9.Общая схема движения энергии в электрической цепи.

Р

Рис. 5.7

ассмотрим цепь постоянного тока, содержащую источник э.д.с., приемник энергии и провода, имеющие активное сопротивление. Пусть по проводнику длиной l радиуса r с сопротивлением R протекает постоянный ток I . К поверхности проводника применим теорему Умова-Пойнтинга.

При постоянном токе изменение электромагнитной энергии отсутствует. Следовательно:

. (5.51)

П ри протекании тока по проводнику создается падение напряжения с напряженностью Е_τ , направленной вдоль проводника. Это тангенциальная составляющая электрического поля

. (5.52)

Вектор Н напряженности магнитного поля направлен по касательной к поверхности поперек проводника. Согласно закону полного тока

, H 2π r = I , .

Т огда плотность энергии П_n, входящей через поверхность внутрь проводника :

. (5.53)

Поток вектора через боковую поверхность:

. (5.54)

Такая же величина получится и по закону Ома.

Рассмотрим рис. 5.8. Вектор Пойнтинга у источника выходит наружу. В проводах энергия частично входит внутрь из-за наличия активного сопротивления и падения напряжения. Основная часть энергии движется вдоль поводов в окружающем пространстве. Провода служат только для направления энергии к потребителю. У потребителя вектор Пойнтинга направлен внутрь, а энергия заходит и превращается в тепло.

10.Электростатическое поле

В электростатическом поле действуют уравнения:

, (5.55)

, (5.56)

. (5.57)

Одной из основных физических величин, характеризующих вещество, является электрический заряд. Любой атом состоит из атомного ядра и электронов. Важным свойством электрона является его отрицательный заряд. Носителем положительного заряда является протон. Взаимодействие между электроном и атомным ядром определяется в основном электрическим полем. Следует отметить, что заряд нематериален. Это свойство частиц материи создавать электрическое поле.

Электрическое поле обнаруживается по силовому воздействию на заряженные пробные тела с силой, определяемой законом Кулона:

, (5.58)

где Q, q – величины зарядов; R – расстояние между зарядами, - единичный вектор. Величина ε_а=ε_оε называется абсолютной диэлектрической проницаемостью. Величина ε_о - электрической постоянной. Она равна

(Ф/м)

Относительная диэлектрическая проницаемость (ε) показывает во сколько раз напряженность поля в веществе меньше, чем в вакууме.

Электрическое поле существует независимо от наличия пробного заряда. Поэтому появляется необходимость введения соответствующих характеристик. Например, сила, действующая на единицу заряда, представляет собой напряженность Е электрического поля. Чем меньше величина пробного заряда, тем меньше искажается исследуемое поле. В пределе:

, (5.59)

или

(В/м). (5.60)

Как видно из последнего выражения вектор напряженности зависит от свойств среды. Однако существует величина, зависящая только от величины заряда. Это вектор электрической индукции (D), или вектор электрического смещения:

. (5.61)

Тогда:

(К/м²). (5.62)

Если поле создается несколькими точечными зарядами, то общая напряженность определяется как геометрическая сумма:

. (5.63)