora ovisi o njegovoj veličini, obliku i dielektričnoj konstanti ε dielektrika koji se nalazi između ploča.

C = ε∙εo∙S / d, gdje je

S - područje obloge;

d - udaljenost između ploča;

ε je dielektrična konstanta dielektrika između ploča;

εo - električna konstanta 8,85∙10-12F/m.

Ako je potrebno povećati kapacitet, kondenzatori se međusobno spajaju paralelno.


sl.1.10. Paralelni spoj kondenzatora.

Cukupno = C1 + C2 + C3

Na paralelna veza svi kondenzatori su pod istim naponom, a njihov ukupni naboj je Q. U ovom slučaju svaki kondenzator će dobiti naboj Q1, Q2, Q3, ...

Q = Q1 + Q2 + Q3

Q1 = C1∙U; Q2 = C2∙U; Q3 = C3∙U. Zamijenimo u gornju jednadžbu:

C∙U = C1∙U + C2∙U + C3∙U, odakle C = C1 + C2 + C3 (i tako dalje za bilo koji broj kondenzatora).

Za serijsku vezu:

sl.1.11. Serijska veza kondenzatori.

1/Ctot = 1/C1 + 1/C2 + ∙∙∙∙∙ + 1/ Cn

Izvođenje formule:

Napon na pojedinim kondenzatorima U1, U2, U3,..., Un. Ukupni napon svih kondenzatora:

U = U1 + U2 + ∙∙∙∙∙ + Un,

uzimajući u obzir da je U1 = Q/ C1; U2 = Q/ C2; Un = Q/ Cn, zamjenjujući i dijeleći s Q, dobivamo odnos za izračunavanje kapacitivnosti kruga sa serijskim spojem kondenzatora

Jedinice kapaciteta:

F - farad. Ovo je vrlo velika vrijednost, stoga koristite manje vrijednosti:

1 µF = 1 µF = 10-6F (mikrofarad);

1 nF = 1 nF = 10-9 F (nanofarad);

1 pF = 1 pF = 10-12 F (pikofarad).

23) Ako se vodič stavi u električno polje tada će sila q djelovati na slobodne naboje q u vodiču. Zbog toga dolazi do kratkotrajnog kretanja slobodnih naboja u vodiču. Ovaj proces će završiti kada vlastito električno polje naboja koji nastaju na površini vodiča potpuno kompenzira vanjsko polje. Rezultirajuće elektrostatsko polje unutar vodiča bit će nula (vidi § 43). Međutim, u vodičima pod određenim uvjetima može doći do kontinuiranog uređenog gibanja slobodnih nositelja električnog naboja. Ovo kretanje naziva se električna struja. Za smjer električne struje uzima se smjer kretanja pozitivnih slobodnih naboja. Za postojanje električne struje u vodiču moraju biti ispunjena dva uvjeta:

1) prisutnost slobodnih naboja u vodiču - nositeljima struje;

2) prisutnost električnog polja u vodiču.

Kvantitativna mjera električne struje je jakost struje ja– skalarna fizikalna veličina jednaka omjeru naboja Δq prenesenog kroz presjek vodiča (sl. 11.1) tijekom vremenskog intervala Δt prema ovom vremenskom intervalu:

Uređeno kretanje slobodnih nositelja struje u vodiču karakterizira brzina uređenog gibanja nositelja. Ova brzina se zove brzina zanošenja nosioci struje. Neka cilindrični vodič (sl. 11.1) ima presjek s površinom S. U volumenu vodiča ograničenom presjecima 1 i 2 s razmakom ∆ x između njih sadrži broj nositelja struje ∆ N= nS∆x, Gdje n– koncentracija nositelja struje. Njihov ukupni naboj ∆q = q 0 ∆ N= q 0 nS∆x. Ako se pod utjecajem električnog polja nositelji struje gibaju slijeva nadesno driftnom brzinom v dr, tada u vremenu ∆ t=∆x/v dr svi nosači sadržani u ovom volumenu proći će kroz presjek 2 i stvoriti struja. Trenutna snaga je:

. (11.2)

Gustoća struje je količina električne struje koja teče kroz jedinicu površine poprečnog presjeka vodiča:

. (11.3)

U metalnom vodiču nositelji struje su slobodni elektroni metala. Nađimo brzinu drifta slobodnih elektrona. Sa strujom I = 1A, površina poprečnog presjeka vodiča S= 1mm 2, koncentracija slobodnih elektrona (npr. u bakru) n= 8,5·10 28 m --3 i q 0 = e = 1,6·10 –19 C dobivamo:

v dr = .

Vidimo da je brzina usmjerenog gibanja elektrona vrlo mala, puno manja od brzine kaotičnog toplinskog gibanja slobodnih elektrona.

Ako se jakost struje i njezin smjer ne mijenjaju tijekom vremena, tada se takva struja naziva konstantnom.

U Međunarodnom sustavu jedinica (SI) struja se mjeri u ampera (A). Jedinica struje od 1 A određena je magnetskom interakcijom dvaju paralelnih vodiča sa strujom.

Istosmjerna električna struja može se stvoriti u zatvorenom strujnom krugu u kojem slobodni nositelji naboja kruže zatvorenim putanjama. Ali kada se električni naboj kreće u elektrostatičkom polju duž zatvorene putanje, rad električne sile jednaka nuli. Dakle, za postojanje istosmjerna struja mora imati unutra strujni krug uređaj sposoban stvarati i održavati razlike potencijala u dijelovima strujnog kruga zbog rada sila neelektrostatskog podrijetla. Takvi uređaji nazivaju se izvori istosmjerne struje. Sile neelektrostatskog podrijetla koje djeluju na slobodne nositelje naboja iz izvora struje nazivamo vanjskim silama.

Priroda vanjskih sila može varirati. U galvanskim člancima ili baterijama nastaju kao rezultat elektrokemijskih procesa; u generatorima istosmjerne struje vanjske sile nastaju kada se vodiči kreću u magnetskom polju. Pod utjecajem vanjskih sila, električni se naboji kreću unutar izvora struje protiv sila elektrostatičko polje, zbog čega se u zatvorenom krugu može održavati stalna električna struja.

Prilikom kretanja električni naboji U krugu istosmjerne struje vanjske sile koje djeluju unutar izvora struje vrše rad.

Fizička veličina jednaka omjeru rada A sv vanjske sile kada se naboj q giba od negativnog pola izvora struje do pozitivnog pola do vrijednosti tog naboja naziva se elektromotorna sila izvor (EMF):

ε . (11.2)

Dakle, EMF je određen radom vanjskih sila pri pomicanju jednog pozitivnog naboja. Elektromotorna sila, kao i potencijalna razlika, mjeri se u voltima (V).

Kada se jedan pozitivni naboj giba po zatvorenom krugu istosmjerne struje, rad vanjskih sila jednak je zbroju emf-a koji djeluje u tom krugu, a rad elektrostatskog polja jednak je nuli.



Power lines električni vodovi

električna i magnetska polja, linije, tangente na koje se u svakoj točki polja podudaraju sa smjerom električnog intenziteta, odnosno magnetsko polje; kvalitativno okarakterizirati raspodjelu elektromagnetskog polja u prostoru. Linije sile su samo vizualni način prikazivanja polja sila.

ELEKTRIČNI VODOVI

LINIJE SNAGE, linije nacrtane u bilo kojem polje sile (cm. POLJE SILE)(električni, magnetski, gravitacijski), čije se tangente u svakoj točki polja podudaraju u smjeru s vektorom koji karakterizira ovo polje (vektor jakosti (cm. JAKOST ELEKTRIČNOG POLJA) električna ili gravitacijska polja, vektor magnetske indukcije (cm. MAGNETSKA INDUKCIJA)). Linije sile su samo vizualni način prikazivanja polja sila. Po prvi put, koncept "linija sile" za električna i magnetska polja uveo je M. Faraday (cm. FARADAY Michael).
Budući da su jakosti polja i magnetska indukcija jednoznačne funkcije točke, kroz svaku točku u prostoru može proći samo jedna linija polja. Gustoća linija polja obično se odabire tako da je broj linija polja koje sijeku jedinicu površine okomito na linije polja proporcionalan jakosti polja (ili magnetskoj indukciji) na tom području. Dakle, linije polja daju vizualnu sliku raspodjele polja u prostoru, karakterizirajući veličinu i smjer jakosti polja.
Linije elektrostatičkog polja (cm. ELEKTROSTATIČKO POLJE) su uvijek otvoreni: počinju na pozitivnim nabojima, a završavaju na negativnim nabojima (ili idu u beskonačnost). Linije polja se nigdje ne sijeku, jer u svakoj točki polja njegov intenzitet ima jednu vrijednost i određeni smjer. Gustoća linija polja veća je u blizini nabijenih tijela, gdje je i jakost polja veća.
Linije električnog polja u prostoru između dva pozitivna naboja se razilaze; možete odrediti neutralnu točku u kojoj se polja odbojnih sila obaju naboja međusobno poništavaju.
Linije polja pojedinačnog naboja radijalne su ravne linije koje odlaze od naboja u zrakama, poput linija sile gravitacijskog polja točkaste mase ili lopte. Što je dalje od naboja, to su linije manje gustoće - to ilustrira slabljenje polja s povećanjem udaljenosti.
Linije sile koje izlaze iz nabijenog vodiča nepravilnog oblika, zadebljaju u blizini bilo koje izbočine ili vrha; u blizini konkaviteta ili šupljina, gustoća linija polja se smanjuje.
Ako linije polja dolaze od pozitivno nabijenog vrha koji se nalazi u blizini negativno nabijenog ravnog vodiča, tada se kondenziraju oko vrha, gdje je polje vrlo jako, i divergiraju u velika površina u blizini ravnine na kojoj završavaju, ulazeći u ravninu okomito.
Električno polje u prostoru između paralelno nabijenih ploča je jednoliko. Linije napetosti u jednoličnom električnom polju međusobno su paralelne.
Ako čestica, na primjer elektron, uđe u polje sile, tada je pod utjecajem polje sile dobiva akceleraciju, a smjer njezina gibanja ne može točno slijediti smjer linija sile, gibat će se u smjeru vektora količine gibanja.
Magnetsko polje (cm. MAGNETSKO POLJE) karakteriziraju linije magnetske indukcije, u čijoj je točki vektor magnetske indukcije usmjeren tangencijalno.
Linije magnetske indukcije magnetskog polja ravnog vodiča s strujom su kružnice koje leže u ravninama okomitim na vodič. Središta kružnice su na osi vodiča. Linije polja vektora magnetske indukcije uvijek su zatvorene, tj. magnetsko polje je vrtložno. Željezne strugotine postavljene u magnetsko polje poravnate su duž linija sile; Zahvaljujući tome, moguće je eksperimentalno odrediti vrstu linija polja magnetske indukcije. Vrtložno električno polje koje stvara promjenjivo magnetsko polje također ima zatvorene linije sile.


enciklopedijski rječnik. 2009 .

Pogledajte što su "poljske linije" u drugim rječnicima:

    Linije mentalno nacrtane u k.l. polje sila (električno.. magnetsko, gravitacijsko) tako da se u svakoj točki polja smjer tangente na pravac poklapa sa smjerom jakosti polja (magnetska indukcija kod magnetskog polja). Kroz…… Veliki enciklopedijski politehnički rječnik

    Električno i magnetsko polje su linije, čije se tangente u svakoj točki polja podudaraju sa smjerom intenziteta električnog ili odgovarajućeg magnetskog polja; kvalitativno okarakterizirati distribuciju elektromagnetskog polja u... ... Veliki enciklopedijski rječnik

    LINIJE POLJA, linije u ELEKTRIČNOM ili MAGNETSKOM POLJU, čiji je smjer u bilo kojoj točki usmjeren u polje... Znanstveni i tehnički enciklopedijski rječnik

    Zamišljene linije koje se crtaju da bi se prikazao k.l. polje sila (električno, magnetsko, gravitacijsko). S. l. nalaze se na takav način da se tangente na njih u svakoj desnoj točki podudaraju u smjeru s vektorom koji karakterizira dano polje... ... Fizička enciklopedija

    električni vodovi- - [L.G. Sumenko. Englesko-ruski rječnik o informacijskoj tehnologiji. M.: Državno poduzeće TsNIIS, 2003.] Teme informacijska tehnologija općenito EN linije sile ...

    Električni i mag. polja, linije tangente na Krim u svakoj točki polja podudaraju se sa smjerom električne napetosti. odnosno odn. mag. polja; kvalitativno okarakterizirati distribuciju električne energije. mag. polja u prostoru. S. l. samo vizualno..... Prirodna znanost. enciklopedijski rječnik

    Linije povučene u bilo kojem polju sila (električnom, magnetskom, gravitacijskom), čije se tangente u svakoj točki prostora podudaraju u smjeru s vektorom koji karakterizira ovo polje (električno ili... Velika sovjetska enciklopedija

    Linije polja su integralne krivulje za vektorsko polje (sile). Silnice električnog polja okomite su na ekvipotencijalne površine, a time i na linije jednakog potencijala. Njihov smjer je od "+" do "". Metoda polja polja u... ... Wikipediji

    linije magnetskog polja- - [Ya.N.Luginsky, M.S.Fezi Zhilinskaya, Yu.S.Kabirov. Englesko-ruski rječnik elektrotehnike i elektroenergetike, Moskva, 1999] Teme elektrotehnike, osnovni pojmovi EN magnetski tok ... Vodič za tehničke prevoditelje

Često se, zbog određenih okolnosti, ispostavlja da je prikladno postaviti električna polja u prostoru ne analitički koristeći formule, već grafički, crtajući karte električnog polja. Prikladno je izvršiti takav grafički prikaz polja pomoću linija električnog polja ili, kako se inače nazivaju, linija jakosti električnog polja.

Nazovimo linijom električnog polja liniju koja počinje kod pozitivnih naboja i završava kod negativnih naboja. Ove linije prolaze tako da se tangenta povučena na tu liniju u svakoj njezinoj točki podudara s vektorom jakosti električnog polja. Silnice električnog polja se nigdje ne sijeku (samo na nabojima) i nalaze se okomito na nabijene površine. Obično se provode tako da se gustoća linija može koristiti za procjenu veličine jakosti polja. Pogledajmo nekoliko primjera crtanja dalekovoda. Na sl. Povučene su 2 pozitivne silnice polja točkasti naboj, a na sl. 3 – silnice polja dipola.

Riža. 2
Riža. 3

Vektorski tok jakosti električnog polja

Gaussov teorem

Načelo superpozicije električnih polja omogućuje nam izračunavanje električnog polja bilo kojeg sustava naboja. Ali postoji još jedan način za izračunavanje jakosti električnog polja. Pogodno ga je koristiti kad god su naboji koji stvaraju polje raspoređeni simetrično u prostoru. Štoviše, vrsta simetrije može biti bilo koja. Uvedimo neke pomoćne fizička količina, što se naziva tok vektora jakosti električnog polja kroz površinu. Označimo taj tok slovom N. Najlakši način je uvesti vektorski tok E za slučaj jednolikog električnog polja. Neka je neka ravna površina S u jednoličnom električnom polju. Nazovimo

vektorski tok E kroz platformu (slika 4)

veličina ,

Ovdje a– kut između normale n našima



mjesto i vektor E. Od projekcije

vektor E normalnom smjeru može se

napisano kao posljednja jednakost može se prepisati kao

Općenito, protok dN kroz platformu dSće se snimati i protjecati S nalazi se kao

(6) Integracija u formuli (6) provodi se po cijeloj površini koja nas zanima S. Upravo ovo opća definicija teći E kroz površinu S. Ovo ćemo koristiti u budućnosti.

Pokušajmo sada izračunati vektorski tok E kroz sfernu površinu polumjera r, u čijem središtu se nalazi točkasti naboj q(slika 5). Vektor protoka E kroz kuglastu površinu S može se zapisati

posljednja jednakost je izraz za

jakost polja točkastog naboja i uzeti u obzir da su silnice točkastog naboja okomite na sfernu površinu, tj. usmjeren duž normale na njega i zbog toga je jednak modulu E.

U integrandu svi faktori osim dS ostaju konstantni na površini kugle i mogu se izbaciti iz predznaka integrala. Integral po sfernoj površini njegovog elementa jednak je površini ove površine. Kao rezultat toga, možemo pisati

Kakvom god zatvorenom površinom okružili ovaj naboj, protok kroz njega bi bio isti. Ako drugi naboji uđu unutar ove površine, protok E bio bi proporcionalan algebarskom zbroju ovih naboja. Sve navedeno može se formulirati u obliku teorema, koji se obično naziva Gaussov teorem.

Protok vektora jakosti električnog polja kroz zatvorenu površinu proporcionalan je algebarskom zbroju naboja koji okružuju tu površinu.

(7) Kao što je već spomenuto, ovaj se teorem pokazao vrlo prikladnim za izračunavanje jakosti polja koje stvaraju naboji raspoređeni u prostoru s jednom ili drugom simetrijom. Ovaj teorem odražava jedno od vrlo važnih svojstava električnih polja i morat ćemo ga više puta spominjati u budućnosti. Zaključno treba reći da ovaj teorem nismo striktno dokazali. Dokaz zahtijeva glomazne matematičke proračune. Samo smo razmatrali poseban primjer te na temelju toga rezultat generalizirao na opću situaciju. Međutim, to ni na koji način ne umanjuje važnost dobivenog rezultata.