Единица измерения потенциала – вольт

[φ] = = = ­ В,

квадратные скобки говорят о единицах измерения.

Т.о. 1В= ; потенциал данной точки электрического поля равен одному вольту, если при перемещении заряда величиной в один кулон из этой точки в нулевую совершается работа равная одному джоулю.

Потенциал может быть положительным и отрицательным.

Разность потенциалов между двумя точками электрического поля есть напряжение, обозначается латинской буквой U (У), в скобках указано соответствие русской букве.

U = φ_А- φ_В,, где А и В точки поля в которых определяют напряжение

Единица измерения напряжения – вольт (В).

Можно также напряжение выразить через работу и величину заряда:

U = ; т.е. можно сказать что напряжение между двумя точками электрического поля численно равно работе при перемещении между этими точками единицы положительного заряда. Откуда А = U·Q, т.е. работа по перемещению заряда зависит от величины заряда, напряжению между точками перемещения, но не зависит от пути по которому перемещается заряд.

Кроме потенциала и напряжения, которые являются, по сути, энергетическими характеристиками электрического поля, существует физическая величина, которая является силовой характеристикой поля. Это напряжённость.

Напряжённостью электрического поля в данной точке называется величина, равная силе, действующей на единицу положительного заряда.

Единица измерения напряжённости ;

В системе СИ за единицу напряжённости принята величина 1 вольт на 1 метр или просто вольт на метр.

Графически электрическое поле изображают с помощью силовых линий; это линии, показывающие направление действия сил электрического поля на положительный заряд, помещённый в это поле. Чем больше напряжённость поля, тем больше плотность электрических силовых линий. Электрическое поле может быть однородным и не однородным. Однородным называется поле, во всех точках которого, электрические силовые линии не пересекаются и имеют одинаковую плотность. Пример однородного поля - поле между двух плоских заряженных пластин, такое устройство называется плоский конденсатор.

Пример неоднородного поля – поле между двух одноимённо заряженных тел

В однородном поле существует связь между напряжением и напряжённостью.

Напряжённость ; Напряжение U = ; (Значение букв см. выше)

Из физики известно, что работа это произведение силы на путь

А= F·d, где d –расстояние между пластинами, тогда, подставляя одну формулу в другую, получим

E=F/Q= A / d·Q = Q·U/d·Q = U/d, т.о. в однородном поле напряжённость, это напряжение на единицу длины.

Имеет значение также распределение электрического поля в пространстве, так как существуют поверхности равного потенциала т.н. эквипотенциальные поверхности. Например, вокруг заряженного шара эквипотенциальные поверхности будут находиться на сферах окружающих шар, при этом электрические силовые линии будут перпендикулярны таким сферам.

Проводники в электрическом поле

Поместим металлическое тело между двух заряженных пластин, при этом напряжённость поля между пластин до внесения тела была Е₁. Это поле для металлического тела будет внешним.

В металлическом теле под действием внешнего электрического поля с напряжённостью Е₁ свободные электроны перемещаются к одной поверхности (левой), которая получает отрицательный заряд, соответственно правая поверхность зарядится положительно (заряды в кружках). Такое явление смещения зарядов в проводнике под действием внешнего поля называется электростатической индукцией. В результате разделения зарядов в проводнике (металлическом теле) создаётся внутреннее электрическое поле с напряжённостью Е₂, направленное противоположно внешнему. Через короткое время разделение зарядов прекратится, этот момент наступит при Е₂ = Е₁, т.е. внутреннее поле уравновесит внешнее и внутри проводника электрического поля не будет. Если в электрическое поле поместить металлическое тело с полостью внутри, т.е. полое тело, то и в этом случае внутри тела поля не будет. Это свойство проводников используется в радиоаппаратуре (РА) для электростатического экранирования, т.е. для защиты какого-либо устройства от действия внешнего поля. Защищаемый объект помещается в металлическую коробку или сетку с небольшими отверстиями.

Электрическая ёмкость.

Электрическая ёмкость любого тела есть величина, характеризующая способность тела накапливать электрический заряд. При этом если заряд проводника увеличивать то повышается и его потенциал. Эта связь описывается формулой Q = С·φ, где Q- заряд в кулонах, φ- потенциал в вольтах, С- электрическая ёмкость в фарадах. (Кулон, Вольта, Фарадей - учёные, именами которых названы эти величины). Откуда

,

т.о. электрическая ёмкость определяет величину заряда, который надо сообщить проводнику, для увеличения его потенциала на один вольт. В системе СИ за единицу электрической ёмкости принят фарад , т.е. фарад это кулон делённый на вольт.

Это очень большая величина, поэтому на практике применят микрофарад и пикофарад:

1мкФ=10^-6 Ф, 1пкФ=10^-12Ф, 1Ф=10⁶ мкФ=10¹²пкФ

На практике применяется система из двух изолированных друг от друга электропроводных тел, которые называются обкладками, а само устройство называется электрический конденсатор или электрическая ёмкость. В РА применяют электрические конденсаторы различной ёмкости, от нескольких пикофарад до сотен микрофарад. Кроме этого существуют естественные конденсаторы, например две жилы кабеля, выводы радиодеталей и другие. Ёмкость конденсатора определяется зарядом, который нужно сообщить одному из проводников для того чтобы напряжение между обкладками изменилось на 1 вольт.

Плоский конденсатор состоит из двух пластин, между которыми, находится диэлектрик,

Ёмкость такого конденсатора

, где С-ёмкость, ξ _а- абсолютная диэлектрическая проницаемость вещества диэлектрика, S- площадь одной из пластин, d- расстояние между пластинами.

В качестве диэлектрика применяется слюда, керамика бумага, специальные плёнки.

Чтобы зарядить конденсатор, его надо подключить к источнику электрической энергии. При этом в процессе заряда конденсатора происходит поляризация (поворот) молекул диэлектрика, создаётся электрическое поле между пластинами и в электрическом поле накапливается электрическая энергия. Её величина вычисляется по формуле

,

где W- энергия в джоулях, U- напряжение между пластинами в вольтах, С- ёмкость в фарадах.

На каждом конденсаторе кроме величины ёмкости указывается напряжение, на которое рассчитан диэлектрик конденсатора, если это напряжение будет превышено, произойдёт пробой (разрушение) изоляции, конденсатор выйдет из строя и потребуется его замена. Кроме этого при пробое конденсатора могут выйти из строя и другие радиодетали входящие в электрическую схему.

Дата добавления: 2015-07-12