1.1.4 Электрическое поле

Пространство, в котором обнаруживается действие сил на электрический заряд, называется электрическим полем.

Вокруг заряда в любой среде возникает электрическое поле. Если в это поле поместить элементарный положительный заряд, то под действием поля он будет перемещаться в определенном на­правлении.

Линия, по которой перемещается элементарный положитель­ный заряд под действием сил электрического поля, называется силовой. Силовые линии электрического поля направлены от по­ложительного заряда к отрицательному.

Установлено, что разноименные (разных знаков) заряды при­тягиваются, одноименные отталкиваются.

Сила F, с которой взаимодействуют два точечных заряда, прямо пропорциональна величинам зарядов q₁ q₂, обратно про­порциональна квадрату расстояния r между ними и направлена вдоль линии, соединяющей эти заряды. Это — закон Кулона

где k - коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора единиц измерения величин, входящих в формулу.

Электрическое поле характеризуется потенциалом и напряжённостью.

Потенциал электрического поля φ в данной точке численно ра­вен работе А, совершаемой при перемещении единицы положитель­ного заряда из бесконечности в данную точку:

При перемещении положительного заряда из одной точки поля (например, Б) в другую (например, В) совершается определенная работа, равная разности работ, совершаемых при перемещен» заряда из бесконечности соответственно в точки Б и В поля, т. е.

Но величина отношения работы, совершаемой на участке от бесконечности до данной точки поля к величине заряда q равна потенциалу поля в этой точке. Следовательно, для заряда q

Разность потенциалов двух точек поля называется напряже­нием поля между этими точками и обозначается буквой U. Для рассмотренного случая U=φ_А-φ_Б. Потенциал и напряжение из-меряются в вольтах (В).

1 вольт – это такое напряжение между двумя точками поля, при котором при переносе 1 кулона электричества из одной точки поля в другую совершается работа, равная 1 джоулю. Приме­няются также единицы напряжения.

Поверхность, у которой потенциалы во всех ее точках оди­наковы, называется эквипотенциальной.

Важной величиной, характеризующей электрическое поле, является напряженность.

Напряженность электрического поля Е — это величина, численно равная силе F, действующей на единичный положительный заряд в данной точке поля;

Напряженность электрического поля измеряется в вольтах на метр (В/м), милливольтах на метр (мВ/м) и микровольтах на метр (мкВ/м). В частности, на входе радиолокационных прием­ных устройств создается напряженность принимаемых сигналов, измеряемая единицами микровольт на метр.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. 1 Из каких частиц состоит атом?

2. Какова природа электрического тока?

3. Что такое потенциал и напряженность электрического поля?

4. Что называется напряжением, в каких единицах оно измеряется?

1.2 Постоянный электрический ток

Распространение электрического тока по металлическому про­воднику происходит со скоростью света — 300 000 км/с. Скорость же движения отдельных электронов значительно меньше и изме­ряется сантиметрами в секунду. Это объясняется тем, что под действием разности потенциалов все свободные электроны, на­ходящиеся в проводнике, начинают двигаться почти одновре­менно. Если один электрон начинает свое движение в данный мо­мент, то электрон, расположенный от первого даже на расстоянии 300 000 км, начинает свое движение всего лишь на одну секунду позднее. В проводнике длиной даже в несколько километров элек­трический ток практически возникает одновременно на всём его протяжении.

Величина тока характеризуется количеством электричества, проходящим через поперечное сечение проводника за 1с.

За единицу тока принят ампер (А).

Ток в проводнике равен 1 А, если через его поперечное сечение за 1 с проходит количество электричества, равное одному кулону (Кл)

Для измерения токов небольшой величины пользуются более мелкими единицами — миллиамперами (мА) и микроамперами (мкА):

Величина тока измеряется амперметрами.

1.2.1 Сопротивлением проводимость

При упорядоченном движении свободных электронов по про­воднику они всегда встречают препятствие со стороны проводника, обусловленное столкновением электронов друг с другом, а также с атомами и молекулами тела. Противодействие проводника про­хождению электрического тока называется электрическим сопро­тивлением или просто сопротивлением R, r. Единицей измерения сопротивления является ом. Величина, обратная сопротивлению, называется проводимостью G:

Проводник обладает сопротивлением в 1 Ом, если при напря­жении на его концах в 1 В по нему течет ток, равный 1 А.

Величину больших сопротивлений измеряют в килоомах (кОм) и мегомах (МОм):

1 кОм= 1×10³ Ом;

1 МОм= 1×10⁶ Ом.

Проводники, изготовленные из разных материалов, обладают различным сопротивлением электрическому току. Сравнение про­водников производится по величине удельного сопротивления р. Удельным сопротивлением называется сопротивление проводника длиной 1 м, поперечным сечением 1 мм² мри температуре 20°С.

Лучшими проводниками являются серебро, медь, алюминий.

Сопротивление любого проводника определяется по формуле

где р— удельное сопротивление проводника, Ом-мм²/м;

l — длина проводника, м;

S— поперечное сечение проводника, мм².

Сопротивление проводника зависит от его температуры. У ме­таллов с возрастанием температуры сопротивление увеличивается, а у электролитов (проводников второго рода), угля и некоторых других веществ — уменьшается.

Изменение сопротивления проводника при изменении темпера­туры на 1°С называется температурным коэффициентом α.

Величина сопротивления при изменении его температуры от f₁ до f₂ определяется по формуле

где R1 — сопротивление проводника при температуре t°₁;

R2 — сопротивление проводника при температуре t°₂;

α — температурный коэффициент материала проводника.

Для обозначения сопротивления как предмета (детали наравне с конденсатором и катушкой индуктивности) введен термин «ре­зистор». В настоящее время термин «сопротивление», применяв­шийся ранее, означает не сам предмет, а его свойство препятство­вать прохождению тока.