Первокурсникам об электричестве. Учебное пособие

Магнитный поток Ф – поток вектора магнитной индукции Вn че-

рез перпендикулярную ему поверхность S, представляющий собой сумму бесконечно малых произведений магнитной индукции на элементарные площадки dS, составляющие в сумме S:

Ф = ÚBndS .

S

Масса – двоякое свойство частицы или тела. С одной стороны, масса (гравитационная) – это свойство частицы или тела вступать в силовые гравитационные взаимодействия с другими частицами и телами, обладающими тем же свойством (закон всемирного тяготения) С другой стороны, масса (инерционная) – это свойство, определяющее сопротивление тела изменению его движения под действием приложен-

ной силы (второй закон Ньютона).

Материя – объективная (не зависящая от нашего сознания) реальность, данная нам в ощущениях (слабые сигналы от материи, не воспринимаемые органами чувств человека, можно усилить или преобразовать при помощи специальных устройств). Материальный мир для нас состоит из частиц и тел, обладающих массой и электрическим зарядом, а также из силовых полей, обеспечивающих взаимодействие между частицами и телами.

Молион – заряженная микроскопическая (≈ 10–3мм) частица твердого вещества (например, глины) в жидкой среде. Заряд молиона обусловлен избирательной адсорбцией поверхностью частицы из раствора ионов одного знака. В водной среде частицы глины обычно заряжаются отрицательно.

Напряженность электрического поля – характеристика электри-

ческого поля в любой его точке, равная силе, действующей на внесенное в поле заряженное тело с зарядом в 1 кулон. Единицы измерения напряженности электрического поля – это Н/Кл или (чаще всего применяемая) – В/м. Напряженность электрического поля в пустоте E свя-

зана с плотностью потока электрического смещения D при помощи электрической постоянной ε0 = 8,854187817·10–12 Ф/м:

D= ε0E.

41

Напряженность магнитного поля Н – векторная характеристика магнитного поля. Модуль Н пропорционален значению электрического тока, создающего магнитное поле, длине участка проводника l и обратно пропорционален квадрату расстояния от этого участка проводника до точки, в которой определяется напряженность магнитного поля (Закон Био–Савара–Лапласа):

H = 4I rl2 .

Напряженность магнитного поля измеряется в амперах, поделенных на метр (А/м). Направление вектора напряженности магнитного поля определяется по правилу буравчика.

Ньютон (Н) – единица измерения силы в системе единиц СИ. Сила в 1 Н равна, например, усилию, с которым можно поднять гирьку массой 98 г.

Падение напряжения – это разность потенциалов между двумя точками электротехнического изделия или тела, по которому проходит электрический ток. Падение напряжения измеряется в вольтах (В). Падение напряжения в 1 В – это работа по перемещению заряженных частиц с суммарным зарядом в 1 Кл.

Потенциал электрического поля в заданной точке φ – это потен-

циальная энергия заряда в 1 Кл, помещенного в эту точку. Потенциал измеряется в вольтах (В).

Потери электрической энергии – бесполезное преобразование электромагнитной энергии в тепло и другие виды энергии. Потери электрической энергии могут быть в проводниках (закон Джоуля– Ленца); в магнитопроводах трансформаторов (магнитные потери на перемагничивание и вихревые токи); в диэлектрических материалах (диэлектрические потери). Потери измеряются в джоулях (Дж) или

в ваттах, умноженных на секунду (Вт с), (кВт ч).

Первый закон Ньютона: «Всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние».

42

Переменный ток – электрический ток, меняющийся во времени по значению и направлению. В электроэнергетике используется переменный ток, меняющийся во времени по синусоиде. Переменным мо-

жет быть как ток проводимости, так и ток смещения.

Плотность материала – масса единицы объема материала. Плотность измеряется в килограммах, поделенных на метр в кубе (кг/м3).

Плотность электрического тока j – векторная величина, модуль которой равен отношению силы тока, протекающего через определенную поверхность, к площади этой поверхности, а направление вектора перпендикулярно этой поверхности и совпадает с направлением движения положительно заряженных частиц. Измеряется в амперах, поделенных на метр в квадрате (А/м2).

Для бесконечно малой площадки dS, через которую протекает ток dI, плотность тока проводимости равна: jпр = dI/dS.

Плотность тока смещения jсм равна отношению плотности потока электрического смещения ко времени. Для бесконечно малого отрезка времени dτ: jсм = dD/dτ

Плотность потока электрического смещения D – отношение

потока электрического смещения, проходящего через определенную площадь, перпендикулярную потоку, к значению этой площади. Плотность потока электрического смещения – векторная величина, измеряется в кулонах, поделенных на метр в квадрате (Кл/м2). Плотность потока электрического смещения иногда называют вектором электрической индукции.

Поток электрического смещения – иначе: «поток вектора элек-

трической индукции» – характеристика силового электрического поля, измеряемая в кулонах (Кл). Поток электрического смещения сквозь замкнутую поверхность равен алгебраической сумме зарядов, находящихся внутри этой поверхности. Поток электрического смещения – скалярная величина.

Поле – материальная среда, создаваемая в пустоте частицами или телами, обладающими массой или электрическим зарядом, в которой проявляется силовое воздействие на другие частицы (тела), обладающие аналогичными свойствами. Поле, создаваемое массой, называется гравитационным полем. Поле, создаваемое зарядом, называется электромагнитным полем.

43

Постоянный ток – электрический ток, направление которого не изменяется, а значение может меняться скачками или слабо. Ток проводимости может быть постоянным. Постоянный ток смещения – это ток кратковременный и затухающий.

Правило буравчика (правило правоходового винта): если буравчик с правой нарезкой ввинчивать по направлению электрического тока (направление движения положительно заряженных частиц), то направление вращения рукоятки совпадает с направлением вектора напря-

женности магнитного поля.

Правило левой руки определяет направление силы, определяемой по закону Ампера: «Если левую руку расположить так, что 4 пальца направлены по направлению плотности тока, а линии вектора индукции магнитного поля входят в ладонь, то отогнутый на 90° большой палец покажет направление силы Ампера».

Правило Ленца (закон Ленца): «Индукционный ток в контуре направлен так, что создаваемый им магнитный поток через поверхность, ограниченную контуром, стремится препятствовать тому изменению потока, которое вызывает данный ток». Правило Ленца есть следствие закона сохранения энергии.

Протон (греч. рrôtoc-первый) – стабильная элементарная части-

Реактивная мощность – скорость преобразования электрической энергии из потенциальной формы в кинетическую и обратно.

Реактивная электрическая энергия – энергия электроэнергетиче-

ской системы переменного тока, которая с удвоенной частотой переменного тока переходит из кинетической формы в потенциальную и обратно, не превращаясь в другие виды энергии.

Сверхпроводимость – явление скачкообразного исчезновения сопротивления постоянному току при определенных условиях (низкая температура, большое давление и т. д.)

СИ – система интернациональная, сокращенное наименование Международной системы единиц физических величин.

44

Сила – векторная величина, ставшая мерой механического воздействия на тело со стороны других тел и полей, в результате которого тело приобретает ускорение или изменяет свои форму и размеры.

Сила Лоренца – электромагнитная сила, действующая на движущуюся частицу с электрическим зарядом q, и равная векторной сумме двух сил:

–силы электрического поля, действующей в направлении на-

пряженности электрического поля и пропорциональной напряжен-

ности электрического поля и значению заряда, а также

–силы магнитного поля, пропорциональной индукции магнитного поля, заряду и скорости частицы, и направленной под прямым углом

квектору индукции магнитного поля и к вектору скорости движения частицы.

Силовая линия – линия в визуальном изображении силового поля, касательные к которой в каждой точке совпадают с направлением силы.

Скорость – степень быстроты движения, распространения, дей-

ствия. Определяется как отношение изменяющейся величины ко времени ее изменения τ. При переменной скорости последняя опреде-

ляется как отношение двух бесконечно малых величин d /dτ: Скорость движения: v = dl/dτ [м/с].

Ток проводимости – скорость движения заряда I = dq/dτ [Кл/с]. Ток смещения – скорость изменения потока электрического смеще-

ния dQ/dτ [Кл/с].

Скорость изменения магнитного потока – dФ/ dτ [Вб/с]. Мощность – скорость преобразования энергии W: dW/dτ [Дж/с].

Температура – характеристика равновесного состояния вещества. В равновесных условиях температура технического диапазона пропорциональна средней кинетической энергии частиц тела. Абсолютная температура – мера кинетической энергии поступательного движения молекул идеального газа.

Ток проводимости – ток, обеспечиваемый движением свободных носителей заряда (не связанных в атомы, молекулы, кристаллы и т. п.) по замкнутому пути. Плотность тока проводимости j пропорциональна концентрации свободных носителей заряда – nq и их подвиж-

45

ности – u, равной скорости движения носителей при напряженности электрического поля 1В/м: jпр= nq u.

Ток смещения – в пустоте определяется как изменение потока смещения Q во времени (τ): Iсм = dQ/dτ. Плотность тока смещения в пустоте определяется как отношение изменения плотности потока электрического смещения – dD к бесконечно малому отрезку времени этого изменения – dτ. Это обеспечивает замкнутость цепи тока при наличии непреодолимого для свободных носителей заряда препятствия. В изоляционном материале ток смещения определяют также заряженные частицы, связанные в атомы, молекулы, кристаллы, смещающиеся под действием электрического поля в соответствии со знаками зарядов. Смещение связанных частиц называется поляризацией. Ток смещения имеющихся свободных носителей заряда изоляционного материала называется током адсорбции.

Третий закон Ньютона: «Действию всегда есть равное и противоположное противодействие».

Удельная теплоемкость – количество теплоты, которое поглощает единица массы тела при ее нагреве на 1 К. Единица измерения – Дж/кг·К

Удельное электрическое сопротивление – удельным электриче-

ским сопротивлением материала называется величина, численно рав-

ная активному электрическому сопротивлению образца длиной 1 м

и с площадью поперечного сечения 1 м2. Измерение этого сопротивления производится в электрическом поле, линии напряженности которого параллельны четырем граням образца и перпендикулярны двум другим. Удельное электрическое сопротивление измеряется в омах, умноженных на метр (Ом·м).

Уравнения Максвелла – уравнения, связывающие между собой четыре вектора, характеризующие электромагнитное поле:

вектор плотности потока электрического смещения – D,

вектор напряженности электрического поля – Е,

вектор напряженности магнитного поля – Н,

вектор магнитной индукции – В.

и электрического тока – источников электромагнитного поля. Подробнее см. раздел 17.

Фундаментальный закон – отображение в нашем сознании объективной закономерности материального мира в виде математической зависимости, подтверждаемой экспериментально, но не получаемой вследствие математических выкладок. Выражения, полученные в результате обработки экспериментальных данных (например, закон Ома), по-видимому, нельзя относить к фундаментальны законам, поскольку они связаны с условиями эксперимента.

Электрическая емкость С – коэффициент пропорциональности между электрическим зарядом Q (одного знака) устройства или тела и электрическим напряжением на этом устройстве или теле U:

Q = СU.

Иначе электрическую емкость можно определить как свойство устройства (тела) вместить в себя больший или меньший электрический заряд при определенном электрическом напряжении. Электрическая емкость измеряется в фарадах (Ф). Ф = Кл/В.

Электрическая проводимость G – величина, обратная электриче-

скому сопротивлению – R: G = 1/R. Электрическая проводимость измеряется в сименсах (См). См = 1/Ом.

Электрический заряд – свойство частицы или тела вступать в силовые электромагнитные взаимодействия с другими частицами и телами, обладающими тем же свойством.

Электрический ток – обобщенное понятие, включающее ток проводимости и ток смещения. Количественно электрический ток характеризуется скалярной величиной – силой тока, измеряемой в амперах (А).

Электрическое напряжение – разность электрических потенциалов между двумя точками электрического поля, равная работе по перемещению заряженного тела с зарядом в 1 Кл из одной точки в другую против сил поля.

Электрическое поле – материальная среда, создаваемая в пустоте электрически заряженными частицами или телами, или переменным магнитным полем, способная оказывать силовое воздействие на заряженную частицу (тело).

47

Электродвижущая сила (ЭДС) – энергетическая характеристика электрического поля, измеряемая отношением работы сторонних сил по перемещению частицы (тела) с электрическим зарядом по замкнутому контуру к значению электрического заряда. Единица измерения [ЭДС] – вольт.

Электролит – жидкие (реже твердые) вещества, в которых в определенных концентрациях присутствуют ионы (атомы, в которых нарушен баланс между протонами и электронами). Ионы при перемещении образуют ток проводимости. В узком смысле – это водные растворы солей.

Электромагнитная индукция (лат. induction – (возбуждение, наве-

дение) – взаимное возбуждение переменным магнитным полем вихре-

вого электрического поля и переменным электрическим полем – магнитного поля.

Электромагнитное поле – вид материи, определяющийся во всех точках двумя векторными величинами, которые характеризуют две его стороны: «электрическое поле» и «магнитное поле».

Электрон – элементарная частица, материальный носитель эле-

ментарной массы (me ≈ 0,91·10–30кг) и элементарного электри-

ческого заряда (qe ≈ –1,6·10–19Кл).

Электронный газ: а) образное наименование совокупности свободных (не принадлежащих конкретному атому, обобществленных) электронов в металле; б) теоретическая модель, описывающая поведение электронов проводимости в электронных проводниках и не учитывающая кулоновского взаимодействия между электронами.

Элементарная частица – минимальный по размерам элемент материи, обладающий минимальной массой. Внутреннее строение элементарной частицы в настоящее время неизвестно.

Элементарный ток: а) ток, протекающий по отрезку проводника

длиной l (закон Ампера); б) ток, протекающий через элементарную площадку.

Энергия – универсальная мера движения и взаимодействия всех видов материи. Энергия движения называется кинетической энергией. Энергия взаимодействия называется потенциальной энергией. В зави-

48

симости от видов движения и взаимодействия в макромире различают механическую энергию и электромагнитную (электрическую) энергию. Тепловая, химическая и другие виды энергии – это разновидности механической и электромагнитной энергий. Взаимодействия элементарных частиц на очень малых расстояниях (например, внутри ядра атома) имеют особую природу и называются сильным или слабым близкодействующим взаимодействием. Ядерный взрыв – это прекращение сильного взаимодействия между протонами из-за увеличения расстояния между ними и начало действия кулоновских сил отталкивания.

49

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Иродов И.Е. Электромагнетизм. Основные законы. – 7-е изд. – М.:

БИНОМ, Лаборатория знаний, 2010 (2006). – 319 с. (53 И831).

2.Давыденко О.Б. Наименование, обозначения и единицы измерения основных электротехнических величин: учеб.-метод. пособие / О.Б. Давыденко, М.Г. Калюжный, Е.И. Алгазин. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2007. 44 с.

(621.3 Д138).

3.ПУЭ: [Все действующие разделы ПУЭ-6 и ПУЭ- 7-й вып.]. – Новосибирск: Сибирское университетское издательство. – 2007. – 852 с. (621.311.П683).

4.Физический энциклопедический словарь / гл. ред А.М. Прохоров; ред.

кол. Д.М. Алексеев, А.М. Бонч-Бруевич, А.С. Боровик-Романов и др. – М.: Большая российская энциклопедия, 1995. – 928 с. (53.Ф505).

50