Pole elektrostatyczne
pole elektrostatyczne opłata próbnaq 0.
napięcie
, (4)
, 
. (5)
Prace mocy pola elektrostatycznego. POTENCJAŁ
Pole elektryczne, jak grawitacyjne, jest potencjalne. Te. Prace wykonywane przez siły elektrostatyczne nie zależą od trasy ładunek Q zostanie przeniesiony w polu elektrycznym z punktu 1 do punktu 2. Niniejsza praca jest równa różnicy w potencjalnych energiach, które przemieszczone ładunki w początkowej i końcowej ładunku Pole znajduje się:
A 1,2 \u003d W 1 - W2. (7)
Można pokazać, że potencjalna energia ładowania Q jest bezpośrednio proporcjonalna do wielkości tego ładunku. Dlatego też, jak charakterystyka energetyczna pola elektrostatycznego, stosunek potencjalnej energii ładunku testowego Q 0, umieszczone w dowolnym punkcie pola, do wielkości tej opłaty:
Ta wartość jest ilością potencjalnej energii na jednostkę ładunku dodatnich i jest nazywany potencjał poli W danym punkcie. [φ] \u003d j / cl \u003d v (wolt).
Jeśli założymy, że gdy ładunek Q 0 zostanie usunięty w nieskończoności (R → ∞), jego potencjalna energia w polu ładowania Q jest stosowana do zera, to potencjał pola ładunku punktu Q w odległości r od niego :
. (9)
Jeśli pole zostanie utworzone przez system opłat punktowych, potencjał powstałego pola jest równy algebraicznym (biorąc pod uwagę znaki) potencjałów każdego z nich:
. (10)
Od ustalenia potencjału (8) i wyrażeń (7) praca wykonywana przez pole elektrostatyczne, aby przenieść ładunek
punkty 1 do punktu 2 mogą być reprezentowane jako:
Prąd elektryczny w gazach
Rozczarowanie Wydzielanie gazu.
Gazy bez zbyt wysokich temperatur i na ciśnień blisko atmosfery, są dobrymi izolatorami. Jeśli umieścisz w suchym powietrzu atmosferycznym, naładowany elektrometr, a następnie jego ładunek pozostaje niezmieniony przez długi czas. Wyjaśnia to fakt, że gaze, kiedy warunki konwencjonalne. Składa się z neutralnych atomów i cząsteczek i nie zawierają bezpłatnych ładunków (elektronów i jonów). Gaz staje się dyrygentem energii elektrycznej tylko wtedy, gdy niektóre z jego cząsteczek są jonizowane. Do jonizacji gaz powinien być narażony na każdy jonizator: na przykład wyładowanie elektryczne, promieniowanie rentgenowskie, promieniowanie lub promieniowanie UV, świece płomieniowe itp. (W tym drugim przypadku przewodność elektryczna gazu jest spowodowana ogrzewaniem).
W jonizacji gazów, atom lub cząsteczkę jednego lub więcej elektronów z zewnętrznej powłoki elektronowej występuje, co prowadzi do tworzenia się wolnych elektronów i jonów dodatnich. Elektrony można podłączyć do neutralnych cząsteczek i atomów, włączając je jony negatywne. W konsekwencji, w gazie zjonizowanym istnieją dodatnie i ujemnie naładowane jony i bezpłatne elektrony. MI. prąd wycieku w gazach nazywa się wydzieleniem gazu. W ten sposób prąd w gazach jest tworzony przez jony obu znaków i elektronów. Rozładowanie gazu z takim mechanizmem towarzyszyć będzie transfer substancji, tj. gazy zjonizowane odnoszą się do dyrygentów drugiego rodzaju.
W celu rozerwania jednego elektronu z cząsteczki lub atomu konieczne jest wykonanie pewnej pracy A i tj. Poświęcić pewną energię. Ta energia jest nazywana jonizacja energetyczna których wartości dla atomów różne substancje Lmaisted w ciągu 4 ÷ 25 EV. Kwantyfikowany proces jonizacji jest wykonany w celu scharakteryzowania wartości o nazwie potencjał jonizacji :
Jednocześnie z procesem jonizacji w Gazie zawsze istnieje proces odwrotny - proces rekombinacji: dodatnich i negatywnych jonów lub dodatnich jonów i elektronów, posiedzeń, łączy się ze sobą z tworzeniem atomów neutralnych i cząsteczek. Im więcej jonów występuje zgodnie z działaniem jonizatu, tym bardziej intensywny proces rekombinacji.
Ściśle mówiąc, przewodność elektryczna gazu nigdy nie jest równa zero, ponieważ zawsze ma wolne opłaty wynikające z działalności promieniowania substancji radioaktywnych istniejących na powierzchni Ziemi, a także promieniowanie kosmiczne. Intensywność jonizacji w ramach działania określonych czynników jest mała. Ten drobny przewodnik powietrza jest przyczyną przecieków ładunków zbiegów elektrycznych nawet z dobrą izolacją.
Charakter odprowadzania gazu jest określany przez kompozycję gazu, jego temperatury i ciśnienia, rozmiarów, konfiguracji i materiału elektrod, a także stosowanego napięcia i gęstości prądu.
Rozważmy łańcuch zawierający szczelinę gazową (rys.), Poddana ciągłej, stałej intensywności wpływu jonizatora. W wyniku działania jonizatora gaz nabywa niektóre przewodność elektryczną, a obwód będzie przepływać prąd. Dane są podawane są właściwości Volt-Ampere (zależność prądu od zastosowanego napięcia) dla dwóch jonizatorów. Występ 
(Liczba par jonów wytwarzanych przez jonizator w szczelinie gazowej w 1 sekundę) drugiego jonizatora jest większa niż pierwsza. Zakładamy, że wydajność jonizatora jest trwałe i równa n 0. W przypadku niezbyt niskiego ciśnienia prawie wszystkie rozszerzone elektrony są przechwytywane przez neutralne cząsteczki, tworzące naładowatywnie naładowane jony. Biorąc pod uwagę rekombinację, zajmiemy, że koncentracja jonów obu znaków jest taki sam i równa n. Średnia prędkość dryfu jonów różnych znaków w polu elektrycznym jest inna: ,. B - i B + - Mobilność jonów gazowych. Teraz dla regionu I, z rachunkowością (5), możesz napisać:
Jak widać, w regionie I, ze wzrostem napięcia, prąd wzrasta, ponieważ szybkość dryfu rośnie. Liczba par rekombinujących jonów ze wzrostem ich prędkości i zmniejszy się.
Nieruchomość II - Obszar prądu górnego - wszystkie jonizowane jony zjonizowane do zasięgu elektrod, nie tak wiele do rekombinacji. Gęstość bieżącej nasycenia
j n \u003d q n 0 d (28)
gdzie d oznacza szerokość szczeliny gazowej (odległość między elektrodami). Jak widać z (28) prądu nasycenia jest miarą działanie jonizujące jonizator.
W napięciu, więcej U p (region III) prędkość elektronów osiąga taką wartość, w której kolizja z neutralnymi cząsteczkami może powodować jonizację szokowej. W rezultacie powstaje dodatkowa parami jonów. Wartość nazywana jest współczynnikiem wzmocnienia gazu . W regionie III współczynnik ten nie zależy od N 0, ale zależy od U. T.O. Opłata osiąga elektrody ze stałą, jest bezpośrednio proporcjonalne do wydajności jonizatora - N 0 i napięcia U. Z tego powodu region III nazywa się obszarami proporcjonalności. U PR - próg proporcjonalności. Współczynnik zbrojenia gazu A ma wartości od 1 do 10 4.
W regionie IV region częściowej proporcjonalności, współczynnik amplifikacji gazu zaczyna się zależeć od N. Ta zależność rośnie wraz ze wzrostem U. prąd gwałtownie wzrasta.
W zakresie napięcia 0 ÷ u R prąd w gazie istnieje tylko z aktywnym jonizatorem. Jeśli działanie jonizatora zostanie zatrzymane, a następnie zatrzymania wyładowania. Wyładunki, które istnieją tylko w ramach działania jonizatorów zewnętrznych, określane są jako biedne.
Napięcie U G jest progiem regionu, regionem gramy, co odpowiada państwu, gdy proces w szczelinie gazowej nie zniknie i po wyłączeniu jonizatora, tj. Wydłużenie nabywa charakter niezależnego wyładowania. Jony pierwotne dają jedynie impuls w przypadku wystąpienia odprowadzania gazu. W tej dziedzinie zdolność do jonizacji już nabywają już ogromne jony obu znaków. Wartość prądu nie zależy od N0.
W regionie VI napięcie jest tak duże, że wyładowanie, po wystąpieniu, nie zatrzymuje się - obszar ciągłego wyładowania.
Niezależne odprowadzanie gazu i jego typy
Wyładowanie w gazie przechowywanym po zaprzestaniu jonizatora zewnętrznego jest niezależny.
Rozważmy warunki pojawienia się niezależnego absolutorium. Przy wysokich naprężeniach (region VI VI), wynikający z zewnętrznego elektronów jonizatorów wysoko przyspieszonych przez pola elektryczne, skierowane do neutralnych cząsteczek gazowych, jonizują je. W rezultacie powstają dodatkowe elektrony i jony dodatnie. (Proces 1 na rys. 158). Dodatne jony przesuwają się do katody i elektronów do anody. Wtórne elektrony ponownie jonizują cząsteczki gazu, a zatem łączna liczba elektronów i jonów wzrośnie, gdy elektrony poruszają się w kierunku anodowej lawiny. Jest to przyczyna wzrostu prądu elektrycznego (patrz rys. Obszar V). Opisany proces nazywa się jonizacją uderzeniową.
Jednak jonizacja wpływu pod działaniem elektronów nie wystarczy, aby utrzymać wyładowanie podczas usuwania jonizatora zewnętrznego. W tym celu jest to konieczne, aby lawiny elektroniczne są "reprodukowane", tj. W gazie w ramach działania niektórych procesów były nowe elektrony. Takie procesy są schematycznie pokazane na FIG. 158: Przyspieszone przez testy terenowe, uderzając w katodę, znokautował z niego elektrony (proces 2); Jony dodatnie, stojące cząsteczki gazu, przekłada je w podekscytowany stan, przejście takich cząsteczek w normalny stan towarzyszy emisję fotonu (proces 3); Foton wchłaniany przez neutralną cząsteczkę jonizuje go, istnieje tak zwany proces jonizacji fotonicznej cząsteczek (proces 4); Wyrzucenie elektronów z katody pod działaniem fotonów (proces 5).
Wreszcie, ze znaczącymi naprężeniami między elektrodami szczeliny gazowej, moment występuje, gdy jony dodatnie o mniejszej długości swobodnego biegu niż elektrony nabywają energię wystarczającą do jonizacji cząsteczek gazu (proces 6), a lawiny jonowe są rzucone do negatywu płyta. Gdy są też jonowe, prąd, prąd wzrasta prawie bez zwiększania napięcia (region VI na FIG.).
W wyniku opisanych procesów liczbę jonów i elektronów w objętości gazu wzrastcy podobnie do lawin, a wylot staje się niezależny, tj. Jest przechowywany i po zatrzymaniu jonizatora zewnętrznego. Napięcie, w którym występuje niezależne wyładowanie, nazywany jest napięciem napięcia. To około 30 000 w każdym centymetrze odległości.
W zależności od ciśnienia gazu, konfiguracja elektrod, parametry łańcucha zewnętrznego, możesz mówić o czterech rodzajach samopoczucia: tlącego się, iskry, łuku i korony.
1. Mały rozładowanie. Występuje przy niskich ciśnieniach. Jeśli 30 ÷ 50 cm elektrodach dalekiego zasięgu w szklanej rurce wykonane są z kilkuset woltów, stopniowo pompuje powietrze z ruki, a następnie pod ciśnieniem ≈ 5,3 ÷ 6,7 kPa, rozładowanie występuje w postaci świecowego przewodu uznawczego czerwonawego koloru, przechodząc z katody do anody. Z dalszym zmniejszeniem ciśnienia, przewód jest zagęszczany, a pod ciśnieniem ≈ 13 pa, rozładowanie ma schematycznie przedstawiony formularz przedstawiony na FIG.
Bezpośrednio do katody, cienką warstwę świecącego 1 jest przylega do pierwszej blasku katody lub folii katodowej, a następnie ciemną warstwę 2 - ciemną przestrzeń katodową, obracając się dalej do luminującej warstwy 3 - tlącego się blasku, o ostrej granicy Od strony katody stopniowo znikają z boku anody. Powstaje z powodu rekombinacji elektronów z dodatnimi jonami. Ciemny przedział 4 - Faraday, ciemna przestrzeń graniczy ze świecącym blaskiem, a następnie filar zjonizowanego świeconego gazu 5 - dodatni filar. Pozytywny filar nie ma znaczącej roli w utrzymaniu absolutorium. Na przykład, ze spadkiem odległości między elektrodami rury, jej długość jest zmniejszona, podczas gdy części katodowe w postaci w postaci i wielkości pozostają niezmienione. W rozjarzonym wyładowaniu tylko dwie części są szczególnie ważne dla jego konserwacji: ciemna przestrzeń katodowa i świecący blask. W katodowej ciemnej przestrzeni znajduje się silne przyspieszenie elektronów i jonów dodatnich, znokautowanie elektronów z katody (emisja wtórna). W obszarze rozjarzonego blasku występuje jonizacja elektryczna cząsteczek gazu. Utworzonych jonów dodatnich jest rzucony do katody i znokautować nowe elektrony, które z kolei jest ponownie jonizowane przez gaz itp. Tak więc rozjarzający wyładowanie jest stale utrzymywany.
Z dalszym pompowaniem rury pod ciśnieniem ≈ 1,3 Pa, ściany rury zostaną uruchomione, a ściany rury zaczynają się. Elektrony zgadzają się z katody z jonami dodatnimi, z takimi pochwałami rzadko czuje cząsteczki gazu, a zatem przyspieszane przez pole, uderzając w szklankę, powodują jego blask, tzw. Cathodoluminescencja. Przepływ tych elektronów jest historycznie otrzymał nazwę promieni katody.
Świecące rozładowanie jest szeroko stosowane w technice. Ponieważ poświata pozytywnego posta jest charakterystyczna dla każdego koloru gazu, stosuje się w probówkach przekładniowych do napisów świetlnych i reklamy (na przykład neonowe rury wyładowcze dają czerwony blask, argon - niebiesko-zielony). W świetlnych światłach, bardziej ekonomicznej niż żarowe lampy, promieniowanie wyładowania żwirowego występującego w parach rtęci jest absorbowany przez substancję fluorescencyjną, która ma być stosowana do wewnętrznej powierzchni rury, począwszy pod wpływem pochłoniętym promieniowaniem. Widmo błyskotliwe z odpowiednią doborem fosfor jest blisko spektrum promieniowania słonecznego. Świecące wyładowanie służy do zsypuzowania metali katody. Substancja katodowa w rozjarzonym wyładowaniu z powodu bombardowania z dodatnimi jonami, ogrzewanie ciężko, przechodzi w stan pary. Umieszczanie różnych przedmiotów w pobliżu katody, mogą być pokryte jednolitą warstwą metalu.
2. Wyładowanie iskrowego. Powstaje z dużymi napięć pole elektryczne. (≈ 3 · 10 6 V / m) w gazie na podstawie kolejności atmosfery. Iskra ma formę jaskrawo świetlistego cienkiego kanału, skomplikowany sposób zakrzywiony i rozgałęziony.
Wyjaśnienie wyładowani wyrzutu podaje się na podstawie teorii strumieniowej, zgodnie z którą pojawienie się jasno świetlistego kanału iskierowego poprzedza pojawienie się słabo płynącej nagromadzeń gazu zjonizowanego. Te klastry nazywane są paskami. Streamery powstają nie tylko w wyniku tworzenia się lawinach elektronicznych przez jonizację szokową, ale także w wyniku jonizacji fotonicznej gazu. Lawiny, nadrabiając się nawzajem, tworząc przewodzące mosty z serpentylek, dla których w kolejnych godzinach i potężne strumienie elektronów tworzących kanały wyładowcze iskier. Ze względu na rozładowanie dużej ilości energii, gaz w szczelinie iskrowej jest ogrzewany do bardzo wysokiej temperatury (około 10 4 K), co prowadzi do jego luminescencji. Szybkie ogrzewanie gazowe prowadzi do wzrostu ciśnienia i wystąpienia fal uderzeniowych, wyjaśniając efekty dźwiękowe w wyładowaniu iskrowym - Charakterystyczny trzustka w słabym wyładowce i potężnych rolek przelotowych w przypadku błyskawicy, który jest przykładem potężnego wyładowania iskrowego pomiędzy chmurą burzy i ziemia lub między dwoma chmurami z piorunami.
Wyładowanie wywoławcze stosuje się do zapalania palnego mieszanki w silnikach spalinowych wewnętrznych i ochronę linii przekładni elektrycznych z przepięć (rozładowawcy iskier). Przy niskiej długości luki wyładowczej wydzielanie wyładowani powoduje zniszczenie (erozję) powierzchni metalowej, dlatego stosuje się do elektrosporowania dokładnego obróbki metali (cięcia, wiercenia). Jest używany w analizie widmowej do rejestracji naładowanych cząstek (iskrowe liczniki).
3. Wyładowanie łuku. Jeśli po zapaleniu wydzieliny iskrowej z silnego źródła, aby stopniowo zmniejszyć odległość między elektrodami, a następnie rozładowanie staje się ciągłe wyładowanie łuku. Jednocześnie wytrzymałość prądu ostro zwiększa się, osiągając setki wzmacniaczy, a napięcie na szczelinie wylotowej spada do kilku dziesiątek woltów. Wyładowanie łuku można uzyskać z niskiego źródła napięcia omijającego etap iskry. W tym celu elektrody (na przykład węgiel) łączą się w kontakt, są silnie podzielone wstrząs elektryczny, Wtedy są hodowani i dostać elektryczny łuk (w ten sposób został otwarty przez rosyjskiego naukowca V. V. Petrov). Przy ciśnieniu atmosferycznym temperatura katody wynosi w przybliżeniu 3900 K. Ponieważ łuk oparzenia, katoda węgla jest wyostrzona, a na anodzie powstaje pogłębianie - krater, który jest najgorętszą lokalizacją łuku.
Według nowoczesnych pomysłów, rozładowanie łuku jest utrzymywane z powodu wysokiej temperatury katody ze względu na intensywną emisję termoelektroniczną, a także jonizację termiczną cząsteczek wysokie temperatury Gaz.
Wyładowanie łuku jest szeroko stosowane w gospodarce narodowej w celu spawania i tnących metali, uzyskiwania wysokiej jakości stali (piec łukowy), oświetlenie (reflektory, sprzęt projekcyjny). Również lampy łukowe z elektrodami rtęciowymi w cylindrach kwarcowych są również szeroko stosowane, w których rozładowanie łuku występuje w pary rtęci z pompującym powietrzem. Arc wynikający w pary rtęci jest potężnym źródłem promieniowania ultrafioletowego i jest stosowany w medycynie (na przykład lampy kwarcowe). ARC Wydziel niskie ciśnienie W parach rtęci jest stosowany w prostowników rtęci, aby wyprostować AC.
4. Wydzielina korony - Wyładowanie elektryczne wysokiego napięcia, który występuje z wysoką (na przykład, atmosferycznym) ciśnieniem w niejednorodnym polu (na przykład, w pobliżu elektrod o dużej powierzchni krzywizny, igłą elektrody igły). Gdy siła pola w pobliżu napięcia osiąga 30 kV / cm, pojawia się blask, ma gatunki koronowe niż i spowodowane nazwą tego typu wyładowania.
W zależności od znaku elektrody koronowania wyróżnia się negatywna lub dodatnia korona. W przypadku negatywnej korony narodziny elektronów powodującego jonizację cząsteczek gazu występuje ze względu na emisję ich z katody zgodnie z działaniem jonów dodatnich, w przypadku pozytywnego - z powodu jonizacji gazu w pobliżu anody. W warunkach naturalnych korona występuje pod wpływem atmosferycznej energii elektrycznej na szczytach masztów statków lub drzew (działanie błyskawicowych zapalniczek). Zjawisko to otrzymane w starożytności nazwa świateł św. Elmy. Harmenie Korony wokół przewodów linii energetycznych wysokiego napięcia polega na wystąpieniu prądów wycieków. Aby zmniejszyć drut linii wysokiego napięcia, są grube. Wyładowanie korony, przerywane, staje się również źródłem zakłóceń radiowych.
Wyładowanie wieńcowe stosuje się w elektrostiferach stosowanych do czyszczenia gazów przemysłowych przed zanieczyszczeniami. Gaz, poddany czyszczeniu, przesuwa się z dołu w górę w cylindrze pionowym, na osi, której jest drut koronujący. Jony dostępne w duże ilości W części zewnętrznej korona jest rozliczana na cząstkach zanieczyszczeń i lubią pola do zewnętrznej elektrody niealonarycznej i osiadła na nim. Wyładowanie korony jest również nakładane przy stosowaniu proszku i powłok farby.
Pole elektrostatyczne
Elektryczne linie pola
Zgodnie z pomysłami współczesnej fizyki efekt jednego opłaty na inny jest przenoszony przez pole elektrostatyczne - Specjalne nieskończenie rozszerzone środowisko materiałowe, które każde naładowane ciało tworzy wokół siebie. Pola elektrostatyczne nie mogą być wykrywane przez ludzkie zmysły. Jednak ładunek, umieszczony w terenie, działa siłę bezpośrednio proporcjonalną do tej opłaty. Dlatego Kierunek siły zależy od znaku opłaty, a następnie uzgodniono na badania pól, tzw. opłata próbnaq 0.. Jest to pozytywna opłata do punktu, która jest umieszczona w punkcie zainteresowania pola elektrycznego. W związku z tym stosunek siły do \u200b\u200bwartości ładunku testowego Q 0 jest odpowiednio stosowany jako właściwości siły pola.
Jest to stałe dla każdego punktu wartości wektorowej równej siły działającej na jednostkę, nazywa się dodatni ładunek napięcie . Dla punktu ładowania punktowego Q w odległości r od niej:
, (4)
Kierunek wektora zbiega się z kierunkiem siły działającą na opłaty za próbę. [E] \u003d n / cl lub v / m.
W medium dielektrycznym moc interakcji między opłatami, co oznacza siłę polową, zmniejsza się w ε razy:
, . (5)
Kiedy włożysz się na siebie, kilka pól elektrostatycznych, powstałe napięcie jest zdefiniowane jako suma wektor napięć każdego z pól (zasada superpozycji):
Graficznie przedstawiono rozkład pola elektrycznego w przestrzeni silest Lines. . Linie te są przeprowadzane tak, że style do nich w dowolnym punkcie zbiegły się z. Oznacza to, że wektor siły działający na ładunek, co oznacza, że \u200b\u200bwektor jego przyspieszenia, leżą również na styczach do linii energetycznych, które nigdy nie przecinają się nigdzie. Linie energetyczne pola elektrostatycznego nie mogą być zamknięte. Zaczynają pozytywne i kończą ujemne opłaty lub idą w nieskończoność.
Ładowanie elektryczne umieszczone w pewnym momencie przestrzeni zmienia właściwości tej przestrzeni. Oznacza to, że ładunek generuje wokół niego pole elektryczne. Pole elektrostatyczne - widok specjalny. materia.
Pole elektrostatyczne nie zmienia się z czasem.
Moc charakterystyczna dla pola elektrycznego jest napięcie
Siła pola elektrycznego w tym momencie nazywa się Vector wielkość fizyczna, numerycznie równa siła działająca na pojedynczy dodatni ładunek, umieszczony w tej dziedzinie.
Jeśli w przypadku opłaty za próbę siłami z części kilku opłat, siły te dotyczące zasady superpozycji sił są niezależne, a wynikające z tych sił jest równe ilości siły wektorowej. Zasada superpozycji (nakładanie się) pól elektrycznych: Siła pola elektrycznego systemu ładowania w danym punkcie przestrzeni jest równa sumie wektora elektrycznych pola elektrycznych utworzonych w tym punkcie przestrzeni, każdy ładunek System oddzielnie:lub
Pole elektryczne jest wygodne, aby reprezentować graficznie za pomocą linii energetycznych.
Linie energetyczne (elektryczne linie wytrzymałościowe) Linie połączeń Dzienki, do których w każdym punkcie pola zbiegają się z kierunkiem wektora intensywności w tym punkcie.
Linie energetyczne zaczynają się na pozytywnym ładunku i kończyć się na negatywnym (Linie energetyczne pól elektrostatycznych ładunków punktowych.).
Grubość linii napinających charakteryzuje siłę pola (tym bardziej gęste są linie, pole jest silniejsze).
Pole elektrostatyczne ładunku punktu jest heterogenicznie (bliżej ładunku, który jest silniejszy).Linie energetyczne pól elektrostatycznych nieskończonych płaszczyzn naładowanych.
Pole elektrostatyczne nieskończonego jednolicie naładowanych samolotów jest jednorodne. Pole elektryczne, napięcie przy wszystkich punktach, które jest takie samo, zwane mundurami.
Najcięte linie pól elektrosttycznych ładunków dwóch punktów.
Potencjałem jest cechami energetycznymi pola elektrycznego.
Potencjał - Scalar Wartość fizyczna równa stosunku potencjalnej energii, która ma ładunek elektryczny w tym punkcie pola elektrycznego, do wielkości tego ładunku.Potencjał pokazuje, że potencjalna energia będzie stwarzająca pojedynczy dodatni ładunek umieszczony w tym punkcie pola elektrycznego. φ \u003d w / q
gdzie φ jest potencjałem w tym momencie punktu, energia ładowania potencjału W tym punkcie.
Na jednostkę potencjalnego pomiaru w systemie SI akceptuje [φ] \u003d w(1b \u003d 1J / cl)
Za jednostką potencjału przyjmuje potencjał w takim punkcie, aby przejść do którego z nieskończoności ładunku elektrycznego 1 Cl, jest wymagane do wykonania pracy równej 1 J.
Biorąc pod uwagę pole elektryczne utworzone przez system ładowania, należy go wykorzystać do określenia potencjału polowego Zasada superpozycji:
Potencjał pola elektrycznego systemu ładunku w danym punkcie przestrzeni jest równa sumie algebraicznej potencjału pól elektrycznych utworzonych w tym punkcie miejsca, każdy ładunek systemu oddzielnie:
Wyimaginowana powierzchnia, w każdych punktach, które potencjał przyjmuje te same wartości, jest nazywany powierzchnia równowagi.Gdy ładunek elektryczny jest przesuwany z punktu do punktu wzdłuż powierzchni równopotowej, energia nie zmienia się. Powierzchnie równorzędne dla danego pola elektrostatycznego można zbudować nieskończony zestaw.
Wektor napięcia przy każdym polu pola jest zawsze prostopadle do powierzchni równorzędnej, przeprowadzonej przez tę dziedzinę.
The Ostraogradsky-Gauss Twierdzenie, które udowadniamy i dyskutujemy później, ustanawia połączenie między ładunkami elektrycznymi a polem elektrycznym. Reprezentuje bardziej ogólny i bardziej elegancki preparat prawa Coulomb.
Zasadniczo intensywność pola elektrostatycznego utworzonego przez te rozkład ładunku może być zawsze obliczana za pomocą prawa kulonowego. Całkowite pole elektryczne w dowolnym punkcie jest wektor sum (integralny) wkład wszystkich opłat, tj.
Jednak z wyjątkiem najprostszych przypadków oblicz tę kwotę lub integralną jest niezwykle trudne.
Tutaj przychodzi do pomocy twierdzenia Ostrogradsky-Gaussa, z którym znacznie łatwiej jest obliczyć siłę pola elektrycznego, stworzonego przez te dystrybucję opłat.
Główną wartością twierdzenia Ostrogradsky-Gaussa jest to, że pozwala głębszy, aby zrozumieć naturę pola elektrostatycznego i instaluje Bardziej powszechne komunikacja między opłatą a dziedziną.
Ale przed przejściem na teoremy Ostrogradsky-Gauss konieczne jest wprowadzenie koncepcji: linie energetyczne Pole elektrostatycznei strumień intensywność wektora Pole elektrostatyczne.
Aby opisać pole elektryczne, musisz ustawić wektor napięcia przy każdym punkcie pola. Można to zrobić analitycznie lub graficznie. Do tego użycia linie energetyczne - Są to linie styczne, do których w dowolnym momencie pola pokrywa się z kierunkiem wektora naprężenia (Rys. 2.1).
Figa. 2.1.
Linia energetyczna przypisuje się pewnym kierunku - od dodatnim ładunku do ujemnego lub w nieskończoności.
Rozważmy sprawę jednolite pole elektryczne..
Mundur Pole elektrostatyczne jest nazywane, w każdych punktach, z których intensywność jest taka sama w rozmiarze i kierunku. Jednorodne pole elektrostatyczne jest przedstawione przez równoległe linie energetyczne na równej odległości od siebie (taki pole istnieje na przykład, pomiędzy płytami skraplaczowymi) (rys. 2.2).
W przypadku ładunku punktowego Linie napięte są kontynuowane z dodatnim ładunku i przejdź do nieskończoności; I z nieskończoności Ładunek ujemny. Dlatego Że i grubość linii energetycznych jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości od ładowania. Dlatego Powierzchnia kuli, przez którą same te linie przechodzą proporcjonalnie do placu odległości, Łączna Linie pozostają stałe w dowolnej odległości od ładowania.
Do systemu opłat, jak widzimy, linie energetyczne są kierowane z dodatnim ładunku do ujemnego (rys. 2.2).
Figa. 2.2.
Wykres 2.3 pokazuje, że grubość linii energetycznych może być wskaźnikiem wielkości.
Grubość linii energetycznych powinna być taka, że \u200b\u200bpojedyncza platforma, normalna do wektora naprężenia przekroczyła taką liczbę, która jest równa modułowi wektora naprężenia .
\u003e\u003e Fizyka: Elektryczne linie energetyczne. Pole napięcia naładowanego miski
Pole elektryczne nie wpływa na zmysły. Nie widzimy go.
Jednak możemy uzyskać jakiś pomysł na dystrybucję pola, jeśli narysujesz wektory siły pola w kilku punktach kosmicznych ( rys.14.9.lewo). Obraz będzie bardziej wizualny, jeśli wyciągniesz ciągłe linie, które w każdym punkcie, przez które przechodzą, zbiegają się w kierunku wektorów naprężenia. Te linie są nazywane linie energetyczne pola elektrycznego lub linii intensywnej (rys.14.9., po prawej).
Kierunek linii energetycznych umożliwia określenie kierunku wektora naprężenia różne punkty Pola i gęstość (liczba linii na jednostkę) linii energetycznych pokazuje, gdzie siła pola jest większa. Tak więc na rysunkach 14.10-14.13 Delikatne linie energetyczne w punktach ALEwięcej niż w punktach W. Oczywiście 
.
Nie należy uważać, że linie intensywności istnieją w rzeczywistości jak rozciągnięte elastyczne wątki lub sznury, jak przyjęto naboje. Linie napięte pomagają tylko wizualizować dystrybucję pola w przestrzeni. Nie są bardziej realne niż południki i parallels na świecie.
Jednak linie energetyczne mogą być widoczne. Jeśli podłużne kryształy izolatora (na przykład, quinine) dobrze wymieszają w lepkiej cieczy (na przykład, w olej rycynowy) I umieść tam naładowane ciała, a następnie zbliżone do tych ciał, krystaliczne ustawione w łańcuchach wzdłuż linii naprężenia.
Dane dostarczają przykłady linii napinających: pozytywnie naładowana piłka (patrz rys.14.10.); Dwie różne naładowane kulki (patrz rys ..14.11.); Dwie naładowane kulki jednocześnie (patrz rys ..14.12.); Dwie płyty, których opłaty są równe modułu i są naprzeciwko znaku (patrz rys.14.13.). Ostatnim przykładem jest zwłaszcza na rysunku 14.13, widać, że w przestrzeni między płytami bliżej środka linii energetycznych równolegle: pole elektryczne jest równie w każdym razie.
Pole elektryczne, którego napięcie jest takie samo we wszystkich punktach przestrzeni, zwanej mundur. W ograniczonym obszarze przestrzeni pole elektryczne można uznać za w przybliżeniu jednorodne, jeśli siła pola w tym obszarze zmienia się nieznacznie.
Jednorodne pole elektryczne jest przedstawione równoległe linie znajdujące się na równych odległościach od siebie.
Linie energetyczne pola elektrycznego nie są zamknięte, zaczynają się na pozytywnych opłatach i kończy się na negatywach. Linie energetyczne są ciągłe i nie przecinają, ponieważ przecięcie oznaczałoby nieobecność pewnego kierunku siły pola elektrycznego w tym momencie.
Pole naładowanej miski. Rozważ teraz pytanie o polu elektrycznym naładowanej kuli przewodzącej przez promień R.. Opłata p. Równo rozłożone na powierzchni piłki. Linie energetyczne pola elektrycznego, ponieważ symetria wynika z rozważań, są kierowane wzdłuż ciągłych ruchów piłki ( rys.14.14, A.).
Uwaga! Siła Linie poza piłką są dystrybuowane w przestrzeni w taki sam sposób, jak linie energetyczne ładunku punktu ( rys.14.14, B.). Jeśli wzory linii energetycznych pokrywają się, możemy spodziewać się, że siły pola pokrywa się. Dlatego na odległość r\u003e r. Od środka piłki siła pola zależy od tego samego wzoru (14.9), ponieważ intensywność pola ładunku punktowego umieszczona w środku kuli:
Wzór linii energetycznych wyraźnie pokazuje, w jaki sposób siła pola elektryczna jest skierowana do różnych punktów przestrzeni. Zmieniając linie linii, można ocenić zmianę modułu siły pola podczas przemieszczania się z punktu do punktu.
???
1. Co nazywa się liniami energetycznymi pola elektrycznego?
2. We wszystkich przypadkach trajektoria naładowanej cząstki pokrywa się z linią energetyczną?
3. Czy linie energetyczne mogą przecinają się?
4. Jakie jest napięcie pola naładowanej przewodzącej piłki?
G. Y. Mikishev, B.B. Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Fizyka 10
Projekt lekcji Lekcja abstrakcyjna Ramka referencyjna Lekcja Prezentacja Metody przyspieszenia Interaktywne Technologie Ćwiczyć Zadania i ćwiczenia Warsztaty samodzielne testowe, szkolenia, przypadki, zadania domowe Dyskusja Wydaje pytania retoryczne od studentów Ilustracje Audio, klipy wideo i multimedia Zdjęcia, zdjęcia, stoły, schematy humoru, żartów, żartów, komiksów przysłowia, powiedzenia, krzyżówki, cytaty Suplementy Abstrakty Artykuły Chipsy dla ciekawskich arkuszy Cheat Podręczniki Podstawowe i dodatkowe Globusy Inne warunki Poprawa podręczników i lekcji Naprawianie błędów w podręczniku Aktualizacja fragmentu w podręczniku. Elementy innowacji w lekcji Wymiana nieaktualnej wiedzy Nowość Tylko dla nauczycieli Doskonałe lekcje Plan kalendarza na rok Metodyczne zalecenia programu dyskusyjnego Zintegrowane lekcjeJeśli masz poprawki lub sugestie dotyczące tej lekcji,
W przestrzeni otaczającej ładunek, który jest źródłem, jest bezpośrednio proporcjonalny do liczby tej opłaty i tylnej kwadratu o odległości od tego ładunku. Kierunek pola elektrycznego według przyjętych zasad jest zawsze z dodatnim ładunku w kierunku negatywnego ładunku. Może to być reprezentowany tak, jakbyś umieścił ładunek testowy w obszarze źródła pola elektrycznego źródła, a ta ładunek próbny zostanie odpychany lub przyciągany (w zależności od znaku ładowania). Pole elektryczne charakteryzuje się napięciami, co stanowi wartość wektorową może być przedstawiony graficznie jako strzałę o długości i kierunku. W dowolnym miejscu kierunek strzałki wskazuje kierunek siły pola elektrycznego MI.lub po prostu - kierunek pola, a długość strzałki jest proporcjonalna do wielkości numerycznej siły pola elektrycznego w tym miejscu. Dalszy obszar przestrzeni z źródła pola (opłata P.), tym mniejsza długość wektora naprężenia. A długość wektora zmniejsza się podczas usuwania n. Raz z jakiegoś miejsca n2. Raz, to jest odwrotnie proporcjonalnie do placu.
Bardziej użytecznym sposobem wizualnej reprezentacji wektora pola elektrycznego jest użycie takiej koncepcji jak lub po prostu - linie energetyczne. Zamiast przedstawiający niezliczone strzałki wektorowe w przestrzeni otaczającej źródło, okazało się przydatne do łączenia ich w linii, gdzie same wektorowe są styczne do wskazówek na takich liniach.
W rezultacie z powodzeniem stosowany do wektora wzoru pola elektrycznego elektryczne linie polaktóry wychodzi z ładunków pozytywnego znaku i wprowadź opłaty negatywnego znaku, a także rozciąga się na nieskończoność w przestrzeni. Taki pomysł pozwala zobaczyć pole elektryczne niewidoczne dla ludzkiego oka. Jednak taka prezentacja jest również wygodna dla sił grawitacyjnych i innych niezgodnych interakcji dalekiego zasięgu.
Model linii energetycznych obejmuje nieskończoną ilość, ale zbyt wysoka gęstość obrazu linii energetycznych zmniejsza możliwość odczytywania wzorców polowych, więc ich liczba jest ograniczona do czytelności.
Zasady dotyczące rysowania linii energetycznych pola elektrycznego
Istnieje wiele zasad kompilacji takich modeli linii elektrycznych. Wszystkie te zasady mają na celu poinformowanie największej informacji podczas wizualizacji pola elektrycznego. Jednym ze sposobów jest obraz linii energetycznych. Jednym z najczęstszych sposobów jest otaczenie większej liczby obiektów naładowanych z dużą liczbą linii, czyli większą gęstość linii. Obiekty o dużej ładunku tworzą silniejsze pola elektryczne, a zatem linie gęstości (gęstość) wokół nich więcej. Im bliżej ładunku źródła, tym wyższa gęstość linii energetycznych, a większą wartość ładunku, grubszy wokół niego.
Druga reguła do rysowania linii pola elektrycznego zawiera obraz innego rodzaju linii, tych, które przekraczają pierwsze linie energetyczne. prostopadły. Ten typ linii jest nazywany linie równoważneI z widokiem na wolę, powinniśmy rozmawiać o powierzchniach równorzędnych. Ten typ linii tworzy zamknięte kontury, a każdy punkt na takiej linii równorzędnej ma tę samą wartość potencjału pola. Kiedy jakakolwiek naładowana cząstka krzyża tak prostopadła linie energetyczne Linie (powierzchnie), a następnie mówić o opłaty za ładowanie. Jeśli ładunek poruszy się wzdłuż linii równorzędnych (powierzchnie), chociaż się porusza, ale praca nie jest wykonywana żadna praca. Naładowana cząstka, będąc w elektrycznym polu innego opłaty zaczyna się poruszać, ale tylko stałe opłaty są rozpatrywane w elektryczności statycznej. Ruch opłat nazywany jest porażeniem prądem, podczas gdy przewoźnik ładunku może być wykonany.
Ważne jest, aby to pamiętać elektryczne linie pola Nie przecinaj się, a linia innego typu jest równoważona, tworzą konturów zamkniętych. W miejscu, w którym występuje skrzyżowanie dwóch rodzajów linii, styczne do tych linii są wzajemnie prostopadły. Tak więc coś w rodzaju zakrzywionej siatki koordynującej lub kratę, których komórki, których a także punkty przecięcia linii różnych typów charakteryzują pole elektryczne.
Linie przerywane są równocześnie. Linie ze strzałkami - linie energetyczne pola elektrycznego
Pole elektryczne składające się z dwóch lub więcej opłat
Za odosobnione pojedyncze opłaty elektryczne linie pola przedstawiać promienie promieniowe Pochodzące z opłat i pójście do nieskończoności. Jaka będzie konfiguracja linii energetycznych dla dwóch lub więcej ładunków? Aby wykonać taki wzór, konieczne jest, aby pamiętać, że mamy do czynienia z polem wektor, czyli z wektory naprężenia pola elektrycznego. Aby przedstawić wzór pola, musimy podjąć dodatek wektory naprężenia z dwóch lub więcej opłat. Uzyskane wektory będą całkowitą dziedziną kilku opłat. Jak można zbudować linie siły w tym przypadku? Ważne jest, aby pamiętać, że każdy punkt na linii energetycznej jest pojedyńczy punkt Kontakt z wektorą siły pola elektrycznego. Wynika to z określenia stycznego geometrii. Jeśli od początku każdego wektora do budowy prostopadle w postaci długich linii, wzajemne skrzyżowanie wielu z tych linii będzie przedstawiające bardzo pożądaną linię energetyczną.
Aby uzyskać bardziej dokładny obraz algebraiczny matematycznych linii energetycznych, konieczne jest, aby równania linii energetycznych, a wektor w tym przypadku będą reprezentować pierwsze instrumenty pochodne, linie pierwszego rzędu, które są styczne. To zadanie jest czasami niezwykle trudne i wymaga komputerów obliczeniowych.
Jest to przede wszystkim ważne, aby pamiętać, że pole elektryczne z wielu ładunków jest reprezentowane przez sumę wektorów naprężenia z każdego źródła ładunku. to fundacja Aby wykonać budowę linii energetycznych w celu wizualizacji pola elektrycznego.
Każdy ładunek wykonany w polu elektrycznym prowadzi do zmiany, nawet jeśli nieletni wzór linii energetycznych. Takie obrazy są czasami bardzo atrakcyjne.
Linie energetyczne pola elektrycznego jako sposób, aby pomóc umysłowi zobaczyć rzeczywistość
Koncepcja pola elektrycznego powstała, gdy naukowcy próbowali wyjaśnić efekt dalekiego zasięgu, który występuje między naładowanymi obiektami. Idea pola elektrycznego została po raz pierwszy wprowadzona przez XIX-wiecznego fizyka Michaela Faradaya. To był wynik percepcji Michaela Faradaya niewidzialna rzeczywistość W postaci obrazu linii energetycznych charakteryzujących efekt dalekiego zasięgu. Faraday nie zastanawiali się w ramach jednego opłaty, ale poszedł dalej i rozszerzył granice umysłu. Zasugerował, że obciążony obiekt (lub masa w przypadku ciężkości) wpływa na przestrzeń i wprowadziła koncepcję pola takiego efektu. Biorąc pod uwagę takie pola, był w stanie wyjaśnić zachowanie opłat, a tym samym ujawniło wiele tajemnic energii elektrycznej.
