1.4 Электрическая прочность

Наибольшая напряженность поля, допускаемая в электротехнических установках, определяется электрической прочностью изоляции. Как только напряженность достигает определенной величины, произойдет пробой изоляции - материал, из которого выполнена изоляция, начнет проводить большой ток. Протекание же большого тока приводит к полному разрушению изоляции. Электрический пробой воздуха происходит при напряженности поля 30 кВ/см.

1.5. Атмосферное электричество

Даже в обычных условиях в воздухе над поверхностью Земли существует небольшое электрическое поле, резко увеличивающееся во время грозы. Грозовые разряды - молнии - вызваны электрическим полем грозовых туч. В них под воздействием потоков воздуха (ветра) происходит разделение положительно и отрицательно заряженных капелек воды и скопление зарядов разного знака в разных областях тучи.

1.6. Электрическое поле в проводящей среде

Электрическое поле может существовать не только в изолированной, но и в проводящей среде. Но в проводниках заряды могут перемещаться под действием приложенных к ним сил. Значит, существование поля в проводниках обязательно связано с движением зарядов или, другими словами, с протеканием электрического тока.

Плотность тока в одной и той же проводящей среде тем больше, чем больше напряженность поля. При одной и той же напряженности поля в разных средах установятся и различные плотности тока - тем больше, чем больше проводимость среды.

1.7. Электрическая емкость. Плоский конденсатор

Потенциал металлического уединенного тела с увеличением сообщенному ему заряда возрастает. При этом заряд Q и потенциал φ связаны между собой соотношением:

Q = Сφ: (1.7)

Откуда

С = Q/φ: (1.8)

Здесь С – коэффициент пропорциональности, или электрическая емкость тела.

Таким образом, электрическая емкость С тела определяет заряд, который нужно сообщить телу, чтобы вызвать повышение потенциала на 1В.

Единицей емкости, как следует из формулы (1.8), является кулон на вольт, или фарад:

[C] = 1Кл/1В = 1Ф;

На практике пользуются более мелкими единицами – микрофарадом (1мкФ=10^–6Ф) или пикофарадом (1 пФ = 10^-12Ф).

В технике для получения емкостей используют конденсаторы – устройства состоящие из проводников, разделенных диэлектриком, и предназначенные для использования их емкости. Условное изображение конденсатора показано на рис.1.9, а.

Плоский конденсатор состоит из двух параллельных пластин, расстояние между которыми d мало по сравнению с их размерами (рис.1.9, б).

При подключении к источнику постоянного напряжения происходит зарядка конденсатора. Свободные электроны пластины соединенной с положительным полюсом источника, переходят через источник на пластину, соединенную с его отрицательным полюсом. Этот процесс закончится, когда разность потенциалов между пластинами окажется равной напряжению между зажимами источника. В результате одна пластина конденсатора получает заряд +Q, а другая –Q. При этом заряд Q и напряжение U между пластинами связаны соотношением:

Рис.1.9 Плоский конденсатор. а) условное изображение;

б) конструкция.

Q=СU откуда С=Q/U; (1.9)

Здесь С – электрическая емкость конденсатора.

Таким образом, электрическая емкость С конденсатора определяет заряд, который нужно сообщить пластине, чтобы она вызвала повышение напряжения между пластинами на 1В.

Для нахождения заряда Q при заданном напряжении необходимо знать емкость конденсатора. В случае плоского конденсатора

C = ε_rε₀S/d; (1.10)

где ε_r – относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика, разделяющего пластины конденсатора;

ε₀ – электрическая постоянная;

S,d – площадь одной пластины (м²) и расстояние между пластинами (м).

Промышленность выпускает конденсаторы различной емкости – от 1 пФ до нескольких тысяч микрофарад на различные номинальные напряжения (от единицы вольт до сотен киловольт), различного назначения и конструкции. По типу диэлектрика конденсаторы делятся на бумажные, слюдяные, керамические и др.

Конденсаторы очень широко применяются в электротехнике и радиотехнике.