Електростатика. Основни понятия
Енциклопедичен YouTube
-
1 / 5
Основата на електростатиката е поставена от трудовете на Кулон (въпреки че десет години преди него Кавендиш получава същите резултати, дори с още по-голяма точност. Резултатите от работата на Кавендиш се съхраняват в семейния архив и са публикувани едва сто години по-късно) ; намерени най-новия закон електрически взаимодействиядаде възможност на Грийн, Гаус и Поасон да създадат математически елегантна теория. Най-съществената част от електростатиката е теорията за потенциала, създадена от Грийн и Гаус. Голяма част от експерименталните изследвания върху електростатиката са извършени от Рийс, чиито книги в миналото са били основната помощ при изучаването на тези явления.
Диелектричната константа
Намирането на стойността на диелектричния коефициент K на всяко вещество, коефициент, включен в почти всички формули, които трябва да се използват в електростатиката, може да се направи много различни начини. Най-често използваните методи са следните.
1) Сравнение на електрическия капацитет на два кондензатора с еднакъв размер и форма, но единият има изолационен слой от въздух, а другият има слой от изпитвания диелектрик.
2) Сравнение на привличането между повърхностите на кондензатора, когато към тези повърхности се съобщава определена потенциална разлика, но в един случай има въздух между тях (сила на привличане \u003d F 0), в другия случай - тестовият течен изолатор (сила на привличане \u003d F). Диелектричният коефициент се намира по формулата:
K = F 0 F . (\displaystyle K=(\frac (F_(0))(F)).)3) Наблюдения на електрически вълни (виж Електрически трептения), разпространяващи се по жици. Според теорията на Максуел скоростта на разпространение на електрическите вълни по жиците се изразява с формулата
V = 1 K μ. (\displaystyle V=(\frac (1)(\sqrt (K\mu ))).)където K означава диелектричния коефициент на средата, заобикаляща жицата, μ означава магнитната пропускливост на тази среда. Възможно е да се зададе μ = 1 за по-голямата част от телата и следователно се оказва
V = 1 К. (\displaystyle V=(\frac (1)(\sqrt (K))).)Обикновено се сравняват дължините на стоящите електрически вълни, възникващи в части от една и съща жица във въздуха и в изпитвания диелектрик (течност). След като определихме тези дължини λ 0 и λ, получаваме K = λ 0 2 / λ 2. Според теорията на Максуел следва, че при възбуждане електрическо полевъв всяко изолационно вещество възникват специални деформации вътре в това вещество. По дължината на индукционните тръби изолационната среда е поляризирана. В нея възникват електрически премествания, които могат да бъдат оприличени на движенията на положителното електричество по посока на осите на тези тръби, като през всяко напречно сечение на тръбата преминава количество електричество, равно на
D = 1 4 π K F . (\displaystyle D=(\frac (1)(4\pi ))KF.)Теорията на Максуел дава възможност да се намерят изрази за тях вътрешни сили(сили на напрежение и натиск), които са в диелектриците, когато в тях се възбуди електрическо поле. Този въпрос е разгледан за първи път от самия Максуел, а по-късно и по-задълбочено от Хелмхолц. По-нататъшното развитие на теорията на този въпрос и теорията на електрострикцията (т.е. теория, която разглежда явления, които зависят от появата на специални напрежения в диелектриците, когато в тях се възбужда електрическо поле) принадлежи на трудовете на Лорберг, Кирхоф, П. Дюхем, Н. Н. Шилер и някои други.
Гранични условия
нека свършим резюменай-важният от отдела за електрострикция, като разглежда въпроса за пречупването на индукционните тръби. Представете си два диелектрика в електрическо поле, разделени един от друг с някаква повърхност S, с диелектрични коефициенти K 1 и K 2 .
Нека в точките P 1 и P 2, разположени безкрайно близо до повърхността S от двете страни, величините на потенциалите се изразяват чрез V 1 и V 2, а големината на силите, изпитвани от единицата положително електричество, поставена в тези точки през F 1 и F 2. Тогава за точка P, лежаща върху самата повърхност S, трябва да бъде 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 представлява безкрайно малко преместване по линията на пресичане на допирателната равнина към повърхността S в точка P с равнина, минаваща през нормалата към повърхността в тази точка и през посоката на електрическата сила в нея. От друга страна, трябва да бъде
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))Означаваме с ε 2 ъгъла, образуван от силата F2 с нормалата n2 (вътре във втория диелектрик), и през ε 1 ъгълът, образуван от силата F 1 със същата нормала n 2 След това, използвайки формули (31) и (30 ), намираме
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))).)И така, на повърхността, разделяща два диелектрика един от друг, електрическата сила претърпява промяна в посоката си, подобно на светлинен лъч, влизащ от една среда в друга. Това следствие от теорията е оправдано от опита.
- Основни закони на динамиката. Законите на Нютон - първи, втори, трети. Принципът на относителността на Галилей. Законът за всемирното притегляне. Земно притегляне. Сили на еластичност. Тегло. Сили на триене - покой, хлъзгане, търкаляне + триене в течности и газове.
- Кинематика. Основни понятия. Равномерно праволинейно движение. Еднообразно движение. Равномерно кръгово движение. Справочна система. Траектория, преместване, път, уравнение на движение, скорост, ускорение, връзка между линейна и ъглова скорост.
- прости механизми. Лост (лост от първи род и лост от втори род). Блок (фиксиран блок и подвижен блок). Наклонена равнина. Хидравлична преса. Златното правило на механиката
- Закони за запазване в механиката. Механична работа, мощност, енергия, закон за запазване на импулса, закон за запазване на енергията, равновесие на твърди тела
- Кръгово движение. Уравнение на движение в окръжност. Ъглова скорост. Нормално = центростремително ускорение. Период, честота на обръщение (въртене). Връзка между линейна и ъглова скорост
- Механични вибрации. Свободни и принудени вибрации. Хармонични вибрации. Еластични трептения. Математическо махало. Енергийни трансформации при хармонични вибрации
- механични вълни. Скорост и дължина на вълната. Уравнение на пътуващата вълна. Вълнови явления (дифракция, интерференция...)
- Хидромеханика и аеромеханика. Налягане, хидростатично налягане. Закон на Паскал. Основно уравнение на хидростатиката. Съобщителни съдове. Закон на Архимед. Условия за плаване тел. Поток на течност. Закон на Бернули. Формула на Торичели
- Молекулярна физика. Основни положения на ИКТ. Основни понятия и формули. Свойства на идеален газ. Основно уравнение на MKT. температура. Уравнението на състоянието на идеален газ. Уравнение на Менделеев-Клайперон. Газови закони - изотерма, изобара, изохора
- Вълнова оптика. Корпускулярно-вълнова теория на светлината. Вълнови свойства на светлината. дисперсия на светлината. Светлинна интерференция. Принцип на Хюйгенс-Френел. Дифракция на светлината. Поляризация на светлината
- Термодинамика. Вътрешна енергия. работа. Количество топлина. Топлинни явления. Първи закон на термодинамиката. Приложение на първия закон на термодинамиката към различни процеси. Уравнение на топлинния баланс. Вторият закон на термодинамиката. Топлинни двигатели
- Вие сте тук сега:Електростатика. Основни понятия. Електрически заряд. Законът за запазване на електрическия заряд. Закон на Кулон. Принципът на суперпозицията. Теорията на близкото действие. Потенциал на електрическото поле. Кондензатор.
- Постоянен електрически ток. Закон на Ом за участък от верига. Работа и DC захранване. Закон на Джаул-Ленц. Закон на Ом за пълна верига. Законът на Фарадей за електролизата. Електрически вериги - последователно и паралелно свързване. Правилата на Кирхоф.
- Електромагнитни вибрации. Свободни и принудени електромагнитни трептения. Осцилаторна верига. Променлив електрически ток. Кондензатор в AC верига. Индуктор ("соленоид") във верига с променлив ток.
- Елементи на теорията на относителността. Постулати на теорията на относителността. Относителност на едновременност, разстояния, времеви интервали. Релативистки закон за събиране на скоростите. Зависимостта на масата от скоростта. Основният закон на релативистката динамика...
- Грешки при преки и косвени измервания. Абсолютна, относителна грешка. Систематични и случайни грешки. Стандартно отклонение (грешка). Таблица за определяне на грешките на косвени измервания на различни функции.
- не се пресичат;
- не е затворен;
- стабилен;
- крайната посока е същата като посоката на вектора;
- започва от $+ q$ или от безкрайност, завършва на $– q$;
- образуват се в близост до зарядите (където има по-голямо напрежение);
- перпендикулярно на повърхността на главния проводник.
- има два вида заряди, които условно се наричат положителни и отрицателни;
- електрическите заряди могат да се прехвърлят от едно тяло на друго;
- Едноименните електрически заряди се отблъскват взаимно, а противоположните заряди се привличат.
- силата е пропорционална на големината на всеки заряд;
- силата е обратно пропорционална на квадрата на разстоянията между тях;
- посоката на силата е насочена по правата линия, свързваща зарядите;
- силата е привличане, ако телата са противоположно заредени, и отблъскване в случай на подобни такси.
- действието на няколко сили върху заредена частица е векторната сума на действията на тези сили;
- всяко сложно движение се състои от няколко прости движения.
- електростатичен разряд
- Ландау, Л. Д., Лифшиц, Е. М.Теория на полето. - Издание 7-мо, коригирано. - М .: Наука, 1988. - 512 с. - ("Теоретична физика", том II). - ISBN 5-02-014420-7
- Матвеев А. Н.електричество и магнетизъм. М.: висше училище, 1983.
- Тунел М.-А.Основи на електромагнетизма и теорията на относителността. пер. от фр. М.: Чуждестранна литература, 1962. 488 с.
- Боргман, „Основи на учението за електричеството и магнитни явления“(том I);
- Максуел, „Трактат за електричеството и магнетизма“ (том I);
- Поанкаре, „Electricité et Optique““;
- Wiedemann, "Die Lehre von der Elektricität" (том I);
- Константин Богданов.Какво може електростатиката // Квантов. - М .: Bureau Quantum, 2010. - № 2.
Определение 1
Електростатиката е обширен дял от електродинамиката, който изучава и описва електрически заредени тела в покой в определена система.
На практика има два вида електростатични заряди: положителни (стъкло върху коприна) и отрицателни (ебонит върху вълна). Елементарният заряд е минималният заряд ($e = 1,6 ∙10^( -19)$ C). Зарядът на всяко физическо тяло е кратен на целия брой елементарни заряди: $q = Ne$.
Наелектризирането на материалните тела е преразпределение на заряда между телата. Начини на наелектризиране: допир, триене и въздействие.
Законът за запазване на електрическия положителен заряд - в затворена концепция, алгебричната сума на зарядите на всички елементарни частициостава стабилен и непроменен. $q_1 + q _2 + q _3 + …..+ q_n = const$. Пробно зареждане в този случайе точков положителен заряд.
Закон на Кулон
Този закон е установен експериментално през 1785 г. Според тази теория силата на взаимодействие на два точкови заряда в покой в среда винаги е право пропорционална на произведението на положителните модули и обратно пропорционална на квадрата на общото разстояние между тях.
Електрическото поле е уникален вид материя, която взаимодейства между стабилни електрически заряди, образува се около заряди, засяга само заряди.
Такъв процес на елементи с фиксирана точка е изцяло подчинен на третия закон на Нютон и се счита за резултат от отблъскване на частици една от друга със същата сила на привличане една към друга. Връзката на стабилните електрически заряди в електростатиката се нарича взаимодействие на Кулон.
Законът на Кулон е доста справедлив и точен за заредени материални тела, равномерно заредени топки и сфери. В този случай разстоянията се приемат главно като параметри на центровете на пространствата. На практика този закон се изпълнява добре и бързо, ако величините на заредените тела са много по-малки от разстоянието между тях.
Забележка 1
Проводниците и диелектриците също действат в електрическо поле.
Първите представляват вещества, съдържащи свободни носители на електромагнитен заряд. Вътре в проводника може да възникне свободно движение на електрони. Тези елементи включват разтвори, метали и различни стопилки на електролити, идеални газове и плазма.
Диелектриците са вещества, в които не може да има свободни носители на електрически заряд. Свободното движение на електрони вътре в самите диелектрици е невъзможно, тъй като през тях не протича енергия. електричество. Именно тези физически частици имат пропускливост, която не е равна на диелектричната единица.
Силови линии и електростатика
Силовите линии на първоначалната сила на електрическото поле са непрекъснати линии, допирателните точки към които във всяка среда, през която преминават, напълно съвпадат с оста на напрежение.
Основните характеристики на силовите линии:
Определение 2
Разликата в електрическите потенциали или напрежение (Ф или $U$) е големината на потенциалите в първоначалния и крайни точкитраектории на положителен заряд. Колкото по-малко се променя потенциалът по пътя, толкова по-ниска е силата на полето в резултат.
Напрегнатостта на електрическото поле винаги е насочена в посока на намаляване на първоначалния потенциал.
Фигура 2. Потенциална енергия на система от електрически заряди. Author24 - онлайн обмен на студентски работи
Електрическият капацитет характеризира способността на всеки проводник да натрупа необходимия електрически заряд върху собствената си повърхност.
Този параметър не зависи от електрическия заряд, но може да бъде повлиян от геометричните размери на проводниците, тяхната форма, местоположение и свойства на средата между елементите.
Кондензаторът е универсално електрическо устройство, което помага бързо да се натрупа електрически заряд, за да се прехвърли към верига.
Електрическо поле и неговата интензивност
от модерни идеиучени, електрическите стабилни заряди не си влияят пряко. Всеки зареден физическо тялов електростатиката създава в заобикаляща средаелектрическо поле. Този процес има силен ефект върху други заредени вещества. Основното свойство на електрическото поле е да действа върху точковите заряди с определена сила. По този начин взаимодействието на положително заредените частици се осъществява чрез полетата, които обграждат заредените елементи.
Това явление може да се изследва с помощта на така наречения тестов заряд - малък електрически заряд, който не внася значително преразпределение на изследваните заряди. За количествено откриване на полето се въвежда силова характеристика - напрегнатостта на електрическото поле.
Интензитетът се нарича физически показател, който е равен на отношението на силата, с която полето действа върху пробния заряд, поставен в дадена точка на полето, към големината на самия заряд.
Напрегнатостта на електрическото поле е векторна физична величина. Посоката на вектора в този случай съвпада във всяка материална точка от околното пространство с посоката на силата, действаща върху положителния заряд. Електрическото поле на елементи, които не се променят с времето и са неподвижни, се счита за електростатично.
За разбиране на електрическото поле се използват силови линии, които са начертани по такъв начин, че посоката на главната ос на напрежение във всяка система съвпада с посоката на допирателната към точката.
Потенциална разлика в електростатиката
Електростатичното поле включва едно важно свойство: работата на силите на всички движещи се частици при преместване на точков заряд от една точка на полето в друга не зависи от посоката на траекторията, а се определя единствено от позицията на първоначалния и крайните редове и параметъра за зареждане.
Резултатът от независимостта на работата от формата на движение на зарядите е следното твърдение: функционалът на силите на електростатичното поле по време на трансформацията на заряда по всяка затворена траектория винаги е равен на нула.
Фигура 4. Потенциал на електростатичното поле. Author24 - онлайн обмен на студентски работи
Свойството потенциалност на електростатичното поле помага да се въведе концепцията за потенциал и вътрешна енергиязареждане. И физическият параметър, равен на съотношението на потенциалната енергия в полето към големината на този заряд, се нарича постоянен потенциал на електрическото поле.
В много сложни проблеми на електростатиката, когато се определят потенциали извън референтния материална точка, където големината на потенциалната енергия и самият потенциал изчезват, е удобно да се използва безкрайно отдалечената точка. В този случай значението на потенциала се определя по следния начин: потенциалът на електрическото поле във всяка точка на пространството е равен на работата, която вътрешните сили извършват, когато положителен единичен заряд се отстрани от дадена система до безкрайност.
Също така в Древна Гърциябеше забелязано, че кехлибарът, натрит с козина, започва да привлича малки частици- Прах и трохи. За дълго време(до средата на 18 век) не може да даде сериозно оправдание на това явление. Едва през 1785 г. Кулон, наблюдавайки взаимодействието на заредени частици, извежда основния закон на тяхното взаимодействие. Приблизително половин век по-късно Фарадей изследва и систематизира действието на електрическите токове и магнитните полета, а тридесет години по-късно Максуел обосновава теорията електромагнитно поле.
Електрически заряд
За първи път терминът "електрически" и "електризация", като производни на латинска дума"electri" - кехлибар, са въведени през 1600 г. от английския учен У. Гилбърт, за да обяснят явленията, които възникват, когато кехлибарът се трие с козина или стъклото с кожа. По този начин телата, които имат електрически свойствазапочнаха да се наричат електрически заредени, тоест към тях беше прехвърлен електрически заряд.
От горното следва, че електрическият заряд е количествена характеристика, показваща степента на възможно участие на тялото в електромагнитното взаимодействие. Зарядът се означава с q или Q и има кулонов капацитет (C)
В резултат на многобройни експерименти са изведени основните свойства на електрическите заряди:
Освен това е установен законът за запазване на заряда: алгебричната сума на електрическите заряди в затворена (изолирана) система остава постоянна
През 1749 г. американският изобретател Бенджамин Франклин излага теория за електрическите явления, според която електричеството е заредена течност, чийто дефицит той определя като отрицателно електричество, а излишъкът като положително електричество. Така възниква известният парадокс на електротехниката: според теорията на Б. Франклин електричеството тече от положителния към отрицателния полюс.
Според съвременна теорияструктури на веществата, всички вещества се състоят от молекули и атоми, които от своя страна се състоят от ядрото на атома и електроните „e“, въртящи се около него. Ядрото е хетерогенно и се състои от протони "p" и неутрони "n". Освен това електроните са отрицателно заредени частици, а протоните са положително заредени. Тъй като разстоянието между електроните и ядрото на атома значително надвишава размера на самите частици, електроните могат да се отделят от атома, като по този начин предизвикват движение на електрически заряди между телата.
В допълнение към свойствата, описани по-горе, електрическият заряд има свойството на разделяне, но има стойност на минималния възможен неделим заряд, равен на абсолютна стойностзарядът на електрона (1,6 * 10 -19 C), наричан още елементарен заряд. Понастоящем е доказано съществуването на частици с електрически заряд по-малък от елементарния, които се наричат кварки, но времето на тяхното съществуване е незначително и не са открити в свободно състояние.
Закон на Кулон. Принцип на суперпозиция
Взаимодействието на постоянните електрически заряди се изучава от част от физиката, наречена електростатика, която всъщност се основава на закона на Кулон, който е получен въз основа на многобройни експерименти. Този закон, както и единицата за електрически заряд, са кръстени на френския физик Шарл Кулон.
Кулон, провеждайки своите експерименти, установи, че силата на взаимодействие между два малки електрически заряда се подчинява на следните правила:
Така законът на Кулон се изразява със следната формула
където q1, q2 са големината на електрическите заряди,
r е разстоянието между два заряда,
k - коефициент на пропорционалност, равен на k \u003d 1 / (4πε 0) \u003d 9 * 10 9 C 2 / (N * m 2), където ε 0 е електрическа константа, ε 0 = 8,85 * 10 -12 C 2 /(N * m 2).
Отбелязвам, че по-рано електрическата константа ε0 се наричаше диелектрична константа или диелектрична проницаемост на вакуума.
Законът на Кулон се проявява не само във взаимодействието на два заряда, но и че системите от няколко заряда са по-често срещани. В този случай законът на Кулон се допълва от друг значим фактор, който се нарича "принцип на налагане" или принцип на суперпозиция.
Принципът на суперпозицията се основава на две правила:
Принципът на суперпозицията според мен е най-лесен за изобразяване графично
Фигурата показва три заряда: -q 1 , +q 2 , +q 3 . За да се изчисли силата F total, която действа върху заряда -q 1, е необходимо да се изчислят, съгласно закона на Кулон, силите на взаимодействие F1 и F2 между -q 1, +q 2 и -q 1, + р 3. След това добавете получените сили според правилото за добавяне на вектори. В този случай Ftot се изчислява като диагонал на успоредника съгласно следния израз
където α е ъгълът между векторите F1 и F2.
Електрическо поле. Сила на електрическото поле
Всяко взаимодействие между зарядите, наричано още взаимодействие на Кулон (след името на закона на Кулон) се осъществява с помощта на електростатично поле, което е електрическото поле на неподвижни заряди, което не се променя във времето. Електрическото поле е част от електромагнитното поле и се създава от електрически заряди или заредени тела. Електрическото поле действа върху заряди и заредени тела, независимо дали се движат или са в покой.
Една от основните концепции за електрическо поле е неговата сила, която се определя като съотношението на силата, действаща върху заряд в електрическо поле, към големината на този заряд. За да се разкрие това понятие, е необходимо да се въведе такова понятие като "пробно обвинение".
„Тестов заряд“ е заряд, който не участва в създаването на електрическо поле, а също така има много малка стойност и следователно не предизвиква преразпределение на зарядите в пространството чрез присъствието си, като по този начин не изкривява електрическото поле, създадено от електрически обвинения.
Така, ако въведем „пробен заряд“ q 0 в точка, разположена на определено разстояние от заряда q, тогава определена сила F ще действа върху „пробния заряд“ q P, поради наличието на заряд q. Съотношението на силата F 0, действаща върху пробния заряд, в съответствие със закона на Кулон, към стойността на "пробния заряд" се нарича напрегнатост на електрическото поле. Напрегнатостта на електрическото поле се означава с E и има битова дълбочина N/Cl
Потенциалът на електростатичното поле. Потенциална разлика
Както знаете, ако някаква сила действа върху тяло, тогава такова тяло извършва определена работа. Следователно заряд, поставен в електрическо поле, също ще върши работа. В електрическо поле работата, извършена от заряда, не зависи от траекторията на движение, а се определя само от позицията, която частицата заема в началото и в края на движението. Във физиката полета, подобни на електрическо поле (където работата не зависи от траекторията на тялото), се наричат потенциални.
Работата, извършена от тялото, се определя от следния израз
където F е силата, действаща върху тялото,
S е разстоянието, изминато от тялото под действието на силата F,
α е ъгълът между посоката на движение на тялото и посоката на силата F.
Тогава работата, извършена от "пробния заряд" в електрическото поле от създадения заряд q 0, ще бъде определена от закона на Кулон
където q P - "пробна такса",
q 0 - заряд, създаващ електрическо поле,
r 1 и r 2 - съответно разстоянието между q P и q 0 в началната и крайната позиция на "пробния заряд".
Тъй като извършването на работа е свързано с промяна на потенциалната енергия W P , тогава
А потенциалната енергия на "пробния заряд" във всяка отделна точка от траекторията ще се определи от следния израз
Както може да се види от израза с промяна в стойността на „тестовия заряд“ q p, стойността на потенциалната енергия W P ще се промени пропорционално на q p, следователно, за да се характеризира електрическото поле, беше въведен друг параметър, наречен потенциал на електрическото поле φ, което е енергийна характеристика и се определя от следния израз
където k е коефициент на пропорционалност, равен на k \u003d 1 / (4πε 0) \u003d 9 * 10 9 C 2 / (N * m 2), където ε 0 е електрическа константа, ε 0 = 8,85 * 10 -12 C 2 / (N * m 2).
По този начин потенциалът на електростатичното поле е енергийна характеристика, която характеризира потенциалната енергия, притежавана от заряд, поставен в дадена точка на електростатичното поле.
От гореизложеното можем да заключим, че работата, извършена при преместване на заряд от една точка в друга, може да се определи от следния израз
Тоест работата, извършена от силите на електростатичното поле при преместване на заряда от една точка в друга, е равна на произведението на заряда и потенциалната разлика в началната и крайната точка на траекторията.
При изчисленията е най-удобно да се знае потенциалната разлика между точките на електрическото поле, а не конкретните стойности на потенциалите в тези точки, следователно, говорейки за потенциала на всяка точка на полето, те означава потенциалната разлика между дадена точка на полето и друга точка на полето, чийто потенциал е договорено да се счита за равен на нула.
Потенциалната разлика се определя от следния израз и има измерението Volt (V)
Продължете да четете следващата статия
Теорията е добра, но практическо приложениетова са само думи.
електропроводимост
Електрическо съпротивление
Електрически импеданс
Електростатика- клон на учението за електричеството, изучаващ взаимодействието на неподвижни електрически заряди.
Между със същото имезаредени тела има електростатично (или кулоново) отблъскване и между различнозаредено - електростатично привличане. Феноменът на отблъскване на еднакви заряди е в основата на създаването на електроскоп - устройство за откриване на електрически заряди.
Електростатиката се основава на закона на Кулон. Този закон описва взаимодействието на точковите електрически заряди.
История
Основата на електростатиката е поставена от трудовете на Кулон (въпреки че десет години преди него Кавендиш получава същите резултати, дори с още по-голяма точност. Резултатите от работата на Кавендиш се съхраняват в семейния архив и са публикувани едва сто години по-късно) ; законът за електрическите взаимодействия, открит от последния, направи възможно на Грийн, Гаус и Поасон да създадат математически елегантна теория. Най-важната част от електростатиката е теорията за потенциала, създадена от Грийн и Гаус. Голяма част от експерименталните изследвания върху електростатиката са извършени от Рийс, чиито книги в миналото са били основната помощ при изучаването на тези явления.
Диелектричната константа
Намирането на стойността на диелектричния коефициент K на всяко вещество, коефициент, включен в почти всички формули, които трябва да се използват в електростатиката, може да се направи по много различни начини. Най-често използваните методи са следните.
1) Сравнение на електрическия капацитет на два кондензатора с еднакъв размер и форма, но единият има изолационен слой от въздух, а другият има слой от изпитвания диелектрик.
2) Сравнение на привличането между повърхностите на кондензатора, когато към тези повърхности се съобщава определена потенциална разлика, но в един случай има въздух между тях (сила на привличане \u003d F 0), в другия случай - тестовият течен изолатор (сила на привличане \u003d F). Диелектричният коефициент се намира по формулата:
3) Наблюдения на електрически вълни (виж Електрически трептения), разпространяващи се по жици. Според теорията на Максуел скоростта на разпространение на електрическите вълни по жиците се изразява с формулата
където K означава диелектричния коефициент на средата, заобикаляща жицата, μ означава магнитната пропускливост на тази среда. Възможно е да се зададе μ = 1 за по-голямата част от телата и следователно се оказва
Обикновено се сравняват дължините на стоящите електрически вълни, възникващи в части от една и съща жица във въздуха и в изпитвания диелектрик (течност). След като определихме тези дължини λ 0 и λ, получаваме K = λ 0 2 / λ 2. Според теорията на Максуел следва, че когато електрическо поле се възбуди във всяко изолиращо вещество, вътре в това вещество възникват специални деформации. По дължината на индукционните тръби изолационната среда е поляризирана. В нея възникват електрически премествания, които могат да бъдат оприличени на движенията на положителното електричество по посока на осите на тези тръби, като през всяко напречно сечение на тръбата преминава количество електричество, равно на
Теорията на Максуел позволява да се намерят изрази за онези вътрешни сили (сили на напрежение и натиск), които се появяват в диелектриците, когато в тях се възбуди електрическо поле. Този въпрос е разгледан за първи път от самия Максуел, а по-късно и по-задълбочено от Хелмхолц. По-нататъшното развитие на теорията на този въпрос и теорията на електрострикцията (т.е. теория, която разглежда явления, които зависят от появата на специални напрежения в диелектриците, когато в тях се възбужда електрическо поле) принадлежи на трудовете на Лорберг, Кирхоф, П. Дюхем, Н. Н. Шилер и някои други.
Гранични условия
Нека завършим това обобщение на най-важното от отдела за електрострикция с разглеждане на въпроса за пречупването на индукционните тръби. Представете си два диелектрика в електрическо поле, разделени един от друг с някаква повърхност S, с диелектрични коефициенти K 1 и K 2 .
Нека в точките P 1 и P 2, разположени безкрайно близо до повърхността S от двете страни, величините на потенциалите се изразяват чрез V 1 и V 2, а големината на силите, изпитвани от единицата положително електричество, поставена в тези точки през F 1 и F 2. Тогава за точка P, лежаща върху самата повърхност S, трябва да бъде V 1 = V 2,
ако ds представлява безкрайно малко преместване по линията на пресичане на допирателната равнина към повърхността S в точка P с равнина, минаваща през нормалата към повърхността в тази точка и през посоката на електрическата сила в нея. От друга страна, трябва да бъде
Означаваме с ε 2 ъгъла, образуван от силата F2 с нормалата n2 (вътре във втория диелектрик), и през ε 1 ъгълът, образуван от силата F 1 със същата нормала n 2 След това, използвайки формули (31) и (30 ), намираме
И така, на повърхността, разделяща два диелектрика един от друг, електрическата сила претърпява промяна в посоката си, подобно на светлинен лъч, влизащ от една среда в друга. Това следствие от теорията е оправдано от опита.
Вижте също
Литература
Връзки
Бележки
Основни раздели |
---|