1. Основные законы электрического поля Электрическое поле



Скачать 316.69 Kb.
страница1/6
Дата26.12.2012
Размер316.69 Kb.
ТипДокументы
  1   2   3   4   5   6

1. Основные законы электрического поля

1.1. Электрическое поле



Теория электрических цепей, которую мы до сих пор изучали, является лишь макро отображением теории электромагнитного поля, к изучению которой мы сейчас приступаем.

Существует множество практических задач, для решения которых понятия теории цепей становятся неприменимы, в силу того, что они просто теряют смысл. Примером может служить задача о нахождении напряжения между проводом расположенным над землей и самой землей, в присутствии грозовой тучи. Особенно много задач, которые решаются методами теории поля, возникают в технике высоких напряжений. Скажем больше, параметры элементов электрических цепей, такие как: индуктивность, емкость, сопротивление, магнитное сопротивление, можно рассчитать только методами теории поля. Теория поля является более высоким уровнем изучения электромагнитных явлений, нежели теория цепей. Частным случаем электромагнитного поля является электростатическое поле. Электростатическое поле – это поле, не изменяющееся во времени, оно создается неподвижными электрическими зарядами. Изучение теории поля начнем именно с изучения электростатического поля.

Вспомним, что изучение электрических цепей на первых этапах вызывало определенные трудности, которые во многом связаны с тем, что процессы, происходящие в электрических цепях невидимы для человека. Однако по мере накопления знаний стало понятным, что все явления, происходящие в цепях, подчиняются довольно простым законам. В основу расчета электрических цепей положены два закона Кирхгофа и закон Ома. Первый закон Кирхгофа есть не что иное, как закон сохранения вещества. В данном случае веществом являются заряды, движение которых представляет собой ток. Второй закон Кирхгофа это закон сохранения энергии, который говорит, что сумма работ, связанных с передвижением зарядов в замкнутом контуре равна сумме энергий генераторов, находящихся в этом контуре. Вероятно, эту трактовку второго закона следует пояснить. Вспомним что разность потенциалов это работа, затрачиваемая при передвижении заряда из одной точки в другую, а ЭДС источника, - это энергия, затрачиваемая на перенос того же заряда внутри источника. Теперь, вероятно, все стало понятно.

Вернемся к закону Ома. Закон Ома говорит о том, что в проводниках затраты энергии пропорциональны количеству переносимого вещества (зарядов), т.е. он определят связь между количеством переносимого вещества (электронов, ионов) в единицу времени, и затратами энергии. Коэффициент пропорциональности зависит от вида проводника, что вполне естественно. Эти три закона позволяют рассчитать линейную электрическую цепь любой сложности.

Электрическое поле так же невидимо для человека, как и электрический ток. Дело еще усложняется тем, что никто не знает, что это такое. Поэтому трудностей возникает еще больше. Однако не стоит бояться.
Законы аналогичные основным законам электрических цепей существуют для электрических и магнитных полей.

1.1. Закон Кулона.


Электрический заряд, даже если он находится в вакууме, создает вокруг себя специфическую среду, которую называют электрическим полем. Особенностью этой среды является то, что другие заряды, помещенные в это поле, испытывают действие силы, которая вычисляется в соответствии с законом Кулона
,
где - диэлектрическая постоянная вакуума, которая измеряется в единицах, Фарада/метр (Ф/м);

R- расстояние между зарядами, единица измерения метр (м);

единичный вектор служит для указания направления силы .
Напомним, что сила измеряется в Ньютонах (Н), а заряд в Кулонах (К).

Для того, чтобы количественно оценить интенсивность поля создаваемое зарядом вводится понятие напряженности, т.е. силы, которая действует на единицу заряда, находящегося в поле . т.е. напряженность это
. (1.1)
Единицей напряженности является Вольт/метр (В/м).

За направление электрического поля принимается направление силы действующей на положительный заряд. Если представить расположение таких векторов в пространстве, то получится точка с исходящими из нее лучами. Такое поле называется радиальным.

Если вместо векторов, соответствующих направлению напряженности поля, провести линию, касательную к этим векторам, то такую линию называют силовой линией. Силовая линия характеризует направление поля в данной точке, но ничего не говорит о его величине. Поэтому величину поля отражают увеличением или уменьшением плотности силовых линий. Количество силовых линий, проходящих через единицу площади, расположенной поперек линий пропорционально напряженности поля. Силовые линии обладают рядом свойств: во-первых, силовые линии не пересекаются, во-вторых, они непрерывны. Силовые линии можно рассматривать как траектории по которым движется заряд с бесконечно малой массой. Для иллюстрации электрического поля можно использовать как линии напряженности, так и линии индукции. О последней мы расскажем чуть позже.






силовые линии

а)

б)

в)



Рис.1.1. Силовые линии одиночного положительного и отрицательного зарядов и двух разноименных зарядов.
Один заряд создает радиальное поле. Более сложная картина поля возникает, если в пространстве имеется несколько зарядов. В этом случае напряженность поля рассчитывается как сумма напряженностей, создаваемых в этой точке каждым зарядом отдельно. Это так называемый принцип суперпозиции, который хотя не доказан теоретически, но и не опровергнут в экспериментах. Естественно, что присутствие в пространстве нескольких зарядов может существенно изменить картину поля. Пример картины такого поля представлен на рис.1.а и б.

Следует понимать, что силовые линии это всего лишь иллюстрации, которые иногда обеспечивают лучшее восприятие рассматриваемой задачи. Силовые линии используются для наглядного изображения невидимого электрического поля. На самом деле никаких силовых линий в природе нет.

  1   2   3   4   5   6

Похожие:

1. Основные законы электрического поля Электрическое поле iconЗаконы сохранения электрического заряда. Теорема Гаусса (вывод)
Электрическое поле. Напряженность поля. Теорема Гаусса и ее применение для расчета поля заряженной пластины
1. Основные законы электрического поля Электрическое поле iconМодель урока «Электрическое поле» Тема. Электрическое поле
Основной характеристики электрического поля – напряженности. Изучение принципа суперпозиции электрических полей. Продолжение формирования...
1. Основные законы электрического поля Электрическое поле iconВопросы к коллоквиуму №1 для специальности дс за III семестр
Поле и вещество – две основные формы существования материи. Электричес-кое поле. Напряженность электрического поля. Суперпозиция...
1. Основные законы электрического поля Электрическое поле icon«Электрическое поле. Напряжённость электрического поля. Принцип суперпозиции полей»
Тема: «Электрическое поле. Напряжённость электрического поля. Принцип суперпозиции полей»
1. Основные законы электрического поля Электрическое поле iconЛекции: 32 час практические (семинарские) занятия: 32 часа лабораторные занятия: нет
Поток векторного поля. Закон Гаусса для электрического поля в вакууме. Электрическое поле заряженных тел: сферы, шара, нити, цилиндра,...
1. Основные законы электрического поля Электрическое поле icon13. электрическое поле в проводящих средах 13 основные теоретические положения
Поэтому для поддержания неизменного электрического поля (постоянной разности потенциалов) и компенсации тепловых потерь энергии нужен...
1. Основные законы электрического поля Электрическое поле iconЗакон Кулона. Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Суперпозиция электрических полей. Электрический диполь
Основные задачи электростатики. Единственность решения основных задач электростатики. Метод изображений
1. Основные законы электрического поля Электрическое поле iconЛекция №14. Электрическое поле в диэлектриках Проводники и диэлектрики. Свободные и связанные заряды
Диполь в однородном и неоднородном электрическом поле. Диэлектрики в электростатическом поле. Вектор поляризации. Электрическое смещение....
1. Основные законы электрического поля Электрическое поле iconКонспект этапа урока «Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции полей»
Недостаточно утверждать, что электрическое поле существует. На­до ввести количественную характе­ристику поля. После этого электри­ческие...
1. Основные законы электрического поля Электрическое поле iconВопросы, выносимые на экзамен по дисциплине " теоретические основы электротехники"
Электрическое поле и его основные характеристики. Основные величины, характеризующие электрическое поле
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org