Электрическое поле, силовые линии электрического поля, закон Кулона.

Эл. Поле – одна из двух сторон электромагнитного поля характеризуется воздействием на эл. зараженные части силы пропорциональной заряду частицы независящей от скорости.

Примечание. Электрическое поле действует на заряженную частицу независимо от скорости, а магнитное на движущеюся заряженную частицу. Из определения следует, что поле является силовым или векторным. Размеры точечных заряженных тел очень малы по сравнению с расстоянием до точек, в которых рассматривается их электрическое поле. По этому поле считается не искаженным (равномерным).

СИЛОВЫЕ ЛИНИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ – Это линии, по касательным к которым проходят силы взаимодействия электрических зарядов.

1) Частный случай уединенный точечный заряд.

Силовые линии

являются прямыми, касательные

к ним совпадают с самой прямой.

2) Общей случай для двух тел.

Закон кулона - описывает взаимодействие точечных заряженных тел. Сила взаимодействия F между телами прямо пропорциональна произведению зарядов и обратно пропорционально квадрату расстояния.

E (эпсилон) – относительная диэлектрическая проницаемость среды (во сколько раз сила взаимодействия зарядов в данной среде меньше чем в вакууме)

Q1, Q2 – заряды тел;

F – сила;

R – расстояние;

E0 – электрическая постоянная 8,85*10-12 Ф*M

Напряженность электрического поля.

Потенциал. Электрическое напряжение.

Напряженность – силовая характеристика электрического поля для данной точки определяется силой, действующей на помещенную в эту точку пробное тело с единичным положительным зарядом. (единица измерения Н/Кл).

Потенциал электрического поля – для заряда Q в данной точке эта величина равная работе, которую совершает поле перемещая пробное тело с единичным положительным зарядом из данной точки в бесконечность .

Потенциал в данной точке поля равен 1 вольт, если при переносе пробного тела заряда в один Кулон из данной точки в бесконечность совершается работа в 1 Дж.

Электрическое напряжение – это разность потенциалов между двумя точками электрического поля. Численно равна работе поля по перемещению единичного заряда из одной точки в другую.

Электрическая цепь. Элементы электрической цепи.

Электрическая цепь - Это совокупность устройств, предназначенных для получения, преобразования, передачи и использования электрической энергии.

Состоит из отдельных устройств - элементов электрической цепи.

Элементы электрической цепи –

1) Источники электроэнергии.

А) генератор – преобразует механическую энергию в электрическую.

Б) первичные элементы и аккумуляторы. В них происходит преобразование химической, тепловой, световой и других видов энергии в электрическую .

Параметры потребителей – определяет свойства элементов цепи поглощать энергию из электрической цепи и преобразовывать в другие виды энергии (необратимые процессы) , а также создавать собственные электрические или магнитные поля в которых энергия способна накапливаться и при определенных условиях возвращаться в электрическую цепь. Элементы цепи постоянного тока задаются одним параметром – сопротивлением.

Сопротивление определяет свойство элемента поглощать электроэнергию и преобразовывать ее в другие виды.

2) Потребители (приемники)

А) электродвигатели;

Б) нагревательные приборы;

В) световые приборы;

Г) прочие.

Передающие элементы цепи - связывают источники и приемники, кроме проводов, куда могут входить:

А) аппаратура включения/выключения;

Б) приборы измерения электрических параметров;

В) устройство защиты;

Г) Преобразующие устройства.

Любая электрическая цепь характеризуется током, электродвижущей силой (ЭДС) и напряжением .

Электрический ток. Сила тока. ЭДС.

Полный электрический ток – это явление – направленное движение зарядов, сопровождаемое магнитным полем. Полный электрический ток принято разделять на следующие основные виды:

1. Ток проводимости;

2. Ток переноса;

3. Ток смещения.

Электрический ток проводимости – это явление направленного движения свободных зарядов в веществе или в вакууме.

Под проводниками первого рода (металлы) электронных и полупроводниковых приборов ток обусловлен направленным движением электронов.

В проводниках второго рода (электролитах) электрический ток, обусловленный движением положительных и отрицательных ионов.

Электролит – раствор кислот, щелочей, солей.

Электрический ток переноса – перенос электрических зарядов заряженными частицами или телами, которые движутся в свободном пространстве. Движение свободных электронов в электронной лампе свободных ионов без разрядных приборов.

Электрический ток смещения – упорядочное движение связанных носителей электрических зарядов. Этот вид тока можно наблюдать в диэлектриках.

Сила тока

Напряжение – аналог работы. Это количественная оценка электрического тока, численно равная количеству электронов, проходящих через проводник в единицу времени. Единица силы тока – Ампер (Кл/с).

ЭДС – это работа, которую совершают силы по перемещению единицы положительного заряда внутри источника или сам источник положительного провода по заданной цепи. Единицей измерения является Вольт. 1В = Кл/Дж (При перемещении заряда в 1Кл совершается работа в 1Дж). Перемещение заряда по участку цепи сопровождается затратой энергии на преодоление сопротивления. Разница магнитного ЭДС и напряженности ЭДС не учитывается сопротивление цепи и измеряют на разомкнутой цепи. Напряжение учитывает напряженность и измеряется на замкнутой цепи. Т.к. цепь состоит из внешнего и внутреннего участка, разделяет понижение напряжения на внутренний участок цепи во внешнем.

Е=Uвн+Uвн

- ЭДС источника равна сумме напряжения на внутреннем и внешнем участках.

Закон Ома. Электрическое сопротивление и проводимость способы соединения сопротивления.

Закон Ома.

Скорость электронов заряды, в проводнике описываются скоростью прямо пропорционального приложенному направлению силы тока.

Под действием тока электроны могли двигаться ровно ускорено если бы не встречали молекул проводника. Чем больше падает установившаяся скорость электронов и сила тока соответственно этот коэффициент называют как отдельное электрическое сопротивление. Сопротивление проводника зависит от сечения и длины .^Закон-Ома: это соотношение между силой тока, напряжением и сопротивлением для участка цепи: сила тока прямо пропорционально напряжению и обратно пропорционально сопротивлению.

I=U/I

R = U/I Ом]

За единицу сопротивления принято сопротивление 1 Ом такого участка цепи в котором устанавливается ток в 1 Ампер при напряжении в 1 Вольт

1 Ом =В/A

При расчете электрических цепей иногда удобно использовать проводимость к величине обратно пропорциональной сопротивлению

Первый Закон КирхГоффа

Последовательность сопротивления в реально существующих цепях как правило именно один источник тока и несколько потребителей подключены комбинированно, последовательно и параллельно.

В контур любой замкнутый путь проходящий по нескольким участкам цепи. Ветвь - участок цепи вдоль которого проходит один и тот же ток.

Узел - место соединения 3 и более ветвей.

Первый закон Кирхгоффа - ток подходящий к узлу, равен току уходящему от узла "Алгебраическая сумма токов ветвей любого узла цепи равна 0.

Параллельное соединение сопротивлений. Соединение при котором все участки цепи присоединяются к одной паре узлов то есть находятся под действием одного и того же напряжения.

Последовательное соединение сопротивлений. Соединение при котором по всем участкам проходит один и тот же ток.

Электрическая работа и мощность преобразование электрической энергии в тепловую. Закон Джоуля - Ленца.

Электрическая работа и мощность. При прохождении электрического тока энергия источника будет расходоваться. Работа (W) которую совершает источник для перемещения заряда по всей замкнутой цепи. Исходя из определения ЭДС: Мощность -это величина характеризующая скорость с которой совершается работа, равная одному Ватту если за одну секунду совершается работа в один Джоуль.

Вт=ДЖ/с

Формула мощности Р= U²/R

Преобразование электрической энергии в тепловую, закон Джоуля - Ленца.

Когда в цепи существует ток, электроны при движении сталкиваются с атомами кристаллической решетки. При этом кинематическая энергия электронов передается атомам что приводит к увеличению амплитуды их колебания и следовательно к нагреванию проводника. Количество теплоты выделенное в проводнике пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока.

Q=I²Rt

Основные характеристики магнитного поля.

Магнитное поле - одна из двух сторон электромагнитного поля которое характеризуется воздействием на электрически заряженную частицу. Силой пропорциональной заряду и скорости частицы ( в отличии от электрического поля которое воздействует пропорционально заряду и не зависимо от скорости частицы).

Магнитное поле изображается силовыми линиями касательные к которым совпадают с

Магнитное поле и электрический ток взаимосвязанные явления ,вокруг проводника с током всегда существует магнитное поле, а в замкнутом проводнике при изменении магнитного поля возникает электрический ток.

1. Магнитная индукция(В)

Это основная характеристика магнитного поля, так как через неё определяется ЭДС индукции в проводнике .Она определяет силу с которой магнитное поле действует на движущийся

заряженную частицу. Единица измерения Тесла.

2. Магнитная^постоянная^- характеризует магнитное свойство вакуума.

3.Магнитная проницаемость. Абсолютная магнитная проницаемость – коэффициент,отражающий магнитные свойства среды. Относительная магнитная проницаемость -Безразмерная величина показывающая во сколько раз магнитная индукция поля в данной среде больше или меньше чем в вакууме.

4. Напряжённость магнитного поля. Векторная величина зависящая от силы тока и формы проводника не зависит от свойств среды. Характеризует силу действующую на единицы длины магнитной линии. Единица измерения ампер/метр. Магнитный поток (Ф)

Сила ЛоренЦа. Закон электромагнитной индукции, само- индукции, принцип Ленса.

Сила Лоренца.

F₀=B*q *a*U*sina

На электрон двигающийся в магнитном поле действует электромагнитная сила. Эта сила возникает в результате взаимодействия данного магнитного поля с магнитным полем которое образуется в результате движения электронов.

Где В- магнитная индукция поля;

q - заряд электронов.'

U - скорость движения электронов;

a - угол между направлениями магнитного поля и электронного тока

Закон злектромагннтной индукции.

Всякое изменение магнитного поля в котором помещён проводник произвольной формы вызывает в последнем появление ЭДС электромагнитной индукции.(не обязательно движение и в проводнике и поле)

При движении проводника l со скоростью U на свободные электроны будет действовать сила Лоренса. Под действием этой силы электроны двигаются вдоль проводника, что приводит к разделению зарядов, возникает электрическое поле препятствующее этому процессу, когда силы поля уровняют силы Лоренса производят работу ( ЭДС).

E=B U l Sina

Самоиндукция принцип Лоренца.

Самоиндукция это возникновение ЭДС в замкнутом проводящем контуре при изменении тока протекающего по контуру. При изменении тока в контуре пропорционально меняется и магнитный поток изменение которого в силу закона электромагнитной индукции приводит к возбуждению в этом контуре индуктивной ЭДС противонаправленой изменению ток»у Принцип Лоренца^ЭДС индуцируемое в контуре стремиться вызвать токи препятствующие изменении^магнитного поля, следовательно индуцированное ЭДС всегда имеет такое направление при котором они препятствуют причине их вызывающей.

Вопрос 11

Основные понятия переменного тока.

Между полями электромагнита расположен цилиндрический ротор(якорь).На нем укреплена катушка. Концы катушки соединены с контактными кольцами , которые вращаются вместе с якорем. Полученное напряжение снимается с колец щетками и отдается во внешнюю цепь. Вращаться может магнит , а обмотка может быть выполнена снаружи и оставаться неподвижной.

Параметры переменного тока.

1.Мгновенное значение-это параметр тока в любой момент времени (i-ток, c-эдс,p-мощность,u-мощность)

2.Амплитудное значение-максимальное значение мгновенных величин.(I_m,U_m,E_m,P_m )

3.Период (T) [с, мили секундны, микро секунды]- это промежуток времени , на протяжении которого ток совершает полное колебание и принимает прежние по величине и знаку значение.

4.Циклическая частота f – это величина , обратная периоду T [гц, 1/c]

5.Действующее значение тока (I,U,E,P)

Для измерения переменного тока вводят понятие «Действующее значение». Переменный ток сравнивают с постоянным по тепловому действию. Если положение реостата подобрано так , что количество теплоты , выделяемое на сопротивление R одинаково , то токи в схемах считают одинаковыми.

Для напряжения, ЭДС, мощности формула аналогична.

Индуктивность.

Индуктивность-это количественная мера инерции электромагнитных процессов. Катушка индуктивности - спиральная катушка из свернутого изолированного проводника , имеющая незначительные сопротивления и емкость.

В электрической цепи хорошо проводит постоянный ток и в то же время оказывает сопротивление переменному току по сколько при изменении тока в катушке возникает ЭДС самоиндукции, препятствующее этому изменению. Катушка индуктивности обладает реактивным сопротивлением , величина которого X_L = 2π * f * L

L-индуктивность

f-электрическая частота

Из формулы следует : чем больше частота протекающего тока, тем больше сопротивление.

Основным параметром катушки является индуктивность , которая определяет какой поток магнитного тока создает катушка, при протекании через нее тока силой 1 ампер.[Гн]

Индуктивность пропорциональна линейным размерам катушки, магнитной проницаемости сердечника и квадрату витков в обмотке.

L= µ * µ₀

µ₀ - относительная магнитная проницаемость сердечника , зависящая от частоты

S- площадь сечения

- длина средней линии сердечника.

N – число веков катушки.

Вопрос 12

Активное и реактивное сопротивление в цепях переменного тока.

Реактивным, называют сопротивление которое в среднем не потребляет энергии, что обусловлено передачей энергии электрическому или магнитному полю и обратно.

Активное сопротивление - это сопротивление, в котором превращения электрической энергии в полезную работу или тепловую энергию.

Сопротивление проводника переменного тога (активного) больше чем сопротивление того же проводника после тока, что объясняется поверхностным эффектом.

При изменении тока в проводнике изменяется магнитное поле пронизывающее проводник, при этом в области сечения проводника находясь ближе к поверхности магнитных линий. Меньше и на изменение вызывают меньшую ЭДС самой индукции чем в сечении расположенный ближе к центру, в результате ток проходящий через всё сечение уменьшается от центра к краям что эквивалентны увеличению сопротивления проводника.

Взаимосвязь тока напряжения и мощности в цепях переменного тока с различны элементами цепи.

В электрических цепях присутствовать следующие элементы: 1.Активное сопротивление. 2.Катушка индуктивности. 3.

Реактивные сопротивления могут сдвигать периоды этих параметров относительно друг друга.

Цепи с активны сопротивлением.

В цепи переменного тока с активным сопротивлением по мере изменения напряжения по величине и направлению одновременно пропорционально меняется величина и направлена тока, оно совпадает по фазе.

Мгновенная мощность для цепей переменного тока является переменной величиной и остаётся всё время положительной и колеблется около уровня P=U×I