Атомная физика | Физические законы механики | Термодинамика | Электричество | Магнетизм | Оптика | Молекулярная физика | Физмат.ру
Математика 1 семестр | Математика 2 семестр | Математика 3 семестр | Математика 4 семестр | Интегралы | 1 курс

Электростатика, Магнетизм, электрический ток Магнетизм

Характеристики электростатического поля. Напряженность.

Как упоминалось в предыдущем разделе, вокруг всякого заряженного тела существует электрическое поле, которое является носителем взаимодействия зарядов. Если поле создано неподвижными зарядами, то оно называется электростатическим, т.е. его свойства в каждой точке пространства не зависят от времени. Чтобы сравнить поля, создаваемые разными зарядами, введем характеристику, называемую напряженностью E. Напряженность определяет степень взаимодействия зарядов и поэтому ее можно назвать силовой характеристикой поля.

Исследовать поля, создаваемые разными зарядами, можно с помощью пробных (единичных) зарядов.

Напряженностью электрического поля в данной точке пространства называется величина, равная отношению силы F, действующей на единичный положительный заряд q, помещенный в данную точку, к величине этого заряда.

E = F/q.
(E = F
при q = 1).

Для взаимодействия точечных зарядов справедлив закон Кулона. Следовательно,

 E = F/q = Q/(4pee0r2)*r/r,

где Q - заряд, создающий поле,
e - диэлектрическая проницаемость среды.

Пробным зарядом называется тело, величина заряда которого настолько мала, что не искажает свойства исследуемого поля. Его величина равняется минимальному заряду, обнаруженному в природе, q = 1.6*10-19 Кл.

Единицы измерения напряженности с системе СИ [E]: 1 В/м = 1 Дж/(м*Кл) = 1 Н/м.

Рис. 1.Поскольку сила и напряженность поля - есть пропорциональные величины F = q*E, то для напряженности электрических полей справедлив принцип суперпозиции (см.рис.1).

E = E1 + E2 + E3 + Ei + … + En,

т.е. напряженность поля системы n зарядов равна векторной сумме напряженностей полей, создаваемых каждым из зарядов системы в рассматриваемой точке.

Принцип суперпозиции отражает независимость действия электростатических полей.

Графическое изображение электростатических полей.

Рисунок 2.Фарадей предложил изображать поле линиями, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора напряженности электростатического поля в этой точке (см. рис. 2.). Такие линии получили название линий напряженности или силовых линий.

Линии напряженности начинаются у положительных зарядов (или в бесконечности) и оканчиваются у отрицательных зарядов. По густоте силовых линий можно судить о величине напряженности.

Приведем карты некоторых полей.

Поле положительного точечного заряда.

Рисунок 3.

Поле отрицательного точечного заряда.

Рисунок 4.

Поле равномерно заряженной плоскости

Рис. 5.

Поле двух точечных разноименных зарядов.

Рисунок 6.

Поле двух точечных одноименных зарядов.

Рисунок 7.

Важно!Линии напряженности электростатических полей не замкнуты.

Рис. 8.Отметим, что напряженность поля в диэлектрике меньше, чем в вакууме из-за явления поляризации и, следовательно, густота силовых линий в диэлектрике меньше. Отношение напряженности поля в вакууме к напряженности в данной среде называют диэлектрической проницаемостью вещества.

e = Eвак./E.

Напряженность электростатического поля в металле равняется нулю, так как поле свободных зарядов, существующих в нем, через достаточно короткий промежуток времени уравновесит внешнее поле и ток в металле будет равен нулю. Поэтому силовые линии в металл не проникают.

Задача № 16

Измерительный механизм магнитоэлектрической системы рассчитан на ток Iи=5 мА и напряжение Uи=50 мВ, число делений шкалы прибора αн =150.

На основании данного измерительного механизма выполнен вольтметр с номинальным напряжением (пределом измерения) Uн=300 В. Измеренное напряжение U=220 В.

Определить:

сопротивление рамки измерительного механизма Rи,

сопротивление добавочного резистора Rд,

падение напряжения на добавочном резисторе Uд,

мощность, потребляемую вольтметром

при напряжении U Pu,

постоянную (цену деления шкалы) вольтметра,

включенного с добавочным резистором Cu,

число делений шкалы, на которое отклонилась

стрелка прибора при измерении напряжения U α.

Начертить схему включения вольтметра с добавочным резистором для измерения напряжения в цепи нагрузки.

Задача № 17

Сопротивление рамки измерительного механизма магнитоэлектрической системы Rи=2,8 Ом, постоянная прибора (цена деления)  = 0,5мА/дел, число делений шкалы прибора αн = 100.

Используя данный измерительный механизм, необходимо создать амперметр с номинальным током (пределом измерения) Iн=15 А. При измерении тока стрелка прибора отклонилась на α =72 дел.

Определить:

ток измерительного механизма Iи,

ток шунта Iш,

сопротивление шунта Rш,

потери мощности в шунте Pш,

потери мощности в измерительном механизме Pи,

постоянную (цену деления шкалы) амперметра,

включенного с шунтом CI,

измеренный ток I.

Начертить схему включения амперметра с шунтом в цепь нагрузки.

При изучении, основ электроники определенную трудность представляет тема 2.7 «Интегральные схемы микроэлектроники». Электронная техника сегодняшнего дня значительно совершенствуется за счет объединения в одном сложном миниатюрном элементе (пластинке или кристалле малых размеров) большого числа различных деталей: диодов, транзисторов, резисторов и т.д. Все они изготавливаются в едином технологическом процессе, электрически соединяются в необходимые схемы и заключаются в общий корпус, представляя единое целое. Полученный в результате такого объединения сложный элемент малых размеров называется интегральной микросхемой (ИС).