Электрическое поле его свойства.Эл.поле точечного эл.заряда.

1 Электротехника – это область технических наук , изучающих получение, распределение, преобразование электрической энергии.

2. Электромагни́тное по́ле — фундаментальное физическое поле, взаимодействующее с электрически заряженными телами, представимое как совокупность электрического и магнитного полей, которые могут при определённых условиях порождать друг друга.

3.Более простыми словами, точечный заряд — это заряд, размерами носителя которого по сравнению с расстоянием, на котором рассматривается электростатическое взаимодействие, можно пренебречь.

Именно для точечных зарядов сформулирован закон Кулона

F - сила взаимодействия двух точечных зарядов

q1, q2 - величины зарядов

εα - абсолютная диэлектрическая проницаемость среды

r - расстояние между точечными зарядами

4. Взаимодействие электрических зарядов. Закон кулона.

Электрические заряды взаимодействуют между собой, т.е. одноименные заряды взаимно отталкиваются, а разноименные притягиваются. Силы взаимодействия электрических зарядов определяются законом Кулона и направлены по прямой линии, соединяющей точки, в которых сосредоточены заряды.

Согласно закону Кулона, сила взаимодействия двух точечных электрических зарядов прямо пропорциональна произведению количеств электричества в этих зарядах, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и зависит от среды, в которой находятся заряды:

где F — сила взаимодействия зарядов, н (ньютон[2]),

q1, q2, — количество электричества каждого заряда, к (кулон[3]),

r — расстояние между зарядами, м,

ea— абсолютная диэлектрическая проницаемость среды (материала) ; эта величина характеризует электрические свойства той среды, в которой находятся взаимодействующие заряды.

В Международной системе единиц (СИ) ea измеряется в (ф/м). Абсолютная диэлектрическая проницаемость среды

где e0 — электрическая постоянная, равная абсолютной диэлектрической проницаемости вакуума (пустоты). Она равна 8,86•10-12 ф/м.

Величина e, показывающая, во сколько раз в данной среде электрические заряды взаимодействуют между собой слабее, чем в вакууме (табл. 1), называется диэлектрической проницаемостью.

Величина e есть отношение абсолютной диэлектрической проницаемости данного материала к диэлектрической проницаемости вакуума:

Напряжённость электрического тока

5. Напряжённость электри́ческого по́ля — векторная физическая величина, характеризующая электрическое поле в данной точке и численно равная отношению силы действующей на пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда q:

.Также иногда называется силовой характеристикой электрического поля.

Математически зависимость вектора от координат пространства само задаёт векторное поле.

Модуль напряжённости электрического поля в СИ измеряется в В/м (Вольт на метр).

Потенциал электрического поля.Напрежение.

6.Электростатический потенциа́л — скалярная энергетическая характеристика электростатического поля, характеризующая потенциальную энергию поля, которой обладает единичный заряд, помещённый в данную точку поля. Единицей измерения потенциала является, таким образом, единица измерения работы, деленная на единицу измерения заряда

Напрежение эл.поля.

Электрический ток.Сила тока. плотность эл.тока.

7.Электри́ческий ток — упорядоченное нескомпенсированное движение свободных электрически заряженных частиц, например, под воздействием электрического поля. Такими частицами могут являться: в проводниках — электроны, в электролитах — ионы (катионы и анионы), в газах - ионы и электроны, в вакууме при определенных условиях - электроны, в полупроводниках — электроны и дырки (электронно-дырочная проводимость).

Электрический ток широко используется в энергетике для передачи энергии на расстоянии.

Сила тока (часто просто «ток») в проводнике — скалярная величина, численно равная заряду , протекающему в единицу времени через сечение проводника. Обозначается буквой (в некоторых курсах — . Не следует путать с векторной плотностью тока

для участка электрической цепи.

для полной электрической цепи:

где E — ЭДС, R — внешнее сопротивление, r — внутреннее сопротивление.

Пло́тность то́ка — векторная физическая величина, имеющая смысл силы тока, протекающего через единицу площади. Например, при равномерном распределении плотности:

J тока по сечению проводника

8. Электрический ток в различных цепях.

Все вещества можно разделить на две группы. К первой группе относятся те вещества, которые содержат много свободных заряженных частиц, и поэтому в них легко создать электрический ток.Их называют проводниками (р ~ 10-8 ОМ • М). с; л;

К другой группе относят вещества, в которых мало свободных заряженных частиц, поэтому сила тока в них даже при большой разности потенциалов очень мала. Эти вещества называют изоляторами или диэлектриками.

К проводникам относятся все металлы (серебро, медь, алюминий и др.), водные растворы или

расплавы электролитов и ионизированный газ-плазма. К числу хороших изоляторов относятся янтарь, фарфор, резина, стекло, парафин (р ~ 10+8 Ом • м). Жидкими диэлектриками являются керосин, минеральное (трансформаторное) масло, лаки, дистиллированная вода и др. Лучший изолятор - вакуум. Неионизированные газы, в том числе и воздух, также являются хорошими изоляторами.

Однако при некоторых условиях, например в сильном электрическом поле, происходит расщепление молекул диэлектрика на ионы (ионизация), и вещество становится проводником. Напряженность электрического поля, при которой начинается ионизация молекул диэлектрика, называется пробивной напряженностью. Поэтому для каждого диэлектрика, используемого в электрических цепях, устанавливают допускаемую напряженность, которая меньше пробивной.

Кроме проводников и диэлектриков, имеется группа веществ, проводимость которых занимает промежуточное положение. Поэтому они получили названия полупроводников. К ним относятся кремний, германий и др.

Основной закономерностью для тока в любом проводнике служит зависимость силы тока от приложенного напряжения. График этой зависимости называется вольт-амперной характеристикой данного проводника.

Диэлектрики в эл.поле.

9.диэлектриками (или изоляторами) называются вещества, неспособные проводить электрический ток. Причина в том , что в отличие от проводников в диэлектриках нет свободных зарядов.

Конденсаторы.эл ёмкость.

10. Конденса́тор (от лат. condensare — «уплотнять», «сгущать») — двухполюсник с определённым значением ёмкости и малой омической проводимостью; устройство для накопления заряда и энергии электрического поля. Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Обычно состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок.

Ёмкостью называют взаимную ёмкость между двумя проводниками; параметр ёмкостного элемента электрической схемы, представленного в виде двухполюсника. Такая ёмкость определяется как отношение величины электрического заряда к разности потенциалов между этими проводниками.

В системе СИ ёмкость измеряется в фарадах.

Для одиночного проводника ёмкость равна отношению заряда проводника к его потенциалу в предположении, что все другие проводники бесконечно удалены и что потенциал бесконечно удалённой точки принят равным нулю.

11. Ёмкость плоского конденсатора.

Конденсатор - электрический прибор, состоящий из двух проводящих пластин, разделенных слоем диэлектрика. Конденсаторы служат для накопления зарядов с целью их отдачи в нужный момент времени, а также в цепях переменного тока для деления зарядов (параллельное соединение) и для деления напряжения (последовательное соединение).

Зависит от площади его пластин S; от расстояния между его пластинами d; от материала, заполняющего пространство между пластинами ε. При изготовлении конденсатора большой емкости стремятся сделать большое S при малом d, а также заполнить его пространство веществами с большим ε.

Не зависит от напряжения U и от заряда q.

Последовательное соединение конденсаторов

12.Последовательном соединении конденсаторов с общ. Q общ.

При последовательном соединении конденсаторов С общ. Q общ.

на обкладках отдельных конденсаторов электрические заряды по величине равны: Q1 = Q2 = Q3 = Q

Действительно, от источника питания заряды поступают лишь на внешние обкладки цепи конденсаторов, а на соединенных между собой внутренних обкладках смежных конденсаторов происходит лишь перенос такого же по величине заряда с одной обкладки на другую (наблюдается электростатическая индукция), поэтому и на них по- являются равные и разноименые электрические заряды.

Напряжения между обкладками отдельных конденсаторов при их последовательном соединении зависят от емкостей отдельных конденсаторов: U1 = Q/C1, U1 = Q/C2, U1 = Q/C3, а общее напряжение U = U1 + U2 + U3

Общая емкость равнозначного (эквивалентного) конденсатора C = Q / U = Q / (U1 + U2 + U3), т. е. при последовательном соединении конденсаторов величина, обратная общей емкости, равна сумме обратных величин емкостей отдельных конденсаторов.

13 Параллельное соединение конденсаторов

На рис. 1 изображено параллельное соединение нескольких конденсаторов. В этом случае напряжения, подводимые к отдельным конденсаторам, одинаковы: U1 = U2 = U3 = U. Заряды на обкладках отдельных конденсаторов: Q1 = C1U, Q2 = C2U, Q3 = C3U, а заряд, полученный от источника Q = Q1 + Q2 + Q3.

Рис. 1. Схема параллельного соединения конденсаторов

Общая емкость равнозначного (эквивалентного) конденсатора:

C = Q / U = (Q1 + Q2 + Q3) / U = C1 + C2 + C3,

т. е. при параллельном соединении конденсаторов общая емкость равна сумме емкостей отдельных конденсаторов

14. Смешанное соединение конденсаторов.

Смешанным соединением конденсаторов называется такое соединение их, при котором имеется и параллельное и последовательное соединение

При смешанном соединении конденсаторов для участков с параллельным соединением применяются свойства параллельного соединения конденсаторов, а для участков с последовательным соединением – все свойства последовательного соединения конденсаторов.

Всякое смешанное соединение конденсаторов путем упрощений может быть сведено либо к параллельному соединению, либо к последовательному.

Пример1

ЭДС источника. Закон Ома.

15.Источник ЭДС (идеальный источник напряжения) — двухполюсник, напряжение на зажимах которого постоянно (не зависит от тока в цепи). Напряжение может быть задано как константа, как функция времени, либо как внешнее управляющее воздействие.

В простейшем случае напряжение определено как константа, то есть напряжение источника ЭДС постоянно

падение напряжения на внутреннем сопротивлении;

падение напряжения на нагрузке.

внутреннее сопротивление источника напряжения:

Мощность источника и потребителя

16.Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению, и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи.

Закон Ома для участка электрической цепи имеет вид:

17. Последовательное соединение источников тока - соединение источников тока без разветвлений, в котором положительный полюс каждого элемента соединен с отрицательным полюсом следующего элемента. При последовательном соединении ЭДС батареи равна сумме ЭДС отдельных источников тока батареи. (из инета)

18.

19.Построение потенциальной диаграммы.

Потенциальная диаграмма - графическое изображение распределения электрического потенциала вдоль замкнутого контура в зависимости от сопротивления участков, входящих в выбранный контур. Для построения потенциальной диаграммы выбирают замкнутый контур. Этот контур разбивают на участки таким образом, чтобы на участке находился один потребитель или источник энергии. Пограничные точки между участками необходимо обозначить буквами или цифрами.

Произвольно заземляют одну точку контура, её потенциал условно считается нулевым. Обходя контур по часовой стрелке от точки с нулевым потенциалом, определяют потенциал каждой последующей пограничной точки как алгебраической суммы потенциала предыдущей точки и изменения потенциала между этими соседними точками.

Изменение потенциала на участке зависит от состава цепи между точками. Если на участке включен потребитель энергии (резистор), то изменение потенциала численно равно падению напряжения на этом резисторе. Знак этого изменения определяют направлением тока. При совпадении направлений тока и обхода контура знак отрицательный, в противном случае он положительный.

Если на участке находится источник ЭДС, то изменение потенциала здесь численно равно величине ЭДС данного источника. При совпадении направления обхода контура и направления ЭДС изменение потенциала положительно, в противном случае оно отрицательно.

После расчета потенциалов всех точек строят в прямоугольной системе координат потенциальную диаграмму. На оси абсцисс откладывают в масштабе сопротивление участков в той последовательности, в которой они встречались при обходе контура, а по оси ординат – потенциалы соответствующих точек. Потенциальная диаграмма начинается с нулевого потенциала и заканчивается после обхода контура таковым.

20.Последовательное соединение потребителей.

Последовательным называется такое соединение, при котором конец первого потребителя соединяется с началом второго, конец второго — с началом третьего и т. д. Так как каждый потребитель оказывает сопротивление прохождению электрического тока, то при последовательном соединении потребителей их общее сопротивление равно сумме сопротивлений отдельных потребителей. Ток, проходящий по такой цепи, одинаков в любой точке, а напряжение между отдельными точками замкнутой цепи различное.

Параллельным соединением потребителей электрического тока называется такое, при котором начало всех потребителей присоединяется к одному проводу источника тока, а концы — к другому.

21.Параллельное соединение потребителей.

При параллельном соединении с увеличением числа параллельно включенных потребителей общее сопротивление цепи уменьшается. Это объясняется увеличением суммарной площади поперечного сечения проводников, образующих параллельные ветви.

Напряжение на концах всех параллельно соединенных потребителей одинаково и примерно равно напряжению источника тока.

Сила тока в цепи каждого потребителя зависит от его сопротивления. Общая сила тока во внешней цепи равна сумме сил токов в цепях всех параллельно включенных потребителей.