Nabito telo nenehno prenaša del energije in jo pretvarja v drugo stanje, katerega del je električno polje. Napetost je glavna komponenta, ki označuje električni del elektromagnetnega sevanja. Njegova vrednost je odvisna od jakosti toka in deluje kot značilnost moči. Zaradi tega so visokonapetostne žice nameščene na višji višini kot napeljave za nižji tok.

Opredelitev pojma in formula za izračun

Vektor napetosti (E) je sila, ki deluje na neskončno majhen tok v zadevni točki. Formula za določitev parametra je naslednja:

• F je sila, ki deluje na naboj;
• q je znesek obremenitve.

Naboj, ki sodeluje v študiji, se imenuje testni naboj. Moral bi biti nepomemben, da ne bi izkrivljal rezultatov. V idealnih pogojih vlogo q igra pozitron.

Omeniti velja, da je vrednost relativna, njene kvantitativne značilnosti in smer so odvisne od koordinat in se bodo spreminjale s premikom.

Na podlagi Coulombovega zakona je sila, ki deluje na telo, enaka zmnožku potencialov, deljenih s kvadratom razdalje med telesi.

F=q 1* q 2 /r 2

Iz tega sledi, da je intenziteta na določeni točki v prostoru premo sorazmerna s potencialom vira in obratno sorazmerna s kvadratom razdalje med njima. V splošnem, simboličnem primeru je enačba zapisana takole:

Na podlagi enačbe je merska enota za električno polje volt na meter. Enako oznako sprejme sistem SI. Če imate vrednost parametra, lahko izračunate silo, ki bo delovala na telo na preučevani točki, in če poznate silo, lahko najdete jakost električnega polja.

Formula kaže, da je rezultat popolnoma neodvisen od preskusnega naboja. To je nenavadno, ker je ta parameter prisoten v izvirni enačbi. Vendar je to logično, saj je vir glavni, ne testni oddajnik. V realnih pogojih ta parameter vpliva na izmerjene karakteristike in povzroča popačenje, zaradi česar je za idealne pogoje potrebna uporaba pozitrona.

Ker je napetost vektorska količina, ima poleg vrednosti še smer. Vektor je usmerjen od glavnega vira do preučevanega ali od testnega naboja do glavnega. Odvisno je od polarnosti. Če so znaki enaki, potem pride do odbijanja, vektor je usmerjen proti preučevani točki. Če so točke nabite v nasprotnih polaritetah, potem se viri privlačijo. V tem primeru je splošno sprejeto, da je vektor sile usmerjen od pozitivnega vira do negativnega.

Enota

Odvisno od konteksta in uporabe na področjih elektrostatike se električna poljska jakost [E] meri v dveh enotah. To so lahko volt/meter ali newton/coulomb. Zdi se, da je razlog za to zmedo njegova pridobitev iz različnih pogojev in izpeljava merske enote iz uporabljenih formul. V nekaterih primerih je ena od dimenzij namerno uporabljena, da se prepreči uporaba formul, ki delujejo le v posebnih primerih. Koncept je prisoten v temeljnih elektrodinamičnih zakonih, zato je količina osnovna za termodinamiko.

Vir je lahko različnih oblik. Zgoraj opisane formule pomagajo pri iskanju električne poljske jakosti točkastega naboja, vendar so vir lahko druge oblike:

• več neodvisnih materialnih točk;
• porazdeljena ravna črta ali krivulja (stator elektromagneta, žica itd.).

Za točkovni naboj je ugotovitev napetosti naslednja: E=k*q/r 2, kjer je k=9*10 9

Ko je telo izpostavljeno več virom, bo napetost v točki enaka vektorski vsoti potencialov. Ko porazdeljeni vir deluje, se izračuna z efektivnim integralom po celotnem distribucijskem območju.

Značilnost se lahko sčasoma spremeni zaradi sprememb nabojev. Vrednost ostane konstantna samo za elektrostatično polje. To je ena glavnih značilnosti sile, zato bosta za enakomerno polje smer vektorja in vrednost q enaki v vseh koordinatah.

S termodinamičnega vidika

Napetost je ena glavnih in ključnih karakteristik v klasični elektrodinamiki. Njegova vrednost, kot tudi podatki o električnem naboju in magnetni indukciji, se zdijo glavne značilnosti, ob poznavanju katerih je mogoče določiti parametre skoraj vseh elektrodinamičnih procesov. Prisoten je in ima pomembno vlogo v tako temeljnih konceptih, kot sta formula Lorentzove sile in Maxwellove enačbe.

F-Lorenzova sila;

• q – naboj;
• B – vektor magnetne indukcije;
• C – hitrost svetlobe v vakuumu;
• j – gostota magnetnega toka;
• μ 0 – magnetna konstanta = 1,25663706*10 -6;
• ε 0 – električna konstanta enaka 8,85418781762039*10 -12

Ta parameter je poleg vrednosti magnetne indukcije glavna značilnost elektromagnetnega polja, ki ga oddaja naboj. Na podlagi tega je z vidika termodinamike napetost veliko pomembnejša od trenutnih ali drugih indikatorjev.

Ti zakoni so temeljni, na njih temelji vsa termodinamika. Upoštevati je treba, da so Amperov zakon in druge prejšnje formule približne ali opisujejo posebne primere. Maxwellov in Lorentzov zakon sta univerzalna.

Praktični pomen

Koncept napetosti je našel široko uporabo v elektrotehniki. Uporablja se za izračun standardov signala, izračun stabilnosti sistema in določanje vpliva električnega sevanja na elemente, ki obdajajo vir.

Glavno področje, kjer je koncept našel široko uporabo, so celične in satelitske komunikacije, televizijski stolpi in drugi elektromagnetni oddajniki. Poznavanje intenzivnosti sevanja za te naprave nam omogoča izračun parametrov, kot so:

• doseg radijskega stolpa;
• varna razdalja od vira do osebe .

Prvi parameter je izjemno pomemben za tiste, ki nameščajo satelitsko televizijsko oddajanje, pa tudi mobilne komunikacije. Drugi omogoča določanje sprejemljivih standardov sevanja in s tem zaščito uporabnikov pred škodljivimi učinki električnih naprav. Uporaba teh lastnosti elektromagnetnega sevanja ni omejena na komunikacije. Proizvodnja energije, gospodinjski aparati in delno proizvodnja mehanskih izdelkov (na primer barvanje z uporabo elektromagnetnih impulzov) temeljijo na teh osnovnih principih. Tako je razumevanje velikosti pomembno tudi za proizvodni proces.

Zanimivi poskusi, ki vam omogočajo, da vidite sliko električnih silnic: video

« Fizika - 10. razred"

Pri reševanju nalog s konceptom električne poljske jakosti morate najprej poznati formuli (14.8) in (14.9), ki določata silo, ki deluje na naboj iz električnega polja in poljsko jakost točkastega naboja. Če je polje ustvarjeno z več naboji, morate za izračun intenzitete na dani točki narediti risbo in nato določiti intenziteto kot geometrijsko vsoto jakosti polja.

Naloga 1.

Dva enaka pozitivna točkovna naboja se nahajata na razdalji r drug od drugega v vakuumu. Določite električno poljsko jakost v točki, ki je na enaki razdalji r od teh nabojev.

rešitev.

V skladu z načelom superpozicije polja je želena jakost enaka geometrijski vsoti poljskih jakosti, ki jih ustvari vsak od nabojev (slika 14.17): = 1 + 2.

Velikosti poljskih jakosti nabojev so enake:

Diagonala paralelograma, zgrajenega na vektorjih 1 in 2, je jakost nastalega polja, katerega modul je enak:

Naloga 2.

Prevodna krogla s polmerom R = 0,2 m, ki nosi naboj q = 1,8 10 -4 C, je v vakuumu. Določite: 1) modul električne poljske jakosti na njegovi površini; 2) modul električne poljske jakosti 1 v točki, ki se nahaja na razdalji r 1 = 10 m od središča krogle; 3) napetostni modul 0 v središču krogle.

rešitev.

Električno polje nabite krogle zunaj nje sovpada s poljem točkastega naboja. Zato

torej

Naloga 3.

V enakomerno električno polje z jakostjo E 0 = 3 kN/C smo vnesli točkovni naboj q = 4 10 -10 C. Določite električno poljsko jakost v točki A, ki se nahaja na razdalji r = 3 cm od točkovnega naboja. Odsek, ki povezuje naboj in točko A, je pravokoten na silnice enakomernega električnega polja.

rešitev.

Po principu superpozicije je električna poljska jakost v točki A enaka vektorski vsoti jakosti enakomernega polja 0 in polja 1, ki ju na tej točki ustvari vneseni električni naboj. Slika 14.18 prikazuje ta dva vektorja in njuno vsoto. V skladu s pogoji problema sta vektorja 0 in 1 medsebojno pravokotna. Poljska jakost točkovnega naboja

Potem je električna poljska jakost v točki A:

Naloga 4.

V ogliščih enakostraničnega trikotnika s stranico a = 3 cm so trije točkasti naboji q 1 = q 2 = 10 -9 C, q 3 = -2 10 -9 C. Določite jakost električnega polja v središču trikotnika v točki O.

Po principu superpozicije polja je jakost polja v točki O enaka vektorski vsoti jakosti polja, ki jih ustvari vsak naboj posebej: 0 = 1 + 2 + 3 in Kje

Slika 14.19 prikazuje napetostne vektorje 1, 2, 3. Najprej dodajte vektorja 1 in 2. Kot je razvidno iz slike, je kot med tema vektorjema 120°. Posledično je modul skupnega vektorja enak modulu l 1 l in je usmerjen v isto smer kot vektor 3.

ELEKTRIČNI NABOJ. ELEMENTARNI DELCI.

Električni naboj q - fizikalna količina, ki določa intenzivnost elektromagnetne interakcije.

[q] = l Cl (Coulomb).

Atomi so sestavljeni iz jeder in elektronov. Jedro vsebuje pozitivno nabite protone in nenabite nevtrone. Elektroni nosijo negativen naboj. Število elektronov v atomu je enako številu protonov v jedru, zato je atom na splošno nevtralen.

Naboj katerega koli telesa: q = ±Ne, kjer je e = 1,6*10 -19 C osnovni ali najmanjši možni naboj (naboj elektrona), n- število presežnih ali manjkajočih elektronov. V zaprtem sistemu ostaja algebraična vsota nabojev konstantna:

q 1 + q 2 + … + q n = konst.

Točkovni električni naboj je naelektreno telo, katerega dimenzije so mnogokrat manjše od razdalje do drugega naelektrenega telesa, ki z njim deluje.

Coulombov zakon

Dva stacionarna točkovna električna naboja v vakuumu delujeta s silami, usmerjenimi vzdolž ravne črte, ki te naboje povezuje; moduli teh sil so neposredno sorazmerni s produktom nabojev in obratno sorazmerni s kvadratom razdalje med njimi:

Faktor sorazmernosti

kje je električna konstanta.

kjer je 12 sila, ki deluje iz drugega naboja na prvega, in 21 - iz prvega na drugega.

ELEKTRIČNO POLJE. NAPETOST

Dejstvo medsebojnega delovanja električnih nabojev na daljavo je mogoče razložiti s prisotnostjo električnega polja okoli njih - materialnega predmeta, neprekinjenega v prostoru in sposobnega vplivati ​​na druge naboje.

Polje mirujočih električnih nabojev imenujemo elektrostatično.

Značilnost polja je njegova intenzivnost.

Jakost električnega polja v dani točki je vektor, katerega velikost je enaka razmerju sile, ki deluje na točkovni pozitivni naboj, in velikosti tega naboja, smer pa sovpada s smerjo sile.

Poljska jakost točkovnega naboja Q na daljavo r enako

Princip superpozicije polja

Poljska jakost sistema nabojev je enaka vektorski vsoti poljskih jakosti vsakega od nabojev v sistemu:

Dielektrična konstanta okolje je enako razmerju poljskih jakosti v vakuumu in v snovi:

Prikazuje, kolikokrat snov oslabi polje. Coulombov zakon za dvotočkovni naboj q in Q, ki se nahaja na daljavo r v mediju z dielektrično konstanto:

Moč polja na daljavo r od naboja Q enako

POTENCIALNA ENERGIJA NABELEGA TELESA V HOMOGENEM ELEKTROSTATIČNEM POLJU

Med dve veliki plošči, nabiti z nasprotnimi znaki in nameščeni vzporedno, postavimo točkovni naboj q.

Ker je električno polje med ploščama enakomerno jakostno, deluje sila na naboj v vseh točkah F = qE, ki pri premikanju naboja na določeno razdaljo deluje

To delo ni odvisno od oblike trajektorije, to je od gibanja naboja q vzdolž poljubne črte L delo bo isto.

Delo elektrostatičnega polja za premikanje naboja ni odvisno od oblike trajektorije, ampak je določeno izključno z začetnim in končnim stanjem sistema. Tako kot v primeru gravitacijskega polja je enaka spremembi potencialne energije, vzete z nasprotnim predznakom:

Iz primerjave s prejšnjo formulo je jasno, da je potencialna energija naboja v enotnem elektrostatičnem polju enaka:

Potencialna energija je odvisna od izbire ničelne ravni in zato sama po sebi nima globokega pomena.

POTENCIAL IN NAPETOST ELEKTROSTATIČNEGA POLJA

potencial je polje, katerega delovanje pri premikanju iz ene točke polja v drugo ni odvisno od oblike trajektorije. Potencialni polji sta gravitacijsko in elektrostatično polje.

Delo, ki ga opravi potencialno polje, je enako spremembi potencialne energije sistema, vzeto z nasprotnim predznakom:

potencial- razmerje med potencialno energijo naboja v polju in velikostjo tega naboja:

Enotni potencial polja je enak

Kje d- razdalja, merjena od neke ničelne ravni.

Potencialna energija interakcije naboja q s poljem je enako .

Zato je delo polja za premikanje naboja iz točke s potencialom φ 1 v točko s potencialom φ 2:

Količina se imenuje potencialna razlika ali napetost.

Napetost ali potencialna razlika med dvema točkama je razmerje med delom, ki ga opravi električno polje, da premakne naboj od začetne do končne točke, in velikostjo tega naboja:

[U]=1J/C=1V

POLJSKA JAKOST IN POTENCIALNA RAZLIKA

Pri premikanju naboja q vzdolž jakostne črte električnega polja na razdalji Δ d polje deluje

Ker po definiciji dobimo:

Zato je električna poljska jakost enaka

Torej je jakost električnega polja enaka spremembi potenciala pri premikanju vzdolž poljske črte na enoto dolžine.

Če se pozitivni naboj premika v smeri poljske črte, potem smer sile sovpada s smerjo gibanja in delo polja je pozitivno:

Takrat je torej napetost usmerjena proti zmanjševanju potenciala.

Napetost se meri v voltih na meter:

[E]=1 B/m

Poljska jakost je 1 V/m, če je napetost med dvema točkama daljnovoda, ki sta oddaljeni 1 m, 1 V.

ELEKTRIČNA KAPACITETA

Če merimo naboj samostojno Q, sporočen telesu, in njegov potencial φ, potem lahko ugotovimo, da sta neposredno sorazmerna drug z drugim:

Vrednost C označuje sposobnost prevodnika, da akumulira električni naboj in se imenuje električna kapacitivnost. Električna zmogljivost prevodnika je odvisna od njegove velikosti, oblike, pa tudi od električnih lastnosti medija.

Električna zmogljivost dveh prevodnikov je razmerje med nabojem enega od njiju in potencialno razliko med njima:

Zmogljivost telesa je 1 F, če ob naboju 1 C pridobi potencial 1 V.

KONDENZATORJI

Kondenzator- dva prevodnika, ločena z dielektrikom, ki služita za kopičenje električnega naboja. Naboj kondenzatorja razumemo kot modul naboja ene od njegovih plošč ali plošč.

Za sposobnost kondenzatorja, da kopiči naboj, je značilna električna kapaciteta, ki je enaka razmerju napolnjenosti kondenzatorja z napetostjo:

Kapacitivnost kondenzatorja je 1 F, če je pri napetosti 1 V njegov naboj 1 C.

Kapacitivnost vzporednega ploščnega kondenzatorja je neposredno sorazmerna s površino plošč S, dielektrična konstanta medija in je obratno sorazmerna z razdaljo med ploščama d:

ENERGIJA NABLJENEGA KONDENZATORJA.

To kažejo natančni poskusi W=CU 2 /2

Ker q = CU, To

Energijska gostota električnega polja

Kje V = Sd je prostornina, ki jo zaseda polje znotraj kondenzatorja. Ob upoštevanju, da je kapacitivnost kondenzatorja z vzporednimi ploščami

in napetost na njegovih ploščah U=Ed

dobimo:

Primer. Elektron, ki se giblje v električnem polju od točke 1 do točke 2, je povečal svojo hitrost s 1000 na 3000 km/s. Določite potencialno razliko med točkama 1 in 2.

Fizikalna narava električnega polja in njegova grafična predstavitev. V prostoru okoli električno nabitega telesa je električno polje, ki je vrsta materije. Električno polje ima zalogo električne energije, ki se kaže v obliki električnih sil, ki delujejo na naelektrena telesa v polju.

riž. 4. Najenostavnejša električna polja: a – enojni pozitivni in negativni naboji; b – dva nasprotna naboja; c – dva istoimenska naboja; d – dve vzporedni in nasprotno nabiti plošči (enakomerno polje)

Električno polje konvencionalno upodobljen v obliki električnih silnic, ki prikazujejo smeri delovanja električnih sil, ki jih ustvarja polje. Običajno je usmeriti silnice v smeri, v kateri bi se gibal pozitivno nabit delec v električnem polju. Kot je prikazano na sl. Kot je prikazano na sliki 4, električne silnice odhajajo v različnih smereh od pozitivno nabitih teles in se stekajo pri telesih z negativnim nabojem. Polje, ki ga ustvarita dve ravno nasprotno nabiti vzporedni plošči (slika 4, d), se imenuje enakomerno.
Električno polje lahko naredimo vidno tako, da vanj vstavimo delce sadre, suspendirane v tekočem olju: ti se vrtijo vzdolž polja, nameščeni vzdolž njegovih silnic (slika 5).

Električna poljska jakost. Električno polje deluje na vneseni naboj q (slika 6) z določeno silo F. Posledično lahko intenzivnost električnega polja ocenimo z vrednostjo sile, s katero določen električni naboj, vzet kot enota, se privlači ali odbija. V elektrotehniki je jakost polja označena z električno poljsko jakostjo E. Intenzivnost razumemo kot razmerje med silo F, ki deluje na naelektreno telo v dani točki polja, in nabojem q tega telesa:

E=F/q(1)

Polje z velikim napetost E je grafično prikazan s silnicami velike gostote; polje z nizko intenzivnostjo - redko locirane silnice. Ko se oddaljite od nabitega telesa, se silnice električnega polja redkeje nahajajo, to pomeni, da se poljska jakost zmanjša (glej sliko 4 a, b in c). Samo v enakomernem električnem polju (glej sliko 4, d) je intenzivnost enaka na vseh svojih točkah.

Električni potencial. Električno polje ima določeno količino energije, to je sposobnost opravljanja dela. Kot veste, je lahko energija shranjena tudi v vzmeti, za kar jo je treba stisniti ali raztegniti. Zaradi te energije je mogoče dobiti določeno delo. Če enega od koncev vzmeti sprostimo, bo lahko premaknila s tem koncem povezano telo za določeno razdaljo. Na enak način se lahko realizira energija električnega polja, če vanj vnesemo nekaj naboja. Pod vplivom sil polja se bo ta naboj premaknil v smeri silnic in pri tem opravil določeno količino dela.
Za karakterizacijo energije, shranjene v vsaki točki električnega polja, je bil uveden poseben koncept - električni potencial. Električni potencial? polje na dani točki je enako delu, ki ga lahko opravijo sile tega polja, ko premaknejo enoto pozitivnega naboja iz te točke izven polja.
Koncept električnega potenciala je podoben konceptu ravni za različne točke na zemeljski površini. Očitno je treba za dvig lokomotive do točke B (slika 7) porabiti več dela kot za dvig do točke A. Zato bo lokomotiva, dvignjena na nivo H2, med spuščanjem lahko opravila več dela kot lokomotiva, dvignjena na raven H2 Ničelna raven, od katere se meri višina, se običajno šteje za gladino morja.

Na enak način se potencial, ki ga ima zemeljsko površje, običajno šteje za ničelni potencial.
Električna napetost. Različne točke v električnem polju imajo različne potenciale. Običajno nas absolutna vrednost potencialov posameznih točk električnega polja malo zanima, vendar je za nas zelo pomembno, da poznamo potencialno razliko?1-?2 med dvema točkama polja A in B (slika 8). . Potencialna razlika ?1 in ?2 dveh točk polja označuje delo, ki ga silnice polja porabijo za premik enote naboja iz ene točke polja z višjim potencialom na drugo točko z nižjim potencialom. Na enak način nas v praksi malo zanimajo absolutne višine H1 in H2 točk A in B nad morsko gladino (glej sliko 7), vendar je za nas pomembno, da poznamo razliko v nivojih in med temi točke, saj je za dvig lokomotive od točke A do točke B potrebno porabiti delo, odvisno od vrednosti R. Razlika potenciala med dvema točkama polja se imenuje električna napetost. Električna napetost je označena s črko U (u). Številčno je enako razmerju dela W, ki ga je treba porabiti za premikanje pozitivnega naboja q iz ene točke polja v drugo, na ta naboj, tj.

U = W/q(2)

Posledično napetost U, ki deluje med različnimi točkami električnega polja, označuje energijo, shranjeno v tem polju, ki se lahko sprosti s premikanjem električnih nabojev med temi točkami.
Električna napetost je najpomembnejša električna količina, ki omogoča izračun dela in moči, ki se razvije pri gibanju nabojev v električnem polju. Enota za električno napetost je volt (V). V tehniki se napetost včasih meri v tisočinkah volta - milivoltih (mV) in milijoninkah volta - mikrovoltih (μV). Za merjenje visokih napetosti se uporabljajo večje enote - kilovolti (kV) - tisoč voltov.
Električna poljska jakost za enakomerno polje je razmerje med električno napetostjo, ki deluje med dvema točkama polja, in razdaljo l med tema točkama:

E=U/l(3)

Jakost električnega polja se meri v voltih na meter (V/m). Pri poljski jakosti 1 V/m na naboj 1 C deluje sila 1 newton (1 N). V nekaterih primerih se uporabljajo večje enote poljske jakosti V/cm (100 V/m) in V/mm (1000 V/m).

Coulombov zakon

Točkovni naboj

0 tiste.

Narišimo radius vektor r r od naboja q Za q r r. Je enaka r r /r.

Razmerje moči F q napetost in označen z E r. Nato:

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

Poljska jakost točkastega naboja.

Poiščimo napetost E elektrostatično polje, ki ga ustvari točkasti naboj q, ki se nahaja v homogenem izotropnem dielektriku, na točki, ki je oddaljena od njega, na razdalji r. Na to točko miselno postavimo testni naboj q 0 . Potem .

Od tod to razumemo

vektor polmera, ki je narisan iz naboja q do točke, kjer se določi poljska jakost. Iz zadnje formule sledi, da je modul poljske jakosti:

Tako je modul jakosti na kateri koli točki elektrostatičnega polja, ki ga ustvari točkovni naboj v vakuumu, sorazmeren z velikostjo naboja in obratno sorazmeren s kvadratom razdalje od naboja do točke, v kateri je določena intenziteta .

Superpozicija polj

Če električno polje ustvari sistem točkastih nabojev, potem njegova intenzivnost enaka vektorski vsoti poljskih jakosti, ki jih ustvari vsak naboj posebej, tj. . To razmerje se imenuje princip superpozicije (prekrivanja) polj. Iz principa superpozicije polj izhaja tudi, da je potencial ϕ, ki ga ustvari sistem točkastih nabojev v določeni točki, enak algebraični vsoti potencialov, ki jih v isti točki ustvari vsak naboj posebej, tj. Predznak potenciala sovpada s predznakom naboja qi posamezne obremenitve sistema.

Napetostne črte

Za vizualno predstavitev električnega polja uporabite linije napetosti oz daljnovodi , tj. črte, v vsaki točki katerih je vektor jakosti električnega polja usmerjen tangencialno nanje. To je najlažje razumeti na primeru enakomerno elektrostatično polje, tiste. polja, v vsaki točki katerih je intenziteta enaka po velikosti in smeri. V tem primeru so napenjalne črte narisane tako, da je število črt F E, ki poteka skozi enoto površine ravnega območja S, ki se nahajajo pravokotno na te

premic, bi bil enak modulu E moč tega polja, tj.

Če je polje neenakomerno, morate izbrati osnovno območje dS, pravokotno na napetostne črte, znotraj katerih se poljska jakost lahko šteje za konstantno.

Kje dФ E je število napetostnih linij, ki prodirajo v to območje, tj. Modul električne poljske jakosti je enak številu črt intenzivnosti na enoto površine mesta, ki je pravokotno nanj.

Gaussov izrek

Izrek: tok elektrostatične poljske jakosti skozi katero koli zaprto površino je enak algebraični vsoti nabojev v njej, deljeni z električno konstanto in dielektrično konstanto medija.

Če se integracija izvaja po celotnem volumnu V, vzdolž katerega se porazdeli naboj. Nato z neprekinjeno porazdelitvijo naboja na neki površini S 0 Gaussov izrek je zapisan kot:

V primeru volumetrične porazdelitve:

Gaussov izrek povezuje velikost naboja in jakost polja, ki ga ustvarja. To določa pomen tega izreka v elektrostatiki, saj vam omogoča izračun intenzivnosti, če poznate lokacijo nabojev v prostoru.

Kroženje električnega polja.

Iz izraza

iz tega tudi sledi, da ko se naboj prenaša po zaprti poti, tj. ko se naboj vrne v prvotni položaj, r 1 = r 2 in A 12 = 0. Potem pa zapišimo

Sila, ki deluje na naboj q 0, enako . Zato prepišemo zadnjo formulo v obrazcu

Nosti elektrostatično polje po smeri Če obe strani te enakosti delimo z q 0, najdemo:

Prva enakost je kroženje električne poljske jakosti .

Kondenzatorji

Kondenzatorji so dva prevodnika, zelo blizu drug drugemu in ločena z dielektrično plastjo. Električna kapaciteta kondenzatorja je sposobnost kondenzatorja, da kopiči naboje na sebi. tiste. Kapacitivnost kondenzatorja je fizikalna količina, enaka razmerju med nabojem kondenzatorja in potencialno razliko med njegovima ploščama. Kapacitivnost kondenzatorja, tako kot kapacitivnost prevodnika, se meri v faradih (F): 1 F je zmogljivost takega kondenzatorja, ko se nanj prenese naboj 1 C, se potencialna razlika med njegovimi ploščami spremeni za 1 V.

Električna energija polja

Energija nabitih prevodnikov je shranjena v obliki električnega polja. Zato ga je priporočljivo izraziti skozi napetost, ki je značilna za to polje. To je najlažje narediti za vzporedni ploščni kondenzator. V tem primeru kje d- razdalja med ploščami in . Tukaj je ε0 električna konstanta, ε je dielektrična konstanta dielektrika, ki polni kondenzator, S- površina vsakega pokrova. Če nadomestimo te izraze, dobimo Tukaj V = Sd- prostornina, ki jo zaseda polje, je enaka prostornini kondenzatorja.

Delo in trenutna moč.

Delo električnega toka je delo, ki ga opravijo sile električnega polja, ki nastanejo v električnem krogu pri premikanju naboja po tem krogu.

Naj bo na koncih prevodnika privedena konstantna potencialna razlika (napetost). U =ϕ1 − ϕ2.

A = q(ϕ1−ϕ2) = qU.

Ob upoštevanju tega dobimo

Uporaba Ohmovega zakona na homogenem odseku vezja

U = IR, Kje R- upor prevodnika, pišemo:

A = jaz 2 Rt.

delo A, zaključen pravočasno t, bo enak vsoti elementarnih del, tj.

Po definiciji je moč električnega toka enaka P = A/t. Nato:

V sistemu enot SI se delo in moč električnega toka merita v joulih oziroma vatih.

Joule-Lenzov zakon.

Elektroni, ki se gibljejo v kovini pod vplivom električnega polja, kot smo že omenili, nenehno trčijo z ioni kristalne mreže in jim prenašajo svojo kinetično energijo urejenega gibanja. To vodi do povečanja notranje energije kovine, tj. na njeno ogrevanje. V skladu z zakonom o ohranitvi energije vse delo opravi tok A gre za sprostitev količine toplote Q, tj. Q = A. Ugotovimo, da se ta relacija imenuje Joulov zakon − Lenz .

Zakon skupnega toka.

Kroženje indukcije magnetnega polja vzdolž poljubno sklenjenega tokokroga je enako zmnožku magnetne konstante, magnetne prepustnosti in algebraične vsote tokov, ki jih pokriva to vezje.

Moč toka je mogoče najti z gostoto toka j:

Kje S- površina prečnega prereza prevodnika. Potem je zakon skupnega toka zapisan kot:

Magnetni tok.

Magnetni tok skozi neko površino imenujemo število magnetnih indukcijskih linij, ki prodirajo vanj.

Naj obstaja površina s površino S. Da bi ugotovili magnetni tok skozi njo, miselno razdelimo površino na osnovna območja z območjem dS, ki jih lahko štejemo za ravne, polje znotraj njih pa je enotno. Nato elementarni magnetni tok dФ B skozi to površino je enako:

Magnetni pretok skozi celotno površino je enak vsoti teh tokov: , tj.

. V enotah SI se magnetni pretok meri v weberjih (Wb).

Induktivnost.

Skozi sklenjen tokokrog naj teče enosmerni tok s silo jaz. Ta tok ustvari okoli sebe magnetno polje, ki prežema območje, ki ga pokriva prevodnik, in ustvarja magnetni tok. Znano je, da magnetni tok F B je sorazmeren z velikostjo indukcije magnetnega polja B in modul indukcije magnetnega polja, ki nastane okoli prevodnika s tokom, je sorazmeren jakosti toka JAZ. Zato F B ~B~I, tj. F B =LI.

Koeficient sorazmernosti L med jakostjo toka in magnetnim tokom, ki ga ustvarja ta tok skozi območje, omejeno z vodnikom, poklical induktivnost prevodnika .

V enotah SI se induktivnost meri v henryjih (H).

Induktivnost solenoida.

Razmislite o induktivnosti solenoida z dolžino l, s prerezom S in s skupnim številom obratov n, napolnjen s snovjo z magnetno prepustnostjo μ. V tem primeru vzamemo solenoid takšne dolžine, da ga lahko štejemo za neskončno dolgega. Ko skozenj teče tok s silo jaz znotraj njega se ustvari enotno magnetno polje, usmerjeno pravokotno na ravnine zavojev. Modul magnetne indukcije tega polja najdemo s formulo

B=μ0μ nI,

Magnetni tok F B skozi kateri koli obrat solenoida je enako F B= B.S.(glej (29.2)), skupni tok Ψ skozi vse ovoje solenoida pa bo enak vsoti magnetnih pretokov skozi vsak tok, tj. Ψ = NF B= N.B.S..

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

Ugotovimo, da je induktivnost solenoida enaka:

L = μμ0 n 2 V

Energija magnetnega polja.

Naj v električnem tokokrogu teče enosmerni tok s silo jaz. Če izklopite tokovni vir in sklenete tokokrog (stikalo p premakniti na položaj 2 ), potem bo v njem nekaj časa tekel padajoči tok zaradi EMF. samoindukcija .

Osnovno delo, ki ga opravi emf. samoinduktivnost za prenos elementarnega naboja po vezju dq = Idt, enako Tok se spreminja od jaz do 0. Zato z integracijo tega izraza v navedenih mejah dobimo delo, ki ga opravi emf. samoindukcija v času, ko magnetno polje izgine: . To delo se porabi za povečanje notranje energije prevodnikov, tj. da jih ogrejemo. Dokončanje tega dela spremlja tudi izginotje magnetnega polja, ki je prvotno obstajalo okoli vodnika.

Energija magnetnega polja okoli vodnikov s tokom je enaka

W B =LI 2 / 2.

to razumemo

Magnetno polje znotraj solenoida je enakomerno. Zato je volumetrična gostota energije w B magnetno polje, tj. energija na enoto volumna polja znotraj solenoida je enaka .

Vortex električni polje.

Iz Faradayevega zakona za elektromagnetno indukcijo sledi, da s kakršno koli spremembo magnetnega pretoka, ki prodre v območje, ki ga pokriva vodnik, se v njem pojavi emf. indukcija, pod vplivom katerega se v prevodniku pojavi indukcijski tok, če je vodnik zaprt.

Za razlago emf. Maxwell je z indukcijo domneval, da izmenično magnetno polje ustvarja električno polje v okoliškem prostoru. To polje deluje na proste naboje prevodnika in jih spravi v urejeno gibanje, tj. ustvarjanje induciranega toka. Tako je sklenjeno prevodno vezje nekakšen indikator, s pomočjo katerega se zazna to električno polje. Moč tega polja označimo z E r. Potem je e.m.f. indukcija

znano je, da je kroženje elektrostatične poljske jakosti nič, tj.

Iz tega sledi, da je t.j. električno polje, ki ga vzbuja magnetno polje, ki se spreminja s časom, je vrtinčno polje(ni potencial).

Upoštevati je treba, da se črte električne poljske jakosti začnejo in končajo pri nabojih, ki ustvarjajo polje, vrtinčne črte električne poljske jakosti pa so vedno zaprte.

Prednapetostni tok

Maxwell je domneval, da izmenično magnetno polje ustvarja vrtinčno električno polje. Podal je tudi nasprotno domnevo: izmenično električno polje bi moralo povzročiti pojav magnetnega polja. Kasneje sta ti dve hipotezi dobili eksperimentalno potrditev v Hertzovih poskusih. Pojav magnetnega polja ob spremembi električnega polja si lahko razlagamo tako, kot da se v prostoru pojavi električni tok. Ta tok je poimenoval Maxwell pretočni tok .

Premikovni tok se lahko pojavi ne samo v vakuumu ali dielektriku, ampak tudi v vodnikih, skozi katere teče izmenični tok. Vendar je v tem primeru zanemarljiv v primerjavi s prevodnim tokom.

Maxwell je predstavil koncept skupnega toka. Sila jaz skupni tok je enak vsoti sil jaz pri jaz cm prevodni in premikovni tokovi, tj. jaz= jaz pr + jaz glej Dobimo:

Maxwellova enačba.

Prva enačba.

Iz te enačbe sledi, da je vir električnega polja magnetno polje, ki se s časom spreminja.

Maxwellova druga enačba.

Druga enačba. Skupaj trenutni zakon Ta enačba kaže, da lahko magnetno polje ustvari bodisi premikajoči se naboji (električni tok) bodisi izmenično električno polje.

Nihanja.

Nihanja se imenujejo procesi, za katere je značilna določena ponovljivost skozi čas. Proces širjenja nihanja v prostoru klical val . Vsak sistem, ki lahko niha ali v katerem lahko pride do nihanja, se imenuje vibracijski . Imenujejo se nihanja, ki se pojavljajo v nihajnem sistemu, ki je vzet iz ravnovesja in se predstavi sam sebi proste vibracije .

Harmonične vibracije.

Harmonična nihanja so nihanja, pri katerih se nihajoča fizikalna količina spreminja po zakonu Sin ali Cos. Amplituda - to je največja vrednost, ki jo lahko sprejme nihajoča količina. Enačbe harmoničnih vibracij: in

isto samo s sinusom. Obdobje nedušenih nihanj imenujemo čas enega popolnega nihanja. Imenuje se število nihanj, izvedenih na enoto časa frekvenca vibracij . Frekvenca nihanja se meri v Hertzih (Hz).

Nihajni krog.

Imenuje se električni tokokrog, sestavljen iz induktivnosti in kapacitivnosti nihajni krog

Celotna energija elektromagnetnih nihanj v vezju je stalna vrednost, tako kot skupna energija mehanskih nihanj.

Ko okleva, bo vedno vrgel. energija se spreminja v potencial in obratno.

Energija W nihajni krog je sestavljen iz energije W Električno polje in energija kondenzatorja E W B induktivnost magnetnega polja

Dušena nihanja.

Procesi, ki jih opisuje enačba lahko štejemo za oscilatorno. Imenujejo se dušena nihanja . Najkrajše časovno obdobje T, skozi katerega se ponavljajo maksimumi (ali minimumi), se imenuje obdobje dušenih nihanj. Izraz obravnavamo kot amplitudo dušenih nihanj. Magnituda A 0 predstavlja amplitudo nihanja v trenutku t = 0, tj. to je začetna amplituda dušenih nihanj. Vrednost β, od katere je odvisno zmanjšanje amplitude, se imenuje koeficient slabljenja .

Tisti. Koeficient dušenja je obratno sorazmeren s časom, v katerem se amplituda dušenih nihanj zmanjša za faktor e.

Valovi.

Valovanje- To proces širjenja nihanj (motenj) v prostoru.

Območje prostora, znotraj katerega se pojavljajo vibracije, poklical valovno polje .

Površina, ločevanje valovnega polja od regije, kjer še ni zadržkov, poklical valovna fronta .

Črte, po kateri se val širi, se imenujejo žarki .

Zvočni valovi.

Zvok je nihanje zraka ali drugega elastičnega medija, ki ga zaznavajo naši slušni organi. Zvočne vibracije, ki jih zazna človeško uho, imajo frekvence od 20 do 20.000 Hz. Imenujejo se nihanja s frekvenco manj kot 20 Hz infrazvočno , in več kot 20 kHz - ultrazvočni .

Zvočne lastnosti. Zvok običajno povezujemo z njegovo slušno zaznavo, z občutki, ki se porajajo v človekovem umu. V zvezi s tem lahko ločimo tri glavne značilnosti: višino, kakovost in prostornino.

Fizikalna količina, ki označuje višino zvoka, je frekvenca zvočnega valovanja.

Za označevanje kakovosti zvoka v glasbi se uporabljajo izrazi tembre ali tonske barve zvoka. Kakovost zvoka je mogoče povezati s fizično merljivimi količinami. Določen je s prisotnostjo prizvokov, njihovim številom in amplitudami.

Glasnost zvoka je povezana s fizikalno merjeno količino - jakostjo valovanja. Merjeno v belih.

Zakoni toplotnega sevanja

Stefan-Boltzmannov zakon- zakon sevanja črnega telesa. Določa odvisnost sevalne moči absolutno črnega telesa od njegove temperature. Izjava zakona:

Kirchhoffov zakon o sevanju

Razmerje med emisivnostjo katerega koli telesa in njegovo absorpcijsko sposobnostjo je enako za vsa telesa pri določeni temperaturi za določeno frekvenco in ni odvisno od njihove oblike in kemijske narave.

Valovna dolžina, pri kateri je energija sevanja popolnoma črnega telesa največja, je določena z Wienov zakon o premikanju: Kje T je temperatura v Kelvinih, λ max pa je valovna dolžina z največjo intenzivnostjo v metrih.

Struktura atoma.

Poskusi Rutherforda in njegovih sodelavcev so privedli do zaključka, da je v središču atoma gosto, pozitivno nabito jedro, katerega premer ne presega 10 -14 -10 -15 m.

Rutherford je s proučevanjem sipanja delcev alfa pri prehodu skozi zlato folijo prišel do zaključka, da je ves pozitivni naboj atomov skoncentriran v njihovem središču v zelo masivnem in kompaktnem jedru. In negativno nabiti delci (elektroni) se vrtijo okoli tega jedra. Ta model se je bistveno razlikoval od Thomsonovega modela atoma, ki je bil takrat zelo razširjen, pri katerem je pozitivni naboj enakomerno zapolnil celotno prostornino atoma, v njem pa so bili razpršeni elektroni. Nekoliko kasneje so Rutherfordov model poimenovali planetarni model atoma (v resnici je podoben Osončju: težko jedro je Sonce, elektroni, ki krožijo okoli njega, pa so planeti).

Atom- najmanjši kemično nedeljiv del kemičnega elementa, ki je nosilec njegovih lastnosti. Atom je sestavljen iz atomskega jedra in elektronov. Jedro atoma je sestavljeno iz pozitivno nabitih protonov in nenabitih nevtronov. Če število protonov v jedru sovpada s številom elektronov, se atom kot celota izkaže za električno nevtralen. V nasprotnem primeru ima nekaj pozitivnega ali negativnega naboja in se imenuje ion. Atome razvrščamo po številu protonov in nevtronov v jedru: število protonov določa, ali atom pripada določenemu kemičnemu elementu, število nevtronov pa določa izotop tega elementa.

Atomi različnih vrst v različnih količinah, povezani z medatomskimi vezmi, tvorijo molekule.

vprašanja:

1. elektrostatika

2. zakon o ohranitvi električnega naboja

3. Coulombov zakon

4. električno polje električna poljska jakost

6. superpozicija polj

7. linije napetosti

8. pretočni vektor električne poljske jakosti

9. Gaussov izrek za elektrostatično polje

10. Gaussov izrek

11. kroženje električnega polja

12. potencial. Razlika potenciala elektrostatičnega polja

13. Razmerje med napetostjo polja in potencialom

14. kondenzatorji

15. energija nabitega kondenzatorja

16. energija električnega polja

17. upor prevodnika. Ohmov zakon za odsek vezja

18. Ohmov zakon za odsek prevodnika

19. viri električnega toka. Elektromotorna sila

20. delo in tokovna moč

21. Joule-Lenzov zakon

22. magnetno polje indukcija magnetnega polja

23. zakon skupnega toka

24. magnetni tok

25. Gaussov izrek za magnetno polje

26. delo pri premikanju vodnika s tokom v magnetno polje

27. Pojav elektromagnetne indukcije

28. induktivnost

29. induktivnost solenoida

30. pojav in zakon samoindukcije

31. energija magnetnega polja

32. vrtinčno električno polje

33. prednapetostni tok

34. Maxwellova enačba

35. Maxwellova druga enačba

36. tretja in četrta maxvll enačba

37. nihanja

38. harmonične vibracije

39. nihajni krog

40. dušena nihanja

41. prisilne vibracije. Pojav resonance

43. enačba ravninskega monokromatskega valovanja

44. zvočni valovi

45. valovne in korpuskularne lastnosti svetlobe

46. ​​​​Toplotno sevanje in njegove značilnosti.

47. Zakoni toplotnega sevanja

48. Zgradba atoma.

Coulombov zakon

Silo interakcije najdemo za tako imenovane točkaste naboje.

Točkovni naboj je naelektreno telo, katerega dimenzije so zanemarljive v primerjavi z razdaljo do drugih naelektrenih teles, s katerimi interagira.

Zakon interakcije točkastih nabojev je odkril Coulomb in je formuliran na naslednji način: modul F interakcijske sile med dvema mirujočima nabojema q in q 0 je sorazmeren zmnožku teh nabojev, obratno sorazmeren s kvadratom razdalje r med njima, tiste.

kjer je ε0 električna konstanta, ε je dielektrična konstanta, ki označuje medij. Ta sila je usmerjena vzdolž ravne črte, ki povezuje naboje. Električna konstanta je ε0 = 8,85⋅10–12 C2/(N⋅m2) ali ε0 = 8,85⋅10–12 F/m, kjer je farad (F) enota električne kapacitete. Coulombov zakon v vektorski obliki bo zapisan:

Narišimo radius vektor r r od naboja q Za q 0. Vstavimo enotski vektor, usmerjen v isto smer kot vektor r r. Je enaka r r /r.

Električno polje. jakost električnega polja

Razmerje moči F r deluje na naboj na vrednost q 0 tega naboja je konstanten za vse vnesene naboje, ne glede na njihovo velikost. Zato je to razmerje vzeto kot značilnost električnega polja v dani točki. Pokličejo jo napetost in označen z E r. Nato:

1 N/Kl = 1 / 1 Kl, tiste. 1 N/Cl- jakost v točki polja, kjer sila 1 N deluje na naboj 1 C.