Лекція 2 Основні закони та явища електротехніки в електроенергетиці Електричне поле, його силові та енергетичні характеристики

Заряджені тіла взаємодіють між собою: однойменно заряджені відштовхуються один від одного, різнойменно заряджені - притягуються. Ця взаємодія відбувається на відстані і передається не миттєво, а через скінченний проміжок часу, тобто існує скінченна швидкість передачі взаємодії.

Із спроб пояснити цю взаємодію на відстані виникла теорія близькодії, центральним поняттям якої є поняття силового поля.

Заряджене тіло є джерелом електричного поля. Це поле є однією із форм матерії і володіє енергією згідно Енштейна Е=mc², звідси: поле має певну масу.

Ел.поле одна із сторін електромагнітного поля.

Взаємодія заряджених тіл залежить від їх форми. Щоб усунути вплив форми тіла і встановити загальні закономірності сил, діючих на заряди в електричному полі, розглядають так звані точкові заряди, тобто такі заряджені тіла, розміри яких набагато менші відстані між ними. Сила взаємодії двох точкових зарядів визначається законом Кулона.

F = k q₁q₂/r₂

ξ₂ = q₁/ε4πr₁₂² F = q₂ ξ₂ (Конфігурація полів одиничного негативного заряду).

Електрична сила взаємодії двох зарядів залежить від відстані так само, як і сила тяжіння. Відрізняється вона від сили тяжіння тим, що може змінювати знак, в залежності від знаку заряду (сила взаємодії в 10³⁷ раз >сили тяжіння).

Дуже важливою характеристикою ел.поля, що визначає його дію на нерухомий заряд є напруженість. Якщо лінійні розміри заряду достатньо малі і не створюють досліджуване поле, то для різних по величині зарядів

F/q = соnst. Отже, це відношення не залежить від величини заряду, а визначається тільки полем в даній точці.

Е = F/q - напруж.ел.поля або просто поле (векторна величина)

Графічне ел.поле зображають лініями напруженості, що називаються також електричними силовими лініями.

F = q₂E₂

Лінії ел.статичного поля починаються на позитивному заряді і закінчуються на негативному, тобто вони не замкнуті. Незамкнуті силові лінії означають наявність джерел поля - зарядів.

Заряджене тіло, наприклад, провідник, ізольований від землі, володіє потенціалом відносно землі. В безконечності, під якою можна розуміти землю, потенціал приймається рівним нулю. Потенціал - величина скалярна; він є енергетичною характеристикою поля в визначає потенціалу енергію заряду q в даній точці поля.

Практичний інтерес являє собою різниця потенціалів або зміна потенціалу при переміщенні з однієї точки поля в іншу.

Для плоского конденсатора: U = Ed

Однією з найважливіших фізичних характеристик провідників є їх електрична ємність. Якщо до одиничного провідника підвести заряд q, то його потенціал зросте на величину u

q/u = C - ел.ємність

Ємність провідника характеризує його здатність накопичувати електричний заряд.

Одиниця вимірювання є фарад (зміна на 1В при зміні заряду на 1кл).

Ємність земної кулі (5 · 10⁵Ф). Ємність плоского конденсатора

С = Е_абс S/d