Nabijeno tijelo neprestano prenosi dio energije, pretvarajući je u drugo stanje, čiji je jedan od dijelova električno polje. Napetost je glavna komponenta koja karakterizira električni dio elektromagnetnog zračenja. Njegova vrijednost ovisi o jačini struje i djeluje kao karakteristika snage. Iz tog razloga su visokonaponske žice postavljene na većoj visini od ožičenja za manju struju.

Definicija pojma i formula izračuna

Vektor napetosti (E) je sila koja djeluje na beskonačno malu struju u tački o kojoj je riječ. Formula za određivanje parametra je sljedeća:

• F je sila koja djeluje na naboj;
• q je iznos naknade.

Naelektrisanje koje učestvuje u istraživanju naziva se probno punjenje. Trebao bi biti beznačajan kako ne bi iskrivio rezultate. U idealnim uslovima, ulogu q igra pozitron.

Vrijedi napomenuti da je vrijednost relativna, njene kvantitativne karakteristike i smjer ovise o koordinatama i mijenjat će se s pomakom.

Na osnovu Coulombovog zakona, sila koja djeluje na tijelo jednaka je proizvodu potencijala podijeljenih s kvadratom udaljenosti između tijela.

F=q 1* q 2 /r 2

Iz ovoga slijedi da je intenzitet u datoj tački u prostoru direktno proporcionalan potencijalu izvora i obrnuto proporcionalan kvadratu udaljenosti između njih. U opštem, simboličkom slučaju, jednačina se piše na sledeći način:

Na osnovu jednačine, mjerna jedinica za električno polje je volti po metru. Istu oznaku usvaja SI sistem. Imajući vrijednost parametra, možete izračunati silu koja će djelovati na tijelo u tački koja se proučava, a znajući silu možete pronaći jačinu električnog polja.

Formula pokazuje da je rezultat apsolutno nezavisan od probnog naboja. Ovo je neobično jer je ovaj parametar prisutan u originalnoj jednadžbi. Međutim, to je logično, jer je izvor glavni, a ne ispitni emiter. U realnim uslovima, ovaj parametar utiče na merene karakteristike i proizvodi distorziju, što zahteva upotrebu pozitrona za idealne uslove.

Kako je napetost vektorska veličina, osim svoje vrijednosti, ona ima i smjer. Vektor se usmjerava od glavnog izvora prema ispitivanom, odnosno od probnog naboja prema glavnom. Zavisi od polariteta. Ako su predznaci isti, tada dolazi do odbijanja, vektor se usmjerava prema tački koja se proučava. Ako su tačke nabijene u suprotnim polaritetima, tada se izvori međusobno privlače. U ovom slučaju, općenito je prihvaćeno da je vektor sile usmjeren od pozitivnog izvora ka negativnom.

Jedinica

U zavisnosti od konteksta i primene u oblastima elektrostatike, jačina električnog polja [E] se meri u dve jedinice. To mogu biti volt/metar ili njutn/kulon. Čini se da je razlog za ovu zbrku njeno dobijanje iz različitih uslova i izvođenje mjerne jedinice iz korištenih formula. U nekim slučajevima, jedna od dimenzija se koristi namjerno kako bi se spriječilo korištenje formula koje rade samo za posebne slučajeve. Koncept je prisutan u osnovnim elektrodinamičkim zakonima, stoga je veličina osnovna za termodinamiku.

Izvor može imati mnogo oblika. Gore opisane formule pomažu u pronalaženju jačine električnog polja točkastog naboja, ali izvor može biti i u drugim oblicima:

• nekoliko nezavisnih materijalnih tačaka;
• raspoređena prava linija ili kriva (elektromagnetni stator, žica, itd.).

Za tačkasto punjenje, pronalaženje napona je kako slijedi: E=k*q/r 2, gdje je k=9*10 9

Kada je tijelo izloženo više izvora, napetost u jednoj tački će biti jednaka vektorskom zbiru potencijala. Kada distribuirani izvor djeluje, on se izračunava efektivnim integralom za cijelo područje distribucije.

Karakteristika se može promijeniti tokom vremena zbog promjena u nabojima. Vrijednost ostaje konstantna samo za elektrostatičko polje. To je jedna od glavnih karakteristika sile, stoga će za jednolično polje smjer vektora i vrijednost q biti isti u svim koordinatama.

Sa termodinamičke tačke gledišta

Napetost je jedna od glavnih i ključnih karakteristika klasične elektrodinamike. Njegova vrijednost, kao i podaci o električnom naboju i magnetskoj indukciji, čini se da su glavne karakteristike, znajući koje je moguće odrediti parametre gotovo svih elektrodinamičkih procesa. Ona je prisutna i igra važnu ulogu u takvim fundamentalnim konceptima kao što su formula Lorentzove sile i Maxwellove jednačine.

F-Lorenzova sila;

• q – punjenje;
• B – vektor magnetne indukcije;
• C – brzina svjetlosti u vakuumu;
• j – gustina magnetne struje;
• μ 0 – magnetna konstanta = 1,25663706*10 -6;
• ε 0 – električna konstanta jednaka 8,85418781762039*10 -12

Uz vrijednost magnetske indukcije, ovaj parametar je glavna karakteristika elektromagnetnog polja koje emituje naboj. Na osnovu toga, sa stanovišta termodinamike, napon je mnogo važniji od struje ili drugih pokazatelja.

Ovi zakoni su fundamentalni; na njima je izgrađena sva termodinamika. Treba napomenuti da su Amperov zakon i druge ranije formule približne ili opisuju posebne slučajeve. Maxwellovi i Lorencovi zakoni su univerzalni.

Praktični značaj

Koncept napetosti našao je široku primjenu u elektrotehnici. Koristi se za izračunavanje standarda signala, izračunavanje stabilnosti sistema i određivanje uticaja električnog zračenja na elemente koji okružuju izvor.

Glavno područje u kojem je koncept našao široku primjenu su mobilne i satelitske komunikacije, televizijski tornjevi i drugi elektromagnetni emiteri. Poznavanje intenziteta zračenja za ove uređaje nam omogućava da izračunamo parametre kao što su:

• domet radio tornja;
• bezbedna udaljenost od izvora do osobe .

Prvi parametar je izuzetno važan za one koji instaliraju satelitsko televizijsko emitiranje, kao i mobilne komunikacije. Drugi omogućava određivanje prihvatljivih standarda zračenja, čime se štite korisnici od štetnog djelovanja električnih uređaja. Primjena ovih svojstava elektromagnetnog zračenja nije ograničena na komunikacije. Proizvodnja energije, kućanski aparati, a dijelom i proizvodnja mehaničkih proizvoda (na primjer, bojenje pomoću elektromagnetnih impulsa) izgrađeni su na ovim osnovnim principima. Stoga je razumijevanje veličine također važno za proizvodni proces.

Zanimljivi eksperimenti koji vam omogućavaju da vidite sliku linija električnog polja: video

« Fizika - 10. razred"

Prilikom rješavanja zadataka koristeći koncept jakosti električnog polja, prije svega morate znati formule (14.8) i (14.9), koje određuju silu koja djeluje na naboj iz električnog polja i jačinu polja točkastog naboja. Ako polje stvara nekoliko naboja, tada da biste izračunali intenzitet u datoj tački, morate napraviti crtež, a zatim odrediti intenzitet kao geometrijski zbir jačina polja.

Zadatak 1.

Dva identična pozitivna tačkasta naboja nalaze se na udaljenosti r jedno od drugog u vakuumu. Odredite jačinu električnog polja u tački koja se nalazi na istoj udaljenosti r od ovih naboja.

Rješenje.

Prema principu superpozicije polja, željeni intenzitet je jednak geometrijskom zbiru jačina polja koje stvara svako od naelektrisanja (slika 14.17): = 1 + 2.

Veličine jačine polja naelektrisanja jednake su:

Dijagonala paralelograma izgrađenog na vektorima 1 i 2 je jačina rezultujućeg polja, čiji je modul jednak:

Zadatak 2.

Provodna sfera poluprečnika R = 0,2 m, koja nosi naelektrisanje q = 1,8 10 -4 C, nalazi se u vakuumu. Odrediti: 1) modul jačine električnog polja na njegovoj površini; 2) modul jačine električnog polja 1 u tački koja se nalazi na udaljenosti r 1 = 10 m od centra sfere; 3) zatezni modul 0 u centru sfere.

Rješenje.

Električno polje nabijene sfere izvan nje poklapa se s poljem tačkastog naboja. Zbog toga

dakle,

Zadatak 3.

Tačkasti naboj q = 4 10 -10 C uveden je u jednolično električno polje intenziteta E 0 = 3 kN/C. Odredite jačinu električnog polja u tački A, koja se nalazi na udaljenosti r = 3 cm od tačkastog naboja. Segment koji povezuje naboj i tačku A je okomit na linije sile jednolikog električnog polja.

Rješenje.

Prema principu superpozicije, jačina električnog polja u tački A jednaka je vektorskom zbroju jačina jednolikog polja 0 i polja 1 stvorenog u ovoj tački unešenim električnim nabojem. Slika 14.18 prikazuje ova dva vektora i njihov zbir. Prema uslovima zadatka, vektori 0 i 1 su međusobno okomiti. Jačina polja tačkastog naboja

Tada je jačina električnog polja u tački A:

Zadatak 4.

U vrhovima jednakostraničnog trougla sa stranicom a = 3 cm nalaze se tri tačkasta naboja q 1 = q 2 = 10 -9 C, q 3 = -2 10 -9 C. Odredite jačinu električnog polja u centru trokuta u tački O.

Prema principu superpozicije polja, jačina polja u tački O jednaka je vektorskom zbroju jačina polja koje stvara svaki naboj posebno: 0 = 1 + 2 + 3, i Gdje

Slika 14.19 prikazuje vektore napona 1, 2, 3. Prvo dodajte vektore 1 i 2. Kao što se može vidjeti sa slike, ugao između ovih vektora je 120°. Prema tome, modul ukupnog vektora jednak je modulu l 1 l i usmjeren je u istom smjeru kao i vektor 3.

ELEKTRIČNO PUNJENJE. ELEMENTARNE ČESTICE.

Električno punjenje q - fizička veličina koja određuje intenzitet elektromagnetne interakcije.

[q] = l Cl (Coulomb).

Atomi se sastoje od jezgara i elektrona. Jezgro sadrži pozitivno nabijene protone i nenabijene neutrone. Elektroni nose negativan naboj. Broj elektrona u atomu jednak je broju protona u jezgru, tako da je atom u celini neutralan.

Naboj bilo kojeg tijela: q = ±Ne, gdje je e = 1,6*10 -19 C elementarni ili minimalni mogući naboj (naboj elektrona), N- broj suvišnih ili nedostajućih elektrona. U zatvorenom sistemu, algebarski zbir naboja ostaje konstantan:

q 1 + q 2 + … + q n = konst.

Tačkasti električni naboj je nabijeno tijelo čije su dimenzije mnogo puta manje od udaljenosti do drugog naelektriziranog tijela koje s njim djeluje.

Coulombov zakon

Dva stacionarna električna naboja u vakuumu međusobno djeluju sa silama usmjerenim duž prave linije koja povezuje ta naboja; moduli ovih sila su direktno proporcionalni umnošku naboja i obrnuto proporcionalni kvadratu udaljenosti između njih:

Faktor proporcionalnosti

gdje je električna konstanta.

gdje je 12 sila koja djeluje od drugog naboja na prvi, a 21 - od prvog na drugi.

ELEKTRIČNO POLJE. TENZIJA

Činjenica interakcije električnih naboja na udaljenosti može se objasniti prisustvom električnog polja oko njih - materijalnog objekta, kontinuiranog u prostoru i sposobnog da djeluje na druga naboja.

Polje stacionarnih električnih naboja naziva se elektrostatičko.

Karakteristika polja je njegov intenzitet.

Jačina električnog polja u datoj tački je vektor čija je veličina jednaka omjeru sile koja djeluje na pozitivni naboj u tački i veličine ovog naboja, a smjer se poklapa sa smjerom sile.

Jačina polja tačkastog naboja Q na daljinu r jednak

Princip superpozicije polja

Jačina polja sistema naelektrisanja jednaka je vektorskom zbiru jačine polja svakog od naelektrisanja u sistemu:

Dielektrična konstanta okolina je jednaka omjeru jačine polja u vakuumu i u materiji:

Pokazuje koliko puta supstanca slabi polje. Coulombov zakon za dva boda q I Q, nalazi se na udaljenosti r u mediju sa dielektričnom konstantom:

Jačina polja na daljinu r od naplate Q jednak

POTENCIJALNA ENERGIJA NAPUNJENOG TIJELA U HOMOGENOM ELEKTROSTATIČKOM POLJU

Između dvije velike ploče, nabijene suprotnim predznacima i smještene paralelno, postavljamo tačkasti naboj q.

Budući da je električno polje između ploča ujednačenog intenziteta, sila djeluje na naboj u svim tačkama F = qE, koji, kada pomiče naboj na daljinu, radi

Ovaj rad ne zavisi od oblika putanje, odnosno kada se naelektrisanje kreće q duž proizvoljne linije L posao će biti isti.

Rad elektrostatičkog polja za pokretanje naelektrisanja ne zavisi od oblika putanje, već je određen isključivo početnim i konačnim stanjem sistema. Ona je, kao iu slučaju gravitacionog polja, jednaka promjeni potencijalne energije, uzete sa suprotnim predznakom:

Iz poređenja s prethodnom formulom jasno je da je potencijalna energija naboja u jednoličnom elektrostatičkom polju jednaka:

Potencijalna energija zavisi od izbora nultog nivoa i stoga sama po sebi nema duboko značenje.

POTENCIJAL I NAPON ELEKTROSTATSKOG POLJA

Potencijal je polje čije djelovanje pri kretanju od jedne točke polja do druge ne ovisi o obliku putanje. Potencijalna polja su polje gravitacije i elektrostatičko polje.

Rad potencijalnog polja jednak je promjeni potencijalne energije sistema, uzetoj sa suprotnim predznakom:

Potencijal- omjer potencijalne energije naboja u polju i veličine ovog naboja:

Potencijal uniformnog polja je jednak

Gdje d- udaljenost mjerena od nekog nultog nivoa.

Potencijalna energija interakcije naboja q sa poljem je jednako .

Dakle, rad polja za pomicanje naboja iz tačke s potencijalom φ 1 u tačku s potencijalom φ 2 je:

Ta veličina se naziva razlika potencijala ili napon.

Razlika napona ili potencijala između dvije tačke je omjer rada električnog polja da pomjeri naboj od početne do krajnje tačke i veličine ovog naboja:

[U]=1J/C=1V

SNAGA POLJA I RAZLIKA POTENCIJALA

Prilikom pomicanja punjenja q duž linije električnog polja intenziteta na udaljenosti Δ d polje radi

Pošto po definiciji dobijamo:

Stoga je jačina električnog polja jednaka

Dakle, jačina električnog polja jednaka je promjeni potencijala pri kretanju duž linije polja po jedinici dužine.

Ako se pozitivni naboj kreće u smjeru linije polja, tada se smjer sile poklapa sa smjerom kretanja, a rad polja je pozitivan:

Tada se, odnosno, napetost usmjerava ka smanjenju potencijala.

Napon se mjeri u voltima po metru:

[E]=1 B/m

Jačina polja je 1 V/m ako je napon između dvije tačke dalekovoda koji se nalaze na udaljenosti od 1 m 1 V.

ELEKTRIČNI KAPACITET

Ako naelektrisanje merimo nezavisno Q, saopćeno tijelu, i njegov potencijal φ, onda možemo naći da su oni direktno proporcionalni jedni drugima:

Vrijednost C karakterizira sposobnost provodnika da akumulira električni naboj i naziva se električni kapacitet. Električni kapacitet vodiča ovisi o njegovoj veličini, obliku, kao i o električnim svojstvima medija.

Električni kapacitet dva vodiča je omjer naboja jednog od njih i potencijalne razlike između njih:

Kapacitet tijela je 1 F, ako kada mu se da naboj od 1 C, on dobije potencijal od 1 V.

CAPACITORS

Kondenzator- dva provodnika odvojena dielektrikom, koji služe za akumulaciju električnog naboja. Naelektrisanje kondenzatora se podrazumeva kao modul naelektrisanja jedne od njegovih ploča ili ploča.

Sposobnost kondenzatora da akumulira naboj karakterizira električni kapacitet, koji je jednak omjeru napunjenosti kondenzatora i napona:

Kapacitet kondenzatora je 1 F ako je pri naponu od 1 V njegov naboj 1 C.

Kapacitet paralelnog pločastog kondenzatora je direktno proporcionalan površini ploča S, dielektrična konstanta medija, i obrnuto je proporcionalna udaljenosti između ploča d:

ENERGIJA NAPUNJENOG KONDENZATORA.

Točni eksperimenti to pokazuju W=CU 2 /2

Jer q = CU, To

Gustina energije električnog polja

Gdje V = Sd je zapremina koju zauzima polje unutar kondenzatora. S obzirom da je kapacitet paralelnog pločastog kondenzatora

i napon na njegovim pločama U=Ed

dobijamo:

Primjer. Elektron, koji se kreće u električnom polju od tačke 1 do tačke 2, povećao je svoju brzinu sa 1000 na 3000 km/s. Odredite razliku potencijala između tačaka 1 i 2.

Fizička priroda električnog polja i njegov grafički prikaz. U prostoru oko električno nabijenog tijela postoji električno polje, koje je vrsta materije. Električno polje ima rezervu električne energije, koja se očituje u obliku električnih sila koje djeluju na nabijena tijela u polju.

Rice. 4. Najjednostavnija električna polja: a – pojedinačna pozitivna i negativna naelektrisanja; b – dva suprotna naelektrisanja; c – dva naboja istog imena; d – dvije paralelne i suprotno nabijene ploče (jednako polje)

Električno polje konvencionalno prikazan u obliku električnih linija sile, koje pokazuju smjerove djelovanja električnih sila koje stvara polje. Uobičajeno je da se linije sile usmjeravaju u smjeru u kojem bi se pozitivno nabijena čestica kretala u električnom polju. Kao što je prikazano na sl. 4, električne linije sile odstupaju u različitim smjerovima od pozitivno nabijenih tijela i konvergiraju kod tijela s negativnim nabojem. Polje koje stvaraju dvije ravne suprotno nabijene paralelne ploče (slika 4, d) naziva se uniformno.
Električno polje se može učiniti vidljivim stavljanjem u njega čestica gipsa suspendovanih u tečnom ulju: one rotiraju duž polja, pozicionirane duž njegovih linija sile (slika 5).

Jačina električnog polja. Električno polje djeluje na naboj q koji je u njega uveden (slika 6) određenom silom F. Slijedom toga, intenzitet električnog polja može se suditi po vrijednosti sile kojom je određeni električni naboj, uzet kao jedinica, se privlači ili odbija. U elektrotehnici, intenzitet polja karakteriše jačina električnog polja E. Intenzitet se podrazumeva kao odnos sile F koja deluje na naelektrisano telo u datoj tački polja i naelektrisanja q ovog tela:

E=F/q(1)

Polje sa velikim tenzija E je grafički prikazan linijama sile velike gustine; polje niskog intenziteta - slabo locirane linije sile. Kako se udaljavate od nabijenog tijela, linije električnog polja se rjeđe lociraju, tj. jačina polja opada (vidi slike 4 a, b i c). Samo u jednoličnom električnom polju (vidi sliku 4, d) intenzitet je isti u svim njegovim tačkama.

Električni potencijal. Električno polje ima određenu količinu energije, odnosno sposobnost za rad. Kao što znate, energija se može skladištiti i u oprugi, za što je treba stisnuti ili rastegnuti. Zahvaljujući ovoj energiji može se dobiti određeni rad. Ako se otpusti jedan od krajeva opruge, moći će pomjeriti tijelo povezano s ovim krajem na određenu udaljenost. Na isti način, energija električnog polja može se ostvariti ako se u njega unese neki naboj. Pod uticajem sila polja, ovo punjenje će se kretati u pravcu linija sile, vršeći određenu količinu posla.
Za karakterizaciju energije pohranjene u svakoj tački električnog polja uveden je poseban koncept - električni potencijal. Električni potencijal? polje u datoj tački jednako je radu koji sile ovog polja mogu obaviti pri pomicanju jedinice pozitivnog naboja iz ove tačke izvan polja.
Koncept električnog potencijala sličan je konceptu nivoa za različite tačke na zemljinoj površini. Očigledno, da bi se lokomotiva podigla do tačke B (slika 7), mora se uložiti više posla nego da se podigne do tačke A. Stoga će lokomotiva podignuta na nivo H2 moći da obavi više posla tokom spuštanja nego lokomotiva podignuta na nivo H2. nivo H2 Nulti nivo od kojeg se mjeri visina obično se uzima kao nivo mora.

Na isti način, potencijal koji Zemljina površina ima konvencionalno se uzima kao nulti potencijal.
Električni napon. Različite tačke u električnom polju imaju različite potencijale. Obično nas malo zanima apsolutna vrijednost potencijala pojedinih tačaka električnog polja, ali nam je vrlo važno znati razliku potencijala?1-?2 između dvije tačke polja A i B (slika 8) . Razlika potencijala ?1 i ?2 dvije tačke polja karakterizira rad utrošen silama polja da pomjere jedinični naboj iz jedne tačke polja sa višim potencijalom u drugu tačku sa nižim potencijalom. Na isti način, u praksi nas malo zanimaju apsolutne visine H1 i H2 tačaka A i B iznad nivoa mora (vidi sliku 7), ali nam je važno da znamo razliku u nivoima I između ovih tačke, budući da je uspon lokomotive od tačke A do tačke B potrebno uložiti rad u zavisnosti od vrednosti R. Razlika potencijala između dve tačke polja naziva se električni napon. Električni napon je označen slovom U (u). Numerički je jednak omjeru rada W koji treba utrošiti na pomicanje pozitivnog naboja q iz jedne tačke polja u drugu do ovog naboja, tj.

U = W/q(2)

Posljedično, napon U koji djeluje između različitih tačaka električnog polja karakterizira energiju pohranjenu u ovom polju, koja se može osloboditi pomicanjem električnih naboja između ovih tačaka.
Električni napon je najvažnija električna veličina koja omogućava izračunavanje rada i snage razvijene kada se naboji kreću u električnom polju. Jedinica za električni napon je volt (V). U tehnologiji, napon se ponekad mjeri u hiljaditim dijelovima volta - milivoltima (mV) i milionitim dijelovima volta - mikrovoltima (μV). Za mjerenje visokih napona koriste se veće jedinice - kilovolti (kV) - hiljade volti.
Jačina električnog polja za jednolično polje je omjer električnog napona koji djeluje između dvije tačke polja i udaljenosti l između ovih tačaka:

E=U/l(3)

Jačina električnog polja mjeri se u voltima po metru (V/m). Pri jačini polja od 1 V/m, sila od 1 njutn (1 N) djeluje na naboj od 1 C. U nekim slučajevima se koriste veće jedinice jačine polja V/cm (100 V/m) i V/mm (1000 V/m).

Coulombov zakon

Point charge

0 one.

Nacrtajmo radijus vektor r r od naplate q To q r r. Jednako je r r /r.

Odnos moći F q tenzija i označeno sa E r. onda:

1 N/Kl = 1 / 1 Kl, one. 1 N/Cl-

Jačina polja tačkastog naboja.

Hajde da pronađemo napetost E elektrostatičko polje stvoreno tačkastim nabojem q, koji se nalazi u homogenom izotropnom dielektriku, u tački udaljenoj od njega, na udaljenosti r. Hajde da mentalno postavimo probno punjenje u ovom trenutku q 0 . Onda .

Odavde to dobijamo

radijus vektor izvučen iz naboja q do tačke u kojoj je određena jačina polja. Iz posljednje formule slijedi da je modul jačine polja:

Dakle, modul intenziteta u bilo kojoj tački elektrostatičkog polja stvorenog tačkastim nabojem u vakuumu proporcionalan je veličini naboja i obrnuto proporcionalan kvadratu udaljenosti od naboja do tačke u kojoj je određen intenzitet .

Superpozicija polja

Ako je električno polje stvoreno sistemom tačkastih naelektrisanja, onda je njegov intenzitet jednak vektorskom zbiru jačina polja koje stvara svaki naboj posebno, tj. . Ovaj omjer se zove princip superpozicije (preklapanja) polja. Iz principa superpozicije polja takođe sledi da je potencijal ϕ koji stvara sistem tačkastih naelektrisanja u određenoj tački jednak algebarskom zbiru potencijala koje u istoj tački stvara svako naelektrisanje posebno, tj. Predznak potencijala se poklapa sa predznakom naboja qi individualne naknade sistema.

Zatezne linije

Za vizualni prikaz električnog polja koristite linije napetosti ili dalekovodi , tj. linije, u čijoj je tački vektor intenziteta električnog polja usmjeren tangencijalno na njih. Ovo se najlakše može razumjeti koristeći primjer jednolično elektrostatičko polje, one. polja, u svakoj tački čiji je intenzitet isti po veličini i pravcu. U ovom slučaju, zatezne linije se crtaju tako da je broj linija F E, prolazeći kroz jediničnu površinu ravne površine S, koji se nalazi okomito na ove

linije, bio bi jednak modulu E jačina ovog polja, tj.

Ako polje nije jednolično, potrebno je odabrati elementarno područje dS, okomito na zatezne linije, unutar kojih se jačina polja može smatrati konstantnom.

Gdje dF E je broj zateznih linija koje prodiru u ovo područje, tj. Modul jakosti električnog polja jednak je broju linija intenziteta po jedinici površine lokacije koja je okomita na njega.

Gaussova teorema

Teorema: protok jakosti elektrostatičkog polja kroz bilo koju zatvorenu površinu jednak je algebarskom zbiru naelektrisanja sadržanih u njoj, podijeljenom s električnom konstantom i dielektričnom konstantom medija.

Ako se integracija vrši preko cijelog volumena V, duž koje se raspoređuje naboj. Zatim, sa kontinuiranom distribucijom naboja na nekoj površini S 0 Gaussova teorema se piše kao:

U slučaju volumetrijske raspodjele:

Gaussova teorema povezuje veličinu naboja i jačinu polja koje stvara. Ovo određuje značaj ove teoreme u elektrostatici, jer vam omogućava da izračunate intenzitet, znajući lokaciju naboja u prostoru.

Cirkulacija električnog polja.

Iz izraza

takođe sledi da kada se naelektrisanje prenosi po zatvorenoj putanji, tj. kada se naelektrisanje vrati u prvobitni položaj, r 1 = r 2 i A 12 = 0. Onda hajde da pišemo

Sila koja djeluje na naboj q 0, jednako . Stoga posljednju formulu prepisujemo u formu

Nosti elektrostatičko polje po pravcu Deljenje obe strane ove jednakosti sa q 0 , nalazimo:

Prva jednakost je cirkulacija jačine električnog polja .

Kondenzatori

Kondenzatori su dva provodnika, vrlo blizu jedan drugom i razdvojeni dielektričnim slojem. Električni kapacitet kondenzatora je sposobnost kondenzatora da akumulira naboje na sebi. one. Kapacitet kondenzatora je fizička veličina, jednak omjeru naboja kondenzatora i potencijalne razlike između njegovih ploča. Kapacitet kondenzatora, kao i kapacitivnost provodnika, mjeri se u faradima (F): 1 F je kapacitet takvog kondenzatora, kada mu se dodijeli naboj od 1 C, razlika potencijala između njegovih ploča mijenja se za 1 V.

Električna energija polja

Energija naelektrisanih vodiča pohranjena je u obliku električnog polja. Stoga je preporučljivo to izraziti kroz napetost koja karakteriše ovo polje. Ovo je najlakše učiniti za kondenzator s paralelnim pločama. U ovom slučaju, gdje d- razmak između ploča, i . Ovdje je ε0 električna konstanta, ε je dielektrična konstanta dielektrika koji ispunjava kondenzator, S- površina svakog poklopca. Zamjenom ovih izraza dobijamo Evo V = Sd- zapremina koju zauzima polje jednaka je zapremini kondenzatora.

Rad i strujna snaga.

Rad električne struje je rad koji obavljaju sile električnog polja stvorenog u električnom kolu pri kretanju naboja duž ovog kola.

Neka se na krajeve vodiča primjenjuje konstantna razlika potencijala (napon). U =ϕ1− ϕ2.

A = q(ϕ1−ϕ2) = qU.

Uzimajući ovo u obzir, dobijamo

Primjena Ohmovog zakona na homogeni dio kola

U = IR, Gdje R- otpor provodnika, pišemo:

A = I 2 Rt.

Posao A, završeno u roku t, biće jednak zbiru elementarnih radova, tj.

Po definiciji, snaga električne struje je jednaka P = A/t. onda:

U SI sistemu jedinica, rad i snaga električne struje mjere se u džulima, odnosno vatima.

Joule-Lenzov zakon.

Elektroni koji se kreću u metalu pod utjecajem električnog polja, kao što je već napomenuto, neprekidno se sudaraju s ionima kristalne rešetke, prenoseći im svoju kinetičku energiju uređenog kretanja. To dovodi do povećanja unutrašnje energije metala, tj. na njegovo zagrevanje. Prema zakonu održanja energije, sav rad koji obavlja struja A ide na oslobađanje količine topline Q, tj. Q = A. Nalazimo da se ova relacija zove Jouleov zakon − Lenz .

Zakon ukupne struje.

Cirkulacija indukcije magnetskog polja duž proizvoljnog zatvorenog kola jednaka je proizvodu magnetne konstante, magnetske permeabilnosti i algebarskog zbroja struja koje pokriva ovaj krug.

Jačina struje se može pronaći pomoću gustine struje j:

Gdje S- površina poprečnog presjeka provodnika. Tada se zakon ukupne struje piše kao:

Magnetski fluks.

Magnetni tok kroz neku površinu nazovite broj linija magnetne indukcije koje prodiru kroz njega.

Neka postoji površina s površinom od S. Da bismo pronašli magnetni tok kroz njega, mentalno podijelimo površinu na elementarne površine s površinom dS, koji se mogu smatrati ravnim, a polje unutar njih je jednolično. Zatim elementarni magnetni fluks dF B kroz ovu površinu je jednako:

Magnetski tok kroz cijelu površinu jednak je zbiru ovih fluksova: , tj.

. U SI jedinicama, magnetni fluks se mjeri u webers (Wb).

Induktivnost.

Neka jednosmjerna struja teče kroz zatvoreno kolo sa silom I. Ova struja stvara magnetsko polje oko sebe, koje prožima područje koje pokriva provodnik, stvarajući magnetni tok. Poznato je da magnetni fluks F B je proporcionalan veličini indukcije magnetskog polja B, a modul indukcije magnetnog polja koje nastaje oko provodnika sa strujom je proporcionalan jačini struje I. Stoga F B ~B~I, tj. F B =LI.

Koeficijent proporcionalnosti L između jačine struje i magnetskog fluksa stvorenog ovom strujom kroz područje ograničeno vodičem, zvao induktivnost provodnika .

U SI jedinicama, induktivnost se mjeri u henriju (H).

Induktivnost solenoida.

Razmotrimo induktivnost solenoida s dužinom l, sa poprečnim presjekom S i sa ukupnim brojem okreta N, ispunjen supstancom magnetske permeabilnosti μ. U ovom slučaju uzimamo solenoid takve dužine da se može smatrati beskonačno dugim. Kada kroz njega teče struja sa silom I unutar njega se stvara jednolično magnetsko polje, usmjereno okomito na ravnine zavoja. Modul magnetske indukcije ovog polja nalazi se po formuli

B=μ0μ nI,

Magnetski fluks F B kroz bilo koji okret solenoida je jednako F B= B.S.(vidi (29.2)), a ukupni Ψ fluks kroz sve zavoje solenoida će biti jednak zbiru magnetnih tokova kroz svaki zavoj, tj. Ψ = NF B= N.B.S..

N = nl, dobijamo: Ψ = μ0μ = n 2 lSI =μ0μ n 2 VI

Dolazimo do zaključka da je induktivnost solenoida jednaka:

L =μμ0 n 2 V

Energija magnetnog polja.

Neka jednosmjerna struja teče u električnom kolu sa silom I. Ako isključite izvor struje i zatvorite strujni krug (prekidač P premjestiti na poziciju 2 ), tada će u njemu neko vrijeme teći opadajuća struja zbog emf. samoindukcija .

Elementarni rad od strane emf. samoinduktivnost za prijenos elementarnog naboja duž strujnog kola dq = Idt, jednako Struja varira od I do 0. Stoga, integrišući ovaj izraz u naznačenim granicama, dobijamo rad koji je izvršio emf. samoindukcija tokom vremena tokom kojeg magnetno polje nestaje: . Ovaj rad se troši na povećanje unutrašnje energije provodnika, tj. da ih zagreje. Završetak ovog posla prati i nestanak magnetnog polja koje je prvobitno postojalo oko provodnika.

Energija magnetskog polja koja postoji oko provodnika sa strujom jednaka je

W B =LI 2 / 2.

mi to shvatamo

Magnetno polje unutar solenoida je jednolično. Dakle, volumetrijska gustina energije w B magnetsko polje, tj. energija po jedinici zapremine polja unutar solenoida je jednaka .

Vortex električni polje.

Iz Faradejevog zakona za elektromagnetnu indukciju to slijedi sa bilo kojom promjenom magnetskog fluksa koja prodire u područje koje pokriva provodnik, u njemu se pojavljuje emf. indukcija, pod čijim se utjecajem pojavljuje indukcijska struja u vodiču ako je vodič zatvoren.

Da objasnim emf. Maxwell je indukcijom pretpostavio da naizmjenično magnetno polje stvara električno polje u okolnom prostoru. Ovo polje djeluje na slobodne naboje provodnika, dovodeći ih u uređeno kretanje, tj. stvaranje indukovane struje. Dakle, zatvoreni vodljivi krug je vrsta indikatora uz pomoć kojeg se detektira ovo električno polje. Označimo jačinu ovog polja sa E r. Tada e.m.f. indukcija

poznato je da je cirkulacija jakosti elektrostatičkog polja nula, tj.

Iz toga slijedi da tj. električno polje pobuđeno magnetnim poljem koje se mijenja s vremenom je vrtložno polje(nije potencijalno).

Treba napomenuti da linije jačine električnog polja počinju i završavaju se na nabojima koji stvaraju polje, a linije jačine vrtložnog električnog polja su uvijek zatvorene.

Bias current

Maxwell je pretpostavio da naizmjenično magnetsko polje stvara vrtložno električno polje. On je takođe napravio suprotnu pretpostavku: naizmjenično električno polje bi trebalo uzrokovati pojavu magnetnog polja. Kasnije su ove dvije hipoteze dobile eksperimentalnu potvrdu u Hertzovim eksperimentima. Pojava magnetnog polja kada se električno polje promijeni može se protumačiti kao da se električna struja pojavljuje u svemiru. Ovu struju je nazvao Maxwell struja pomaka .

Struja pomaka se može pojaviti ne samo u vakuumu ili dielektriku, već i u vodičima kroz koje teče naizmjenična struja. Međutim, u ovom slučaju je zanemariva u poređenju sa strujom provodljivosti.

Maxwell je uveo koncept ukupne struje. Force I ukupna struja jednaka je zbiru sila I at I cm struje provodljivosti i pomaka, tj. I= I pr + I vidi Dobijamo:

Maxwellova jednadžba.

Prva jednadžba.

Iz ove jednačine slijedi da je izvor električnog polja magnetsko polje koje se mijenja tokom vremena.

Maxwellova druga jednačina.

Druga jednadžba. Potpuno važeći zakon Ova jednadžba pokazuje da se magnetsko polje može stvoriti bilo pokretnim nabojima (električna struja) ili naizmjeničnim električnim poljem.

Oscilacije.

Oscilacije su pozvani procesi koje karakteriše određena ponovljivost tokom vremena. Proces širenja vibracija u prostoru pozvao talas . Zove se svaki sistem koji može oscilirati ili u kojem se oscilacije mogu pojaviti vibracijski . Oscilacije koje se javljaju u oscilatornom sistemu koji je van ravnoteže i predstavljen sam sebi nazivaju se slobodne vibracije .

Harmonične vibracije.

Harmonične oscilacije su oscilacije u kojima se oscilirajuća fizička veličina mijenja po zakonu Sin ili Cos. Amplituda - ovo je najveća vrijednost koju fluktuirajuća količina može poprimiti. Jednačine harmonijskih vibracija: i

ista stvar samo sa sinusom. Period neprigušenih oscilacija se naziva vrijeme jedne potpune oscilacije. Broj oscilacija izvedenih u jedinici vremena se naziva frekvencija vibracija . Frekvencija oscilacije se mjeri u hercima (Hz).

Oscilatorno kolo.

Električno kolo koje se sastoji od induktivnosti i kapacitivnosti naziva se oscilatorno kolo

Ukupna energija elektromagnetskih oscilacija u kolu je konstantna vrijednost, baš kao i ukupna energija mehaničkih oscilacija.

Kada okleva, uvek će baciti. energija se pretvara u potencijal i obrnuto.

Energija W oscilatorno kolo se sastoji od energije W Električno polje i energija kondenzatora E W B induktivnost magnetnog polja

Prigušene oscilacije.

Procesi opisani jednadžbom može se smatrati oscilatornim. Oni se nazivaju prigušene oscilacije . Najkraći vremenski period T, kroz koje se maksimumi (ili minimumi) ponavljaju se zove period prigušenih oscilacija. Izraz se smatra amplitudom prigušenih oscilacija. Magnituda A 0 predstavlja amplitudu oscilacije u trenutku t = 0, tj. ovo je početna amplituda prigušenih oscilacija. Vrijednost β, od koje ovisi smanjenje amplitude, naziva se koeficijent slabljenja .

One. Koeficijent prigušenja je obrnuto proporcionalan vremenu tokom kojeg se amplituda prigušenih oscilacija smanjuje za faktor e.

Talasi.

Wave- Ovo proces širenja oscilacija (poremećaja) u prostoru.

Površina prostora, unutar kojih se javljaju vibracije, zvao talasno polje .

Površina, odvaja talasno polje od regiona, gde još nema oklevanja, zvao talasni front .

Linije, duž koje se širi talas, su pozvani zraci .

Zvučni talasi.

Zvuk je vibracija zraka ili drugog elastičnog medija koje opažaju naši slušni organi. Zvučne vibracije koje opaža ljudsko uho imaju frekvencije u rasponu od 20 do 20.000 Hz. Oscilacije sa frekvencijama manjim od 20 Hz nazivaju se infrasonic i više od 20 kHz - ultrazvučni .

Karakteristike zvuka. Zvuk obično povezujemo sa njegovom slušnom percepcijom, sa senzacijama koje se javljaju u ljudskom umu. U tom smislu mogu se izdvojiti tri glavne karakteristike: visina, kvaliteta i zapremina.

Fizička veličina koja karakteriše visinu zvuka je frekvencija zvučnog talasa.

Da bi se okarakterisao kvalitet zvuka u muzici, koriste se termini tembar ili tonska boja zvuka. Kvalitet zvuka se može povezati s fizički mjerljivim veličinama. Određuje se prisustvom prizvuka, njihovim brojem i amplitudama.

Jačina zvuka povezana je sa fizički izmjerenom veličinom - intenzitetom vala. Mjereno u belima.

Zakoni toplotnog zračenja

Stefan-Boltzmannov zakon- zakon zračenja crnog tijela. Određuje ovisnost snage zračenja apsolutno crnog tijela o njegovoj temperaturi. Izjava zakona:

Kirchhoffov zakon zračenja

Omjer emisivnosti bilo kojeg tijela i njegovog apsorpcionog kapaciteta je isti za sva tijela na datoj temperaturi za datu frekvenciju i ne ovisi o njihovom obliku i kemijskoj prirodi.

Talasna dužina na kojoj je energija zračenja potpuno crnog tijela najveća je određena pomoću Bečki zakon pomeranja: Gdje T je temperatura u Kelvinima, a λ max je talasna dužina sa maksimalnim intenzitetom u metrima.

Struktura atoma.

Eksperimenti Rutherforda i njegovih kolega doveli su do zaključka da se u središtu atoma nalazi gusto, pozitivno nabijeno jezgro, čiji promjer ne prelazi 10 -14 -10 -15 m.

Proučavajući raspršivanje alfa čestica pri prolasku kroz zlatnu foliju, Rutherford je došao do zaključka da je sav pozitivan naboj atoma koncentrisan u njihovom središtu u vrlo masivnom i kompaktnom jezgru. I negativno nabijene čestice (elektroni) kruže oko ovog jezgra. Ovaj model se suštinski razlikovao od Thomsonovog modela atoma, koji je bio široko rasprostranjen u to vrijeme, u kojem je pozitivan naboj ravnomjerno ispunjavao cijeli volumen atoma, a elektroni su bili isprepleteni unutar njega. Nešto kasnije, Rutherfordov model je nazvan planetarnim modelom atoma (zaista je sličan Sunčevom sistemu: teško jezgro je Sunce, a elektroni koji se okreću oko njega su planete).

Atom- najmanji hemijski nedeljivi deo hemijskog elementa, koji je nosilac njegovih svojstava. Atom se sastoji od atomskog jezgra i elektrona. Jezgro atoma sastoji se od pozitivno nabijenih protona i nenabijenih neutrona. Ako se broj protona u jezgri poklapa s brojem elektrona, tada se atom kao cjelina ispostavlja električno neutralnim. Inače, ima neki pozitivan ili negativan naboj i naziva se jon. Atomi se klasifikuju prema broju protona i neutrona u jezgru: broj protona određuje da li atom pripada određenom hemijskom elementu, a broj neutrona određuje izotop tog elementa.

Atomi različitih vrsta u različitim količinama, povezani međuatomskim vezama, formiraju molekule.

pitanja:

1. elektrostatika

2. zakon održanja električnog naboja

3. Coulombov zakon

4. električno polje jačina električnog polja

6. superpozicija polja

7. linije napetosti

8. vektor fluksa jakosti električnog polja

9. Gaussova teorema za elektrostatičko polje

10. Gaussova teorema

11. cirkulacija električnog polja

12. potencijal. Razlika potencijala elektrostatičkog polja

13. Odnos između napona polja i potencijala

14. kondenzatori

15. energija napunjenog kondenzatora

16. energija električnog polja

17. otpor provodnika. Ohmov zakon za dio strujnog kola

18. Ohmov zakon za dio provodnika

19. izvori električne struje. Elektromotorna sila

20. rad i strujna snaga

21. Joule-Lenzov zakon

22. magnetno polje indukcija magnetnog polja

23. zakon ukupne struje

24. magnetni fluks

25. Gaussova teorema za magnetno polje

26. rad na premeštanju provodnika sa strujom u magnetno polje

27. Fenomen indukcije elektromagneta

28. induktivnost

29. induktivnost solenoida

30. fenomen i zakon samoindukcije

31. energija magnetnog polja

32. vrtložno električno polje

33. struja prednapona

34. Maxwellova jednadžba

35. Maxwellova druga jednačina

36. treća i četvrta maxvll jednačina

37. fluktuacije

38. harmonijske vibracije

39. oscilatorno kolo

40. prigušene oscilacije

41. prisilne vibracije. Fenomen rezonancije

43. ravan monohromatska talasna jednačina

44. zvučni talasi

45. talasna i korpuskularna svojstva svjetlosti

46. ​​Toplotno zračenje i njegove karakteristike.

47. Zakoni toplotnog zračenja

48. Struktura atoma.

Coulombov zakon

Interakciona sila se nalazi za takozvana tačkasta naelektrisanja.

Point charge je naelektrisano telo čije su dimenzije zanemarljive u odnosu na udaljenost do drugih naelektrisanih tela sa kojima je u interakciji.

Zakon interakcije tačkastih naelektrisanja otkrio je Coulomb i formuliše ga na sledeći način: modul F interakcijske sile između dva stacionarna naboja q i q 0 je proporcionalan umnošku ovih naboja, obrnuto proporcionalan kvadratu udaljenosti r između njih, one.

gdje je ε0 električna konstanta, ε je dielektrična konstanta koja karakterizira medij. Ova sila je usmjerena duž prave linije koja povezuje naboje. Električna konstanta je ε0 = 8,85⋅10–12 C2/(N⋅m2) ili ε0 = 8,85⋅10–12 F/m, gdje je farad (F) jedinica električnog kapaciteta. Coulombov zakon u vektorskom obliku će biti napisan:

Nacrtajmo radijus vektor r r od naplate q To q 0. Uvedemo jedinični vektor usmjeren u istom smjeru kao i vektor r r. Jednako je r r /r.

Električno polje. jačina električnog polja

Odnos moći F r djeluje na naboj do vrijednosti q 0 ovog naboja je konstantan za sve unesene naboje, bez obzira na njihovu veličinu. Stoga se ovaj omjer uzima kao karakteristika električnog polja u datoj tački. Zovu je tenzija i označeno sa E r. onda:

1 N/Kl = 1 / 1 Kl, one. 1 N/Cl- intenzitet u tački polja u kojoj sila od 1 N djeluje na naelektrisanje od 1 C.