Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
39,40 Лекции 28.05 и 4.06 Виды тока и Частные случаи ЭМП.ppt
Скачиваний:
9
Добавлен:
05.03.2021
Размер:
2.14 Mб
Скачать

1

Виды электрического тока Частные случаи электромагнитных полей

Экранирование

ОмГУПС, 2011 г. Кафедра теоретической электротехники. ТОЭ-3. Лекция №12. Тэттэр А.Ю., Ковалева Т.В., Пономарев

2

Электрический ток в общем случае может быть

током проводимости в проводнике;

током электрического смещения;

током переноса:

J Jпр Jсм Jпер.

iпр

Источник

~

iпер

Электровакуумный

напряжения

диод

 

 

iсм

 

Конденсатор

ОмГУПС, 2011 г. Кафедра теоретической электротехники. ТОЭ-3. Лекция №12. Тэттэр А.Ю., Ковалева Т.В., Пономарев

3

Токи проводимости существуют в металлах и

несовершенных диэлектриках.

Они обусловлены движением электронов, перемещающихся под воздействием электрического поля.

Несовершенные диэлектрики содержат примеси, обладающие электрической проводимостью.

Удельная проводимость металлов во много раз больше, чем у несовершенных диэлектриков.

ОмГУПС, 2011 г. Кафедра теоретической электротехники. ТОЭ-3. Лекция №12. Тэттэр А.Ю., Ковалева Т.В., Пономарев

4

Токи электрического смещения возникают под действием переменных электрических полей.

Рассмотрим плоский конденсатор, к которому подключены источники постоянного и переменного напряжения, создающие соответствующие электрические поля.

ОмГУПС, 2011 г. Кафедра теоретической электротехники. ТОЭ-3. Лекция №12. Тэттэр А.Ю., Ковалева Т.В., Пономарев

+

 

S

+

+

+Q +

+

+

+

+

+

+

E=const

5

 

В процессе поляризации

 

через поверхность S

 

 

переносится заряд Q=DS.

–Q

 

 

После окончания зарядки

 

конденсатора постоянный

 

 

ток через конденсатор не протекает:

iсм dQdt 0.

ОмГУПС, 2011 г. Кафедра теоретической электротехники. ТОЭ-3. Лекция №12. Тэттэр А.Ю., Ковалева Т.В., Пономарев

S

При переменной ЭДС под действием 6

 

переменного электрического поля

 

изменяется степень поляризации

 

диэлектрика между обкладками.

Количество зарядов, переносимое через поверхность S, непрерывно меняется, возникает

e

электрический ток:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

iсм dQ

dDS

S dD

 

 

 

 

 

 

;

 

 

см dD

.

J

dt

dt

dt

 

 

 

dt

ОмГУПС, 2011 г. Кафедра теоретической электротехники. ТОЭ-3. Лекция №12. Тэттэр А.Ю., Ковалева Т.В., Пономарев

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

Вектор электрического смещения D в

 

диэлектрике имеет две составляющие:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

E

P

 

 

 

 

 

 

N1 p поляризованность

вещества

 

где

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(вектор поляризации).

 

 

 

d

 

 

 

 

Как уже отмечалось, в процессе

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

поляризации образуются диполи,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

+

 

 

имеющие электрический момент

 

–q

 

 

+q

 

 

p = qd.

 

Направление p – в сторону смещения положительного заряда.

N1 – число диполей в единице объема вещества.

ОмГУПС, 2011 г. Кафедра теоретической электротехники. ТОЭ-3. Лекция №12. Тэттэр А.Ю., Ковалева Т.В., Пономарев

N1 lim dN , где dN – число диполей в объеме dV.8

dV 0 dV

Таким образом, P – суммарный электрический момент единицы объема вещества.

При изменении электрического поля изменяются обе составляющие – E и P :

Jсм 0 dEdt dPdt .

Следовательно ток смещения состоит из тока

смещения в вакууме 0 dE и тока смещения, dt dP .

обусловленного поляризацией вещества dt

ОмГУПС, 2011 г. Кафедра теоретической электротехники. ТОЭ-3. Лекция №12. Тэттэр А.Ю., Ковалева Т.В., Пономарев

9

Токи переноса создаются движущимися в пространстве заряженными частицами или телами.

Примером могут служить:

движение частиц пыли, капли дождя (в атмосфере);

движение элементарных частиц, обладающих зарядом, в пустоте;

электрический ток в газах.

ОмГУПС, 2011 г. Кафедра теоретической электротехники. ТОЭ-3. Лекция №12. Тэттэр А.Ю., Ковалева Т.В., Пономарев

10

Электростатическое поле заряженного шара

Металлический шар радиуса R имеет заряд +q и расположен в воздухе (ε = ε0).

Определить зависимость напряженности электростатического поля E от расстояния от центра шара.

ОмГУПС, 2011 г. Кафедра теоретической электротехники. ТОЭ-3. Лекция №13. Тэттэр А.Ю., Ковалева Т.В., Пономарев

 

E

R

r A dS

+q

ε0

11

Окружим шар сферической поверхностью радиуса r.

В каждой точке этой поверхности dS и E совпадают по направлению, а Е везде одинакова.

На основании теоремы Гаусса:

EdS EdS cos0 E dS E4 r2 q .

0

ОмГУПС, 2011 г. Кафедра теоретической электротехники. ТОЭ-3. Лекция №13. Тэттэр А.Ю., Ковалева Т.В., Пономарев

 

 

 

 

12

 

q

1

Внутри проводящего

E 4 0 r2

шара E=0.

 

E

 

 

 

q

1

 

 

 

4 0 R2

 

 

 

 

0

 

R

r

ОмГУПС, 2011 г. Кафедра теоретической электротехники. ТОЭ-3. Лекция №13.

Тэттэр А.Ю., Ковалева Т.В., Пономарев

13

Электростатическое поле заряженного провода

Металлический провод радиуса R и длиной несет заряд +q и расположен в воздухе (ε=ε0).

Определить зависимость напряженности электростатического поля E от расстояния r от оси провода.

ОмГУПС, 2011 г. Кафедра теоретической электротехники. ТОЭ-3. Лекция №13. Тэттэр А.Ю., Ковалева Т.В., Пономарев

14

Окружим провод цилиндрической поверхностью радиуса r.

 

ε0

.

 

S2

 

 

R

+q

r

 

S3

 

 

 

S1

ОмГУПС, 2011 г. Кафедра теоретической электротехники. ТОЭ-3. Лекция №13. Тэттэр А.Ю., Ковалева Т.В., Пономарев

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В каждой точке поверхности S3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dS

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E

 

 

и

 

 

совпадают

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dS

 

по направлению, а Е везде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

одинакова.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dS перпендикулярны.

На основаниях цилиндра E и

EdS EdS cos90 EdS cos90 EdS cos0

S1

S2

S3

E dS E2 r

q

.

 

S3

 

0

ОмГУПС, 2011 г. Кафедра теоретической электротехники. ТОЭ-3. Лекция №13. Тэттэр А.Ю., Ковалева Т.В., Пономарев

 

 

 

 

q

1

16

 

 

E

 

 

 

 

 

2 0 r

 

Внутри проводника Е отсутствует.

 

 

E

 

 

 

 

 

q

1

 

 

 

 

 

2 0 R

 

 

 

 

 

 

0

R

 

 

r

ОмГУПС, 2011 г. Кафедра теоретической электротехники. ТОЭ-3. Лекция №13.

Тэттэр А.Ю., Ковалева Т.В., Пономарев

17

Электростатическое экранирование

Если в электростатическое поле Eвнеш внести полое проводящее тело, то на его поверхности наводятся электрические заряды, сумма которых равна нулю.

Eвнеш

+

Eвнеш

 

+

 

+

 

+

+

+Eвнутр

+

+

+

 

+

+

+

+

+

 

 

 

+

ОмГУПС, 2011 г. Кафедра теоретической электротехники. ТОЭ-3. Лекция №13. Тэттэр А.Ю., Ковалева Т.В., Пономарев

18

Поле наведенных зарядов Евнутр компенсирует поле внешних зарядов.

Таким образом, внутри проводящего тела электростатическое поле будет отсутствовать.

Этот эффект используется для

электростатического экранирования

защиты электрических приборов и измерительных систем от внешних полей.

ОмГУПС, 2011 г. Кафедра теоретической электротехники. ТОЭ-3. Лекция №13. Тэттэр А.Ю., Ковалева Т.В., Пономарев

19

С этой целью приборы помещают в замкнутые металлические оболочки, называемые экранами.

Их также можно выполнять из металлической сетки.

Для придания экрану нулевого потенциала его соединяют с землей.

Заземленный экран защищает также внешнее пространство от поля зарядов, находящихся внутри него.

ОмГУПС, 2011 г. Кафедра теоретической электротехники. ТОЭ-3. Лекция №13. Тэттэр А.Ю., Ковалева Т.В., Пономарев

Соседние файлы в предмете Электротехника и Электроника