Електростатика, гранка на теоријата на електрична енергија која ја проучува интеракцијата на стационарни електрични полнежи. Електростатиката, која го проучува стационарното заемно дејство помеѓу макроскопските неподвижни наелектризирани тела, се заснова на три експериментално утврдени факти: присуство на два вида електрични полнежи, постоење на интеракција меѓу нив извршена од електрично поле и принцип на суперпозиција. кога интеракцијата на кои било два полнења не зависи од присуството на други.

Постојат два вида обвиненија, позитивни, означени со знакот плус „+“ и негативни, означени со знакот минус „-“. Полнењата создаваат електрично поле околу себе. Полето на стационарни полнежи е електростатско поле. Електричниот полнеж и електричното поле се примарните концепти на електростатиката.

Вкупниот полнеж на едно тело, и позитивен и негативен, е секогаш множител на некој елементарен електричен полнеж. Во електростатиката се проучуваат физичките величини просечни во просторот и времето. Кога се мери просекот во вселената, се користат вообичаените методи на континуумска физика; просекот со текот на времето овозможува обвиненијата во термичкото движење да се сметаат за неподвижни. Позитивни и негативни полнежи се компонентимолекулите и сите макроскопски тела содржат огромен број на позитивни и негативни полнежи, но за електростатско заемодејство зборуваме само во случај кога телото има вишок на полнежи од ист знак. Полнењето на макроскопското тело се одредува со вкупниот полнеж на елементарните честички што го сочинуваат ова тело. Просекот овозможува да се разгледаат не само индивидуалните полнења, туку и да се воведе идеја за волуметриската густина на полнежот. Законот за зачувување на полнежите вели дека полнежот е зачуван во затворен систем.

Мерка електрично поле, кој ја врши интеракцијата на обвиненијата, во секој момент е тензијата . Електричното поле е прикажано со помош на линии на сила - линии чија тангента линија се совпаѓа со насоката на јачината на полето. Јачината на полето во која било точка е пропорционална со големината на формираниот полнеж, затоа, во принцип, можно е да се додели одреден ограничен број линии на полето на елементарното полнење.

Електричните полнежи од ист знак се одбиваат меѓусебно, полнежите од спротивниот знак се привлекуваат. Принципот на работа на електрометарот се заснова на овој феномен. Регистрацијата на интеракциите на полнежот секогаш се врши на растојанија значително поголеми од меѓуатомските растојанија. Помеѓу електричните полнежи, чија големина може да се занемари, дејствува сила, чија големина е одредена со Кулонов закон. Кулоновиот закон, основниот закон на електростатиката, ја одредува силата на интеракција помеѓу стационарни точки полнежи во зависност од нивната големина и растојанието меѓу нив.

Од законот на Кулон произлегува дека работата на електричните сили при движење на полнеж не зависи од патеката по која полнежот се движи од една до друга точка, туку се одредува само од положбата на овие точки во просторот. Ако една од точките се однесе до бесконечност, тогаш во секоја точка можеме да поврземе електричен потенцијал, кој ја карактеризира работата што треба да се изврши за да се пренесе единечно полнење од бесконечност во дадена точка. Ако во електрично поле ги поврземе сите точки со истиот потенцијал, тогаш добиваме површина со еднакви потенцијали, или еквипотенцијална површина.

Принципот на суперпозиција на електрични полиња е еден од основните принципи на електростатиката и е генерализација на многу набљудувања. Во согласност со принципот на суперпозиција, електричниот интензитет Еполиња од неколку стационарни точки полнежи q1, q2, q3...еднакви векторска сумајачините на полето што секој од овие полнежи би ги создал во отсуство на другите. Всушност, тоа значи дека присуството на други обвиненија не влијае на полето создадено од даденото полнење.

Законот за интеракција на електрични полнежи може да се формулира како Гаусова теорема, што може да се смета како последица на Кулоновиот закон и принципот на суперпозиција. Типични проблеми на електростатиката се наоѓање на распределбата на полнежите на површините на спроводниците врз основа на познатите вкупни полнежи или потенцијали на секој од нив, како и пресметување на енергијата на системот на проводници од нивните полнежи и потенцијали. Електростатиката исто така го проучува однесувањето на различни материјали - спроводници и диелектрици - во електрично поле.

... Сите предвидувања на електростатиката произлегуваат од нејзините два закони.
Но, едно е да се изразат овие работи математички, а сосема друго
нанесете ги со леснотија и со точниот износ на духовитост.
Ричард Фајнман

Електростатиката ја проучува интеракцијата на стационарни полнежи. Клучните експерименти во електростатиката биле извршени во 17 и 18 век. Со откривањето на електромагнетните феномени и револуцијата во технологијата што тие ја создадоа, интересот за електростатиката беше изгубен некое време. Сепак, модерно Научно истражувањепокажуваат огромното значење на електростатиката за разбирање на многу процеси на жива и нежива природа.

Електростатика и живот

Во 1953 година, американските научници С. Милер и Г. Уреј покажаа дека една од „градежните елементи на животот“ - аминокиселините - може да се добие со поминување на електрично празнење низ гас сличен по состав на примитивната атмосфера на Земјата, која се состои од на метан, амонијак, водород и пареа вода. Во текот на следните 50 години, други истражувачи ги повториле овие експерименти и ги добиле истите резултати. Кога кратките струјни импулси се пренесуваат низ бактериите, во нивната обвивка (мембрана) се појавуваат пори, преку кои можат да поминат ДНК фрагменти од други бактерии, активирајќи еден од механизмите на еволуција. Така, енергијата потребна за потеклото на животот на Земјата и неговата еволуција навистина би можела да биде електростатската енергија на празнењата на молњите (сл. 1).

Како електростатиката предизвикува гром

Во секој момент, околу 2.000 молњи трепкаат на различни точки на Земјата, приближно 50 молњи ја погодуваат Земјата секоја секунда, а секој квадратен километар од површината на Земјата е погоден од гром во просек шест пати годишно. Уште во 18 век, Бенџамин Френклин докажал дека молњите што удираат од громови се електрични празнења што носат негативеннаплаќаат. Освен тоа, секое од празнењата ја снабдува Земјата со неколку десетици кулони електрична енергија, а амплитудата на струјата при удар на гром се движи од 20 до 100 килоампери. Фотографијата со голема брзина покажа дека ударот на гром трае само десетини од секундата и дека секоја молња се состои од неколку пократки.

Со помош на мерни инструменти инсталирани на атмосферски сонди, на почетокот на 20 век беше мерено електричното поле на Земјата, чија јачина на површината се покажа дека е приближно 100 V/m, што одговара на вкупниот полнеж на планетата околу 400.000 C. Носител на полнежите во Земјината атмосфера се јоните, чија концентрација се зголемува со висината и достигнува максимум на надморска височина од 50 km, каде под влијание на космичкото зрачење се формира електрично спроводлив слој - јоносферата. Според тоа, можеме да кажеме дека електричното поле на Земјата е поле на сферичен кондензатор со применет напон од околу 400 kV. Под влијание на овој напон, струја од 2–4 kA тече цело време од горните слоеви кон долните, чија густина е (1–2) 10 –12 A/m 2 и се ослободува енергија. до 1,5 GW. И да нема молњи, ова електрично поле ќе исчезне! Излегува дека при добро време, електричниот кондензатор на Земјата се испразнува, а за време на бура со грмотевици се полни.

Громовиот облак е огромно количество на пареа, од кои некои се кондензираат во ситни капки или парчиња мраз. Врвот на громовиот облак може да биде на надморска височина од 6–7 km, а дното може да виси над земјата на надморска височина од 0,5–1 km. Над 3–4 km, облаците се состојат од ледени санти со различни големини, бидејќи температурата таму е секогаш под нулата. Овие парчиња мраз се во постојано движење, предизвикани од растечките струи на топол воздух што се издигнуваат одоздола од загреаната површина на земјата. Малите парчиња мраз се полесни од големите, а тие се понесени од зголемените воздушни струи и се судираат со големите на патот. При секој таков судир доаѓа до електрификација, при што големите парчиња мраз се наплаќаат негативно, а малите - позитивно. Со текот на времето, позитивно наелектризираните мали парчиња мраз се собираат главно во горниот дел од облакот, а негативно наелектризираните големи - на дното (сл. 2). Со други зборови, врвот на облакот се наплаќа позитивно, а дното - негативно. Во овој случај, позитивните полнежи се индуцираат на земјата директно под громовиот облак. Сега сè е подготвено за празнење на молња, во кое доаѓа до распаѓање на воздухот и негативниот полнеж од дното на громовиот облак тече кон Земјата.

Типично е дека пред бура со грмотевици, јачината на електричното поле на Земјата може да достигне 100 kV/m, т.е. 1000 пати поголема од неговата вредност при добро време. Како резултат на тоа, позитивниот полнеж на секое влакно на главата на лицето кое стои под громови се зголемува за иста количина, а тие, туркајќи се еден од друг, стојат на врвот (сл. 3).

Фулгурит - трага од гром на земја

За време на празнење на гром, енергијата се ослободува од редот на 10 9 - 10 10 J. Најголем дел од оваа енергија се троши на гром, загревање на воздухот, блесок на светлина и емисија на други електромагнетни бранови, а само мал дел се ослободува на местото каде што громот навлегува во земјата. Но, и овој „мал“ дел е доволен за да предизвика пожар, да убие човек или да уништи зграда. Молњата може да го загрее каналот низ кој се движи до 30.000°C, што е многу повисока од точката на топење на песокот (1600-2000°C). Затоа, гром, удирајќи во песокот, го топи, а топлиот воздух и водената пареа, ширење, формираат цевка од стопениот песок, која по некое време се стврднува. Така се раѓаат фулгуритите (стрели со гром, ѓаволски прсти) - шупливи цилиндри од стопен песок (сл. 4). Најдолгите ископани фулгурити отидоа под земја на длабочина од повеќе од пет метри.

Како електростатиката штити од гром

За среќа, повеќето удари од гром се случуваат меѓу облаците и затоа не претставуваат закана за здравјето на луѓето. Сепак, се верува дека гром убива повеќе од илјада луѓе ширум светот секоја година. Барем во Соединетите Американски Држави, каде што се води таква статистика, секоја година околу илјада луѓе страдаат од удари на гром, а повеќе од стотина од нив умираат. Научниците долго време се обидуваат да ги заштитат луѓето од оваа „Божја казна“. На пример, пронаоѓачот на првиот електричен кондензатор (Лајден тегла), Питер ван Мушенброук, во статија за електрична енергија напишана за познатата француска енциклопедија, ги бранеше традиционалните методи за спречување на гром - ѕвонењеи пукање со топови, за кои веруваше дека се доста ефикасни.

Во 1750 година, Френклин го измислил громобранот. Во обид да ја заштити зградата на главниот град Мериленд од удар на гром, тој закачил дебела железна прачка на зградата, која се протегала неколку метри над куполата и била поврзана со земјата. Научникот одбил да го патентира својот изум, сакајќи тој да почне да им служи на луѓето што е можно поскоро. Механизмот на дејство на громобран е лесно да се објасни ако се потсетиме дека јачината на електричното поле во близина на површината на наелектризираниот проводник се зголемува со зголемување на закривеноста на оваа површина. Затоа, под гром во близина на врвот на громобран, јачината на полето ќе биде толку висока што ќе предизвика јонизација на околниот воздух и исцедок од коронаво него. Како резултат на тоа, веројатноста за удар на гром во громобран значително ќе се зголеми. Така, познавањето на електростатиката не само што овозможи да се објасни потеклото на молњите, туку и да се најде начин да се заштити од нив.

Веста за громобранот на Френклин брзо се рашири низ Европа и тој беше избран во сите академии, вклучително и во руската. Меѓутоа, во некои земји побожното население го поздрави овој изум со огорченост. Самата идеја дека човек може толку лесно и едноставно да го скроти главното оружје на Божјиот гнев изгледаше богохулно. Затоа, на различни места луѓето од побожни причини кршеле громобрани.

Необичен инцидент се случил во 1780 година во мал град во северна Франција, каде што жителите на градот побарале да се урне железниот громобран јарбол и предметот да се суди. Младиот адвокат, кој го бранеше громобран од нападите на опскурантистите, својата одбрана ја засноваше на фактот дека и човечкиот ум и неговата способност да ги освои силите на природата имаат божествено потекло. Сè што помага да се спаси живот е за добро, се расправаше младиот адвокат. Тој го доби случајот и стекна голема слава. Адвокатот се викаше... Максимилијан Робеспјер.

Па, сега портретот на пронаоѓачот на громобран е најпосакуваната репродукција на светот, бидејќи ја краси добро познатата банкнота од сто долари.

Електростатика која го враќа животот

Енергијата од празнењето на кондензаторот не само што доведе до појава на живот на Земјата, туку може да го врати животот на луѓето чиишто срцеви клетки престанале да чукаат синхроно. Асинхроната (хаотична) контракција на срцевите клетки се нарекува фибрилација. Фибрилацијата на срцето може да се запре со поминување на краток пулс на струја низ сите негови клетки. За да го направите ова, на градите на пациентот се нанесуваат две електроди, низ кои се пренесува пулс со времетраење од околу десет милисекунди и амплитуда до неколку десетици ампери. Во овој случај, енергијата на празнење низ градите може да достигне 400 J (што е еднакво на потенцијалната енергија на килограм тежина подигната на висина од 2,5 m). Уредот кој обезбедува електричен шок кој ја запира срцевата фибрилација се нарекува дефибрилатор. Наједноставниот дефибрилатор е осцилирачко коло кое се состои од кондензатор со капацитет од 20 μF и калем со индуктивност од 0,4 H. Со полнење на кондензаторот на напон од 1–6 kV и празнење преку серпентина и пациентот, чиј отпор е околу 50 оми, можете да го добиете тековниот пулс неопходен за враќање на пациентот во живот.

Електростатика дава светлина

Флуоресцентна светилка може да послужи како пригоден показател за јачината на електричното поле. За да го потврдите ова, додека сте во темна просторија, тријте ја светилката со крпа или шал - како резултат на тоа, надворешната површина на стаклото на светилката ќе се наполни позитивно, а ткаенината - негативно. Штом тоа се случи, ќе видиме блесоци на светлина кои се појавуваат на оние места на светилката што ги допираме со наполнета крпа. Мерењата покажаа дека јачината на електричното поле во работната флуоресцентна светилка е околу 10 V/m. Со овој интензитет слободните електрони имаат потребната енергијаза јонизација на атоми на жива во флуоресцентна светилка.

Електричното поле под високонапонски далноводи - далноводи - може да достигне многу високи вредности. Затоа, ако ноќе флуоресцентна светилка се заглави во земјата под далновод, таа ќе светне, и тоа доста силно (сл. 5). Значи, користејќи ја енергијата на електростатското поле, можете да го осветлите просторот под далноводите.

Како електростатиката предупредува на пожар и прави чад почист

Во повеќето случаи, при изборот на типот на детектор за аларм за пожар, предност се дава на сензорот за чад, бидејќи пожарот обично е придружен со ослободување на големо количествочад и овој тип на детектор е во состојба да ги предупреди луѓето во зградата за опасноста. Детекторите за чад користат јонизација или фотоелектричен принцип за откривање на чад во воздухот.

Детекторите за јонизирачки чад содржат извор на α-зрачење (обично америциум-241) кој го јонизира воздухот помеѓу металните електродни плочи, електричен отпормеѓу кои постојано се мери со помош на специјално коло. Јоните формирани како резултат на α-зрачењето обезбедуваат спроводливост помеѓу електродите, а микрочестичките чад што се појавуваат таму се врзуваат за јоните, го неутрализираат нивниот полнеж и на тој начин го зголемуваат отпорот помеѓу електродите, на кои електричното коло реагира со звук на аларм. Сензорите засновани на овој принцип покажуваат многу импресивна чувствителност, реагирајќи дури и пред првиот знак на чад да биде откриен од живо суштество. Треба да се напомене дека изворот на зрачење што се користи во сензорот не претставува никаква опасност за луѓето, бидејќи алфа зраците не можат да поминат ниту низ лист хартија и целосно се апсорбираат од слој воздух дебел неколку сантиметри.

Способноста на честичките од прашина да се електрифицираат е широко користена во индустриските електростатички колектори за прашина. Гас што содржи, на пример, честички од саѓи, што се крева нагоре, поминува низ негативно наелектризирана метална мрежа, како резултат на што овие честички добиваат негативен полнеж. Продолжувајќи да се креваат нагоре, честичките се наоѓаат во електричното поле на позитивно наелектризираните плочи, кон кое се привлекуваат, по што честичките паѓаат во посебни контејнери, од каде периодично се отстрануваат.

Биоелектростатици

Една од причините за астма се отпадните производи од прашинските грини (сл. 6) - инсекти со големина од околу 0,5 мм кои живеат во нашата куќа. Истражувањата покажаа дека нападите на астма се предизвикани од еден од протеините што ги лачат овие инсекти. Структурата на овој протеин наликува на потковица, чии два краја се позитивно наелектризирани. Електростатските одбивни сили меѓу краевите на таков протеин во облик на потковица ја прават неговата структура стабилна. Сепак, својствата на протеинот може да се променат со неутрализирање на неговите позитивни полнежи. Ова може да се направи со зголемување на концентрацијата на негативните јони во воздухот со кој било јонизатор, на пример лустерот Чижевски (сл. 7). Во исто време, фреквенцијата на напади на астма се намалува.

Електростатиката помага не само да се неутрализираат протеините што ги лачат инсектите, туку и да се фатат сами. Веќе е кажано дека косата „се крева“ ако се наполни. Можете да замислите што доживуваат инсектите кога ќе се најдат електрично наполнети. Најфините влакна на нивните шепи се разминуваат во различни страни, а инсектите ја губат способноста за движење. На овој принцип се заснова стапицата за лебарки прикажана на слика 8. Лебарките ги привлекува слаткиот прав кој претходно е електростатски наполнет. Прашокот (на сликата е бел) се користи за покривање на навалената површина околу стапицата. Откако ќе се стават во прав, инсектите се наполнуваат и се тркалаат во стапицата.

Што се антистатички агенси?

Облеката, теписите, прекривките и сл. предмети се полнат по контакт со други предмети, а понекогаш и едноставно со млаз воздух. Во секојдневниот живот и на работа, полнежите создадени на овој начин често се нарекуваат статички електрицитет.

При нормални атмосферски услови, природните влакна (памук, волна, свила и вискоза) добро ја апсорбираат влагата (хидрофилна) и затоа малку ја спроведуваат струјата. Кога таквите влакна се допираат или тријат со други материјали, вишокот електрични полнежи се појавуваат на нивните површини, но за многу кратко време, бидејќи полнежите веднаш течат назад низ влажните влакна на ткаенината што содржи различни јони.

За разлика од природните влакна, синтетичките влакна (полиестер, акрилик, полипропилен) не ја апсорбираат добро влагата (хидрофобни), а на нивните површини има помалку подвижни јони. Кога синтетичките материјали доаѓаат во контакт еден со друг, тие се наполнуваат со спротивни полнења, но бидејќи овие полнења се цедат многу бавно, материјалите се лепат еден до друг, создавајќи непријатности и непријатности. Патем, косата е многу блиску во структурата до синтетичките влакна и е исто така хидрофобна, па кога ќе дојде во контакт, на пример, со чешел, се наполнува со струја и почнува да се одвраќа.

За да се ослободи од статичкиот електрицитет, површината на облеката или другите предмети може да се подмачка со супстанца која ја задржува влагата и со тоа ја зголемува концентрацијата на мобилните јони на површината. По таков третман, добиениот електричен полнеж брзо ќе исчезне од површината на предметот или ќе се дистрибуира над него. Хидрофилноста на површината може да се зголеми со подмачкување со сурфактанти, чии молекули се слични на молекулите на сапун - еден дел од многу долга молекула е наполнет, а другиот не. Супстанциите кои спречуваат појава на статички електрицитет се нарекуваат антистатички агенси. На пример, обичната јагленова прашина или саѓи е антистатички агенс, затоа, за да се ослободиме од статичкиот електрицитет, таканаречената црна ламба е вклучена во импрегнацијата на материјалите за теписи и тапацир. За истите цели, на таквите материјали се додаваат до 3% природни влакна, а понекогаш и тенки метални нишки.

Електростатикае гранка на физиката каде што својствата и интеракциите на нештата кои се неподвижни во однос на инерцијален системброење електрично наелектризирани тела или честички кои имаат електричен полнеж.

Електрично полнење- Ова физичката количина, кој го карактеризира својството на телата или честичките да влегуваат во електромагнетни интеракции и ги одредува вредностите на силите и енергиите за време на овие интеракции. ВО Меѓународен системединици Единица за електричен полнеж е кулонот (C).

Постојат два вида електрични полнежи:

  • позитивно;
  • негативен.

Телото е електрично неутрално ако вкупниот полнеж на негативно наелектризираните честички што го сочинуваат телото е еднаков на вкупниот полнеж на позитивно наелектризираните честички.

Стабилни носители на електрични полнежи се елементарни честичкии античестички.

Позитивни носители на полнеж се протонот и позитронот, а негативните носители на полнежот се електронот и антипротонот.

Вкупниот електричен полнеж на системот е еднаков на алгебарскиот збир на полнежите на телата вклучени во системот, т.е.

Закон за зачувување на надоместокот: во затворен, електрично изолиран систем, вкупниот електричен полнеж останува непроменет, без разлика какви процеси се случуваат во системот.

Изолиран системе систем во кој надворешна срединаЕлектрично наелектризираните честички или какви било тела не продираат низ нејзините граници.

Закон за зачувување на надоместокот- ова е последица на зачувувањето на бројот на честички, се јавува прераспределба на честичките во вселената.

Диригенти- тоа се тела со електрични полнежи кои можат слободно да се движат на значителни растојанија.
Примери на спроводници: метали во цврста и течна состојба, јонизирани гасови, раствори на електролити.

Диелектрици- тоа се тела со полнежи кои не можат да се движат од еден дел од телото во друг, односно врзани полнежи.
Примери на диелектрици: кварц, килибар, ебонит, гасови во нормални услови.

Електрификација- ова е процес како резултат на кој телата стекнуваат способност да учествуваат во електромагнетна интеракција, односно добиваат електричен полнеж.

Електрификација на телата- ова е процес на прераспределба на електрични полнежи лоцирани во тела, како резултат на што полнежите на телата стануваат спротивни знаци.

Видови на електрификација:

  • Електрификација поради електрична спроводливост. Кога ќе дојдат во контакт две метални тела, едното наелектризирано, а другото неутрално, одреден број на слободни електрони се префрлаат од наелектризираното тело во неутралното ако полнежот на телото е негативен, и обратно ако полнежот на телото е позитивен. .

    Како резултат на тоа, во првиот случај, неутралното тело ќе добие негативен полнеж, во вториот - позитивен.

  • Електрификација со триење. Како резултат на контакт со триење на некои неутрални тела, електроните се пренесуваат од едно тело на друго. Електрификацијата со триење е причина за статички електрицитет, чии празнења може да се забележат, на пример, ако ја чешите косата со пластичен чешел или соблекувате синтетичка кошула или џемпер.
  • Електрификација преку влијаниесе јавува ако наелектризираното тело се доведе до крајот на неутрална метална прачка и во него се јавува повреда на униформната распределба на позитивни и негативни полнежи. Нивната дистрибуција се случува на необичен начин: во еден дел од шипката се појавува вишок негативен полнеж, а во другиот позитивен. Таквите полнежи се нарекуваат индуцирани, чија појава се објаснува со движењето на слободните електрони во металот под влијание на електричното поле на наелектризираното тело донесено до него.

Точка полнење- ова е наелектризирано тело, чии димензии може да се занемарат под дадени услови.

Точка полнење- Ова материјална точка, кој има електричен полнеж.
Наелектризираните тела комуницираат едни со други на следниов начин: телата со спротивно наелектризирани тела привлекуваат, а слично наелектризираните тела одбиваат.

Кулонов закон: силата на интеракција помеѓу два стационарни точки полнежи q1 и q2 во вакуум е директно пропорционална на производот на големините на полнежите и обратно пропорционална на квадратот на растојанието меѓу нив:

Главното својство на електричното поле- ова е дека електричното поле влијае на електричните полнежи со одредена сила. Електричното поле е посебен случај електро магнетно поле.

Електростатско полее електричното поле на стационарни полнежи. Јачината на електричното поле е векторска големина што го карактеризира електричното поле во дадена точка. Јачината на полето во дадена точка се определува со односот на силата што делува на точката полнење поставена во дадена точка на полето до големината на ова полнење:

Напнатост- ова е силата карактеристична за електричното поле; ви овозможува да ја пресметате силата што делува на ова полнење: F = qE.

Во меѓународниот систем на единици, единицата за мерење на напонот е волт на метар. Напонските линии се имагинарни линии потребни за користење графичка сликаелектрично поле. Линиите за затегнување се нацртани така што тангентите на нив во секоја точка во просторот се совпаѓаат во насока со векторот на јачината на полето во дадена точка.

Принципот на суперпозиција на полето: јачината на полето од неколку извори е еднаква на векторскиот збир на јачините на полето на секој од нив.

Електричен дипол- ова е збирка од две еднакви по модули спротивставени точки полнежи (+q и –q), лоцирани на одредено растојание едни од други.

Диполен (електричен) моменте векторска физичка величина која е главна карактеристика на дипол.
Во Меѓународниот систем на единици, единицата за диполен момент е кулон метар (C/m).

Видови диелектрици:

  • Поларна, кои вклучуваат молекули во кои центрите на дистрибуција на позитивни и негативни полнежи не се совпаѓаат (електрични диполи).
  • Неполарна, во молекулите и атоми чии центри на дистрибуција на позитивни и негативни полнежи се совпаѓаат.

Поларизацијае процес кој се јавува кога диелектриците се ставаат во електрично поле.

Поларизација на диелектрицитее процес на поместување на придружните позитивни и негативни полнежи на диелектрик во спротивни насоки под влијание на надворешно електрично поле.

Диелектричната константае физичка величина која се карактеризира електрични својствадиелектрик и се одредува со односот на модулот на јачината на електричното поле во вакуум до модулот на интензитетот на ова поле во хомоген диелектрик.

Диелектричната константа е бездимензионална величина и се изразува во бездимензионални единици.

Фероелектрика- ова е група на кристални диелектрици кои немаат надворешно електрично поле и наместо тоа се јавува спонтана ориентација на диполните моменти на честичките.

Пиезоелектричен ефект- ова е ефект при механички деформации на некои кристали во одредени правци, каде што на нивните лица се појавуваат електрични полнежи од спротивни типови.

Потенцијал на електрично поле. Електричен капацитет

Електростатски потенцијале физичка величина која го карактеризира електростатското поле во дадена точка, се определува со релацијата потенцијална енергијаинтеракција на полнење со поле до вредноста на полнење поставен во дадена точка во полето:

Мерната единица во Меѓународниот систем на единици е волт (V).
Потенцијалот на полето на точката полнење се одредува со:

Под условите ако q > 0, тогаш k > 0; ако q

Принципот на суперпозиција на поле за потенцијал: ако електростатско поле е создадено од неколку извори, тогаш неговиот потенцијал во дадена точка во просторот се дефинира како алгебарски збир на потенцијали:

Потенцијалната разлика помеѓу две точки на електричното поле е физичка големина одредена од работниот сооднос електростатички силисо поместување на позитивен полнеж од почетната до крајната точка на ова полнење:

Еквипотенцијални површини- ова е геометрискиот регион на точките на електростатското поле каде што потенцијалните вредности се исти.

Електричен капацитете физичка големина што ги карактеризира електричните својства на проводникот, квантитативна мерка за неговата способност да држи електричен полнеж.

Електричниот капацитет на изолираниот проводник се определува со односот на полнежот на проводникот со неговиот потенцијал, и ќе претпоставиме дека полето потенцијал на проводникот е земен еднаков на нула во точката во бесконечност:

Закон на Ом

Хомоген дел од синџирот- ова е дел од колото што нема извор на струја. Напонот во таков дел ќе се определи со потенцијалната разлика на неговите краеви, т.е.

Во 1826 година, германскиот научник Г. Ом открил закон кој ја одредува врската помеѓу јачината на струјата во хомоген дел од колото и напонот низ него: јачината на струјата во проводникот е директно пропорционална со напонот низ него. , каде што G е коефициентот на пропорционалност, кој во овој закон се нарекува електрична спроводливост или спроводливост на проводникот, што се одредува со формулата.

Спроводливост на проводникоте физичка величина која е реципрочна на нејзината отпорност.

Во Меѓународниот систем на единици, единицата за електрична спроводливост е Сименс (Cm).

Физичкото значење на Сименс: 1 cm е спроводливоста на проводник со отпор од 1 ом.
За да се добие Омовиот закон за дел од колото, неопходно е да се замени отпорот R во формулата дадена погоре наместо електричната спроводливост, тогаш:

Омовиот закон за дел од колото: Јачината на струјата во дел од колото е директно пропорционална на напонот преку него и обратно пропорционална на отпорноста на дел од колото.

Омовиот закон за целосно коло: јачината на струјата во неразгрането затворено коло, вклучувајќи го и струјниот извор, е директно пропорционална на електромоторната сила на овој извор и обратно пропорционална на збирот на надворешните и внатрешен отпород овој синџир:

Потпишувајте ги правилата:

  • Ако, при заобиколување на колото во избраната насока, струјата внатре во изворот оди во насока на бајпас, тогаш ЕМП на овој извор се смета за позитивен.
  • Ако, при заобиколување на колото во избраната насока, струјата внатре во изворот тече во спротивна насока, тогаш emf на овој извор се смета за негативен.

Електромоторна сила (EMF)е физичка големина што го карактеризира дејството на надворешните сили во тековните извори, тоа е енергетска карактеристика на тековниот извор. За затворена јамка, EMF се дефинира како сооднос на работата направена од надворешни сили за придвижување на позитивен полнеж по затворена јамка до ова полнење:

Во меѓународниот систем на единици, единицата на ЕМП е волт. Кога колото е отворено, EMF на тековниот извор е еднаков на електричниот напон на неговите терминали.

Закон Џул-Ленц: количината на топлина генерирана од проводник што носи струја се определува со производот од квадратот на струјата, отпорноста на проводникот и времето кога струјата минува низ проводникот:

При поместување на електричното поле на полнење по дел од колото, тоа функционира, што се одредува според производот на полнењето и напонот на краевите на овој дел од колото:

Моќ еднонасочна струја е физичка величина што ја карактеризира брзината на работата што ја врши полето за да се движат наелектризираните честички долж проводникот и се определува со односот на работата направена од струјата со текот на времето и овој временски период:

Правилата на Кирхоф, кои се користат за пресметување на разгранети DC кола, чија суштина е да се најде дадениот отпор на делови од колото и ЕМП што се применува на нив, тековните јачини во секој дел.

Првото правило е правилото за јазли: алгебарскиот збир на струите што се спојуваат во јазол е точката во која има повеќе од две можни правци на струјата, таа е еднаква на нула

Второто правило е правилото на контурите: во кое било затворено коло, во разгрането електрично коло, алгебарскиот збир на производите на јачината на струјата и отпорот на соодветните делови од ова коло се определува со алгебарскиот збир на emf што се применува во тоа:

Магнетно поле- ова е една од формите на манифестација на електромагнетното поле, чија специфичност е што ова поле влијае само на подвижните честички и тела со електричен полнеж, како и на магнетизираните тела, без оглед на состојбата на нивното движење.

Вектор на магнетна индукцијае векторска величина што го карактеризира магнетното поле во која било точка во просторот, одредувајќи го односот на силата што делува од магнетното поле на проводен елемент со електрична струја до производот на јачината на струјата и должината на елементот на проводникот, еднаков на големината на односот магнетен текпреку пресекповршина до областа на овој пресек.

Во Меѓународниот систем на единици, единицата за индукција е тесла (Т).

Магнетно колое збир на тела или области на просторот каде што е концентрирано магнетно поле.

Магнетен флукс (флукс на магнетна индукција)е физичка големина што се определува со производот на големината на векторот на магнетната индукција од областа на рамната површина и со косинус на аголот помеѓу нормалните вектори до рамната површина / аголот помеѓу нормалниот вектор и насоката на индукцискиот вектор.

Во Меѓународниот систем на единици, единицата на магнетниот тек е вебер (Wb).
Теорема Остроградски-Гаусза флукс на магнетна индукција: магнетниот тек низ произволна затворена површина е нула:

Омовиот закон за затворено магнетно коло:

Магнетна пропустливосте физичка величина која се карактеризира магнетни карактеристикисупстанција, која се определува со односот на модулот на векторот на магнетната индукција во медиумот до модулот на индукцискиот вектор во иста точка во просторот во вакуум:

Јачина на магнетно полее векторска величина што го дефинира и карактеризира магнетното поле и е еднаква на:

Амперска моќност- ова е силата што делува од магнетното поле на проводник што носи струја. Елементарната амперска сила се определува со релацијата:

Амперовиот закон: модул на сила што дејствува на мал сегмент од проводник низ кој тече струја, од страната на еднообразно магнетно поле со индукција правејќи агол со елементот

Принцип на суперпозиција: кога во дадена точка во просторот, различни извори формираат магнетни полиња, чии индукција се B1, B2, .., тогаш добиената индукција на полето во оваа точка е еднаква на:

Правилото за гимлет или правилото за десната завртка:ако правецот на преводното движење на врвот на гимлетот при навртување се совпаѓа со насоката на струјата во просторот, тогаш насоката ротационо движењеГимлетот во секоја точка се совпаѓа со насоката на векторот на магнетната индукција.

Закон Биот-Саварт-Лаплас:ја одредува големината и насоката на векторот на магнетна индукција во која било точка од магнетното поле создадено во вакуум од проводник со одредена должина со струја:

Движење на наелектризираните честички во електрични и магнетни полиња Лоренцовата сила е сила што влијае на подвижната честичка од магнетното поле:

Правило на левата рака:

  1. Неопходно е да ја поставите левата рака така што линиите на магнетна индукција ќе влезат во дланката, а продолжените четири прсти се порамнети со струјата, тогаш палецот свиткан за 90 ° ќе ја покаже насоката на амперската сила.
  2. Неопходно е да се постави левата рака така што линиите на магнетна индукција ќе влезат во дланката, а четирите продолжени прсти се совпаѓаат со насоката на брзината на честичката со позитивен полнеж на честичката или се насочени во насока спротивна на брзината на честичката со негативен полнеж на честичката, тогаш палецот свиткан за 90° ќе ја покаже насоката на силата на Лоренц која дејствува на наелектризираната честичка.

Ако има заедничко дејство на подвижно полнење на електрични и магнетни полиња, тогаш добиената сила ќе се определи со:

Масовни спектрографи и масени спектрометри- ова се инструменти кои се дизајнирани специјално за точни мерења на роднина атомски масиелементи.

Фарадејовиот закон. Правилото на Ленц

Електромагнетна индукција- ова е феномен кој се состои во фактот дека индуцираниот EMF се јавува во спроводно коло лоцирано во наизменично магнетно поле.

Фарадејовиот закон: ЕМП електромагнетна индукцијаво контура е нумерички еднаква и спротивна во знакот на брзината на промена на магнетниот тек F низ површината ограничена со оваа контура:

Индукција струја- ова е струјата што се формира ако обвиненијата почнат да се движат под влијание на силите на Лоренц.

Правилото на Ленц: индуцираната струја што се појавува во затворено коло секогаш има таква насока што магнетниот флукс што го создава низ областа ограничена од колото има тенденција да ја компензира промената на надворешното магнетно поле што ја предизвикало оваа струја.

Постапката за користење на Ленцовото правило за одредување на насоката на индукциската струја:

Поле за вител- ова е поле во кое линиите за затегнување се затворени линии, чија причина е создавање електрично поле од магнетно поле.
Работата на вителското електрично поле кога се движи единечен позитивен полнеж долж затворен стационарен проводник е нумерички еднаква на индуцираниот EMF во овој проводник.

Токи Фуко- ова се големи индукциски струи кои се појавуваат во масивни проводници поради фактот што нивниот отпор е низок. Количината на топлина ослободена по единица време од вртложни струи е директно пропорционална на квадратот на фреквенцијата на промена на магнетното поле.

Самоиндукција. Индуктивност

Самоиндукција- ова е феномен кој се состои во фактот дека променливото магнетно поле индуцира EMF во самиот проводник низ кој тече струјата, формирајќи го ова поле.

Магнетниот тек Ф на коло со струја I се одредува:
Ф = L, каде што L е коефициент на самоиндуктивност (тековна индуктивност).

Индуктивносте физичка величина која е карактеристика Самоиндуцирана емф, што се појавува во колото кога се менува јачината на струјата, се определува со односот на магнетниот флукс низ површината ограничена од проводникот до јачината на директната струја во колото:

Во меѓународниот систем на единици, единицата за индуктивност е Хенри (H).
ЕМФ на самоиндукција се одредува со:

Енергијата на магнетното поле се одредува со:

Волуметриската густина на енергијата на магнетното поле во изотропна и неферомагнетна средина се одредува со:

Енциклопедиски YouTube

  • 1 / 5

    Основата на електростатиката била поставена со работата на Кулон (иако десет години пред него, истите резултати, дури и со уште поголема точност, ги добил и Кевендиш. Резултатите од работата на Кевендиш биле зачувани во семејна архиваа беа објавени само сто години подоцна); последен пронајден закон електрични интеракцииим овозможи на Грин, Гаус и Поасон да создадат математички елегантна теорија. Најсуштинскиот дел од електростатиката е теоријата на потенцијалот, создадена од Грин и Гаус. Многу експериментални истражувања за електростатиката беа спроведени од Рис, чии книги во минатото претставуваа главен водич за проучување на овие феномени.

    Диелектричната константа

    Наоѓањето на вредноста на диелектричниот коефициент К на која било супстанција, коефициент вклучен во речиси сите формули со кои треба да се справиме во електростатиката, може да се направи на многу различни начини. Најчесто користени методи се следните.

    1) Споредба на електричните капацитети на два кондензатори со иста големина и форма, но во едниот изолациониот слој е слој од воздух, во другиот - слој од диелектрикот што се тестира.

    2) Споредба на привлечност помеѓу површините на кондензаторот, кога одредена потенцијална разлика се пренесува на овие површини, но во еден случај има воздух меѓу нив (атрактивна сила = F 0), во другиот случај, тест течниот изолатор ( привлечна сила = F). Коефициентот на диелектрик се наоѓа со формулата:

    K = F 0 F. (\displaystyle K=(\frac (F_(0))(F)).)

    3) Набљудувања на електрични бранови (види Електрични осцилации) кои се шират по жиците. Според теоријата на Максвел, брзината на ширење на електричните бранови по жиците се изразува со формулата

    V = 1 K μ . (\displaystyle V=(\frac (1)(\sqrt (K\mu))).)

    во кој K го означува диелектричниот коефициент на медиумот што ја опкружува жицата, μ ја означува магнетната пропустливост на оваа средина. Можеме да ставиме μ = 1 за огромното мнозинство тела, и затоа излегува

    V = 1 К. (\displaystyle V=(\frac (1)(\sqrt (K))).)

    Вообичаено, се споредуваат должините на стоечките електрични бранови што се појавуваат во делови од истата жица лоцирани во воздухот и во тест диелектрикот (течност). Откако ги утврдивме овие должини λ 0 и λ, добиваме K = λ 0 2 / λ 2. Според теоријата на Максвел, следува дека кога електричното поле е возбудено во која било изолациона супстанција, во оваа супстанца се јавуваат посебни деформации. По должината на индукционите цевки, изолациониот медиум е поларизиран. Во него се јавуваат електрични поместувања, кои може да се споредат со движењата на позитивната електрична енергија во насока на оските на овие цевки, а низ секој пресек на цевката поминува количина електрична енергија еднаква на

    D = 1 4 π K F. (\displaystyle D=(\frac (1)(4\pi ))KF.)

    Теоријата на Максвел овозможува да се најдат изрази за тие внатрешните сили(сили на напнатост и притисок), кои се појавуваат во диелектриците кога во нив се возбудува електрично поле. Ова прашање прво го разгледал самиот Максвел, а подоцна подетално и Хелмхолц. Понатамошниот развој на теоријата за ова прашање и тесно поврзаната теорија на електрострикција (односно, теоријата која ги разгледува појавите кои зависат од појавата на посебни напони во диелектриците кога во нив е возбудено електрично поле) припаѓа на делата на Лорберг, Кирхоф, П. Духем, Н. Н. Шилер и некои други

    Гранични услови

    Ајде да завршиме резимеНајзначајниот дел од одделот за електрострикција е разгледувањето на прашањето за рефракција на индукционите цевки. Да замислиме два диелектрика во електрично поле, одделени еден од друг со некоја површина S, со диелектрични коефициенти K 1 и K 2.

    Нека во точките P 1 и P 2 лоцирани бесконечно блиску до површината S на двете страни од неа, големините на потенцијалите се изразени преку V 1 и V 2 , а величините на силите што ги доживува единица позитивна електрична енергија поставена на овие точки преку F 1 и F 2. Тогаш за точка P што лежи на самата површина S, мора да има V 1 = V 2,

    d V 1 d s = d V 2 d s , (30) (\displaystyle (\frac (dV_(1))(ds))=(\frac (dV_(2))(ds)),\qquad (30))

    ако ds претставува бесконечно мало поместување по линијата на пресек на тангентата рамнина на површината S во точката P со рамнината што минува низ нормалата на површината во оваа точка и низ насоката на електричната сила во неа. Од друга страна, треба да биде

    K 1 d V 1 d n 1 + K 2 d V 2 d n 2 = 0. (31) (\displaystyle K_(1)(\frac (dV_(1))(dn_(1)))+K_(2)( \frac (dV_(2))(dn_(2)))=0.\qquad (31))

    Да го означиме со ε 2 аголот направен од силата F2 со нормалната n2 (внатре во вториот диелектрик), а со ε 1 аголот направен од силата F 1 со истата нормална n 2 Потоа, користејќи ги формулите (31) и (30), откриваме

    t g ε 1 t g ε 2 = K 1 K 2 . (\displaystyle (\frac (\mathrm (tg) (\varepsilon _(1)))(\mathrm (tg) (\varepsilon _(2)))=(\frac (K_(1))(K_( 2)))))

    Така, на површината што одвојува два диелектрика еден од друг, електричната сила претрпува промена во нејзината насока, како светлосен зрак што влегува од една средина во друга. Оваа последица на теоријата е оправдана со искуство.