- •Перевірка закону
- •Діелектрики в електричному полі. Діелектрична проникність
- •Властивості конденсатора
- •[Ред.]Характеристики конденсаторів
- •[Ред.]Питома ємність
- •[Ред.]Номінальна напруга
- •[Ред.]Полярність
- •[Ред.]Тангенс кута втрат
- •[Ред.]Електричний опір ізоляції конденсатора
- •[Ред.]Температурний коефіціент ємності (ткє)
- •[Ред.]Класифікація конденсаторів
- •[Ред.]Використання конденсаторів
- •[Ред.]Закон Джоуля-Ленца в диференційній формі
- •Питома теплова потужність струму дорівнює добутку провідності на квадрат напруженості.
- •Послідовне з'єднання
- •Паралельне з'єднання
- •Закон електромагнітної індукції в диференціальній формі
- •[Ред.]Використання
1
1) силова — напруженість;
2) енергетична — різниця потенціалів 3) напруга
Напру́женість електри́чного по́ля — це векторна фізична величина, яка дорівнює силі, яка діє у даній точці простору у даний момент часу на пробний одиничний електричний заряд у електричному полі.
де — сила, q — електричний заряд, — напруженість електричного поля.
В системі СІ вимірюється у В/м, на практиці здебільшого у В/см.
[ред.]Рівняння Максвелла
Вектор напруженості електричного поля входить в рівняння Максвелла.
Друге рівняння Максвелла
гласить, що джерелом електричного поля може бути змінне магнітне поле.
[ред.]Поведінка на розривній границі
У випадку різкої границі між середовищами вектор напруженості електричного поля не може бути визначений із диференційних рівнянь Максвелла, оскільки при розривах у полях похідніневизначені. В такому випадку використовуються граничні умови. Щодо напруженості електричного поля гранична умова Максвелла вимагає тангенційних складових цього вектора.
.
Тут індекси вгорі характеризують середовища.
На поверхні ідеального провідника тангенціальна складова вектора напруженості електричного поля дорівнює нулю.
Нормальна складова напруженості електричного поля в загальному випадку неперервною не є. Неперерервність зберігає нормальна складова вектора електричної індукції.
Різниця потенціалів - характеристика електричного поля, різниця електростатичних потенціалів у двох точках простору.
Різниця потенціалів дорівнює роботі, яку потрібно здійснити проти електростатичних сил для того, щоб перемістити одиничний заряд із однієї точки простору в іншу.
Напруга на ділянці електричного кола дорівнює різниці потенціалів у тому випадку, якщо на ділянці немає джерел струму.
Напруга: Напруга між будь-якими точками електростатичного поля чисельно дорівнює роботі, яку виконує сила поля при переносі одиночного заряду з однієї точки в іншу. Сила електричного поля пересуває позитивні заряди від точки з більшим потенціалом до точки з меншим потенціалом, а з негативним – навпаки.
2
Закон Кулона — один з основних законів електростатики, який визначає величину та напрямок сили взаємодії між двома нерухомими точковими зарядами. Експериментально з задовільною точністю був вперше доведений Генрі Кавендішем у 1773, який використовував метод сферичного конденсатора, але його роботи не були опубліковані. В 1785 році закон був встановлений Шарлем Кулоном за допомогою спеціальних крутильних терезів.
Електростатична сила взаємодії F12 двох точкових нерухомих зарядів q1 та q2 в вакуумі прямо пропорційна добутку абсолютних значень зарядів і обернено пропорційна квадрату відстані r12 між ними.
,
у векторній формі:
,
Сила взаємодії направлена вздовж прямої, що з'єднує заряди, причому однойменні заряди відштовхуються, а різнойменні притягуються. Сили, що визначаються законом Кулона адитивні.
Коефіціент пропорційності k має назву електростатичної сталої та залежить від вибору одиниць виміру. Так в Міжнародній системі одиниць СІ k=1/(4πε0) ≈ 8,987742438·109 Н·м2·Кл-2, де - електрична стала. В системі СГСГ одиниця вимірювання заряду обрана таким чином, що k=1.
Такі умови є необхідними для виконання сформульованого закону:
-
Точковість зарядів — відстань між зарядженими тілами має бути набагато більшою від розмірів тіл.
-
Нерухомість зарядів. В протилежному випадку потрібно враховувати магнітне поле заряду, що рухається.
В однорідному ізотропному середовищі сила взаємодії між зарядами зменшується в ε разів: , де ε діелектрична проникність середовища.
Перевірка закону
Для макроскопічних відстаней при експериментах в земних умовах, що були проведені за методом Кавендіша, доведено що показник степеня r в законі Кулона не може відрізнятися від 2 більш ніж на 6·10-16. Із експериментів з розсіянню альфа-частинок виходить, що закон Кулона не порушується до відстаней 10-14 м. Але з іншого боку, для опису взаємодії заряджених частинок на таких відстанях поняття, за допомогою яких формулюється закон (поняття сили, положення), втрачають сенс. У цій області просторових масштабів діють закони квантової механіки.
Закон Кулона можна вважати одним з наслідків квантової електродинаміки, в рамках якої взаємодія заряджених часток обумовлена обміном фотонами. Внаслідок цього, експерименти з перевірки висновків квантової електродинаміки можна вважати дослідами з перевірки закону Кулона. Так, експерименти з анігіляції електронів та позитронів свідчать, що відхилення від законів квантової електродинаміки не спостерігаються до відстаней 10-18 м.
3
У провідниках першого роду (металах) струм – це потік вільних електронів.
У провідниках першого роду (металах) вільні електрони під час руху у міжатомному просторі провідника, безперервно наштовхуються на атоми та молекули, а також на інші електрони. При цих зіткненнях витрачається енергія. Отже, електрони тут зазнають певного електричного опору. Опір позначається літерою R і виражається в омах (Ом). Застосовуються більші одиниці : кілоом (1 кОм = 103 Ом), мегом (1 МОм = 106 Ом). Опір провідника залежить від матеріалу провідника, довжини, площі поперечного перерізу та температури. Залежність опору від матеріалу пояснюється тим, що в різних матеріалах різна мікроструктура, тобто взаємне розташування атомів і молекул, а значить, неоднакові й умови проходження електронів. Властивості матеріалу визначаються питомим опором. Питомим опором називається опір провідника, виготовленого з даного матеріалу, завдовжки 1м поперечним перерізом у 1 мм2 при температурі 200 С°. Питомий опір позначається літерою ρ (“ро”), виражається в Ом-метрах і визначається за формулою ρ = R x S / l, де R – опір (Ом); S – площа перерізу провідника (мм2), l – довжина провідника (м). Вплив довжини провідника на його опір полягає в тому, що при її збільшенні зростає кількість зіткнень електронів з атомами, молекулами, іншими електронами. Зі збільшенням площі поперечного перерізу провідника зростає число шляхів для проходження електронів, які рухаються в одному напрямі, при цьому вони менше заважають один одному. З підвищенням температури опір майже всіх провідників (крім вугілля та рідини) збільшується. Це пояснюється тим, що із зростанням температури частішають коливальні рухи молекул і атомів матеріалу провідника, тому ймовірність зіткнення з ними вільних електронів збільшується. Провідність G – величина обернена опорові. Провідність характеризує здатність матеріалу проводити електричний струм. В залежності від роду матеріалу провідність буде електронною (провідники першого роду), іонною (провідники другого роду). У напівпровідниках поряд з електронною провідністю (типу n) є ще дірчаста провідність (типу p). Провідність можна вирахувати за формулою G = 1/R або якщо R = ρ • l / S, то G = S / ρ • l Одиницею виміру провідності є Сіменс (См). 1 См = 1 / 1 Ом = Ом-1
4