Электрическое напряжение. Потенциал

Электрическое поле, связанное с движущимися заряженными частицами в проводнике, называется стационарным в отличие от электростатического, связанного с неподвижными заряженными частицами.

Заметим, что напряжённость электрического поля внутри проводников в статическом состоянии зарядов может быть только равной нулю Е=0. Иначе был бы ток и, следовательно, состояние зарядов не было бы статическим.

Электрический ток в проводнике и соответствующее ему стационарное электрическое поле нужно поддерживать, непрерывно пополняя энергию поля, которая расходуется в связи с движением заряженных частиц, превращаясь в тепло. Если частица с зарядом переносится в электрическом поле из точки а в точку b (рис. 2.1), то действующие на неё силы совершают работу , величина которой зависит от напряжённости поля Е, величины заряда и расстояния l, на которое переносится заряд :

Рис.2.1 Электрическое поле

 

С энергетической точки зрения поле вдоль рассматриваемого пути характеризуется работой, приходящейся на единицу заряда: Это отношение называется электрическим напряжением. При =1

Электрическое напряжение – это энергетическая характеристика поля, которая определяется как работа, совершаемая силами электрического поля при переносе заряда =1 Кл из точки a в точку b.

В общем случае напряжение равно линейному интегралу напряжённости электрического поля вдоль рассматриваемого пути из точки a в точку b.

(2.7)

Для равномерного поля с напряжением между двумя любыми точками:

(2.8)

Учитывая, что работа, совершаемая при перемещении заряженной частицы в электрическом поле, зависит от положения начальной и конечной точек пути, для практических расчётов вводят энергетическую характеристику поля в каждой точке, величина которой является функцией положения точки. Такой характеристикой является электрический потенциал.

Напряжение между двумя точками электрического поля равно разности потенциалов поля в этих точках:

(2.10)

Полагая приведём другое определение электрического потенциала.

Электрический потенциал – это работа, которую потребуется затратить электрическому полю для перемещения единичного положительного заряда из данной точки поля в точку с нулевым потенциалом.

Теоретически точкой с нулевым потенциалом полагают точку бесконечно удалённую в пространстве. При решении практических задач, относящихся к электрическим установкам, за нулевой потенциал принимают потенциал земли.

Единица электрического напряжения и потенциала – вольт:

Применяются также производные от вольта: 1 киловольт (кВ)=10³ В; 1 милливольт ; 1 микровольт

Знак напряжения определяется направлением сил электрического поля, действующего на положительный заряд. Направление указывается стрелкой (→ ) или знаками (+ –).

 

Электрическая ёмкость. Конденсатор

 

Изолированный проводник, помещённый в электрическое поле, способен накапливать электрический заряд, величина которого пропорциональна его потенциалу:

. (2.11)

Коэффициент пропорциональности С называется ёмкостью.

Наибольшее практическое значение имеют системы из двух электрически изолированных между собой электропроводных тел, которые называются конденсаторами. Проводники конденсатора, называемые его обкладками, получают равные по величине, но противоположные по знаку заряды. Поэтому между обкладками конденсатора создаётся разность потенциалов. Тогда

Т. е., ёмкость электрического конденсатора характеризуется величиной заряда, который нужно сообщить одному из проводников конденсатора, чтобы напряжение между заряженными проводниками изменилось на 1 вольт.

Рис. 2.2 Условное обозначение конденсатора

 

Электрическое сопротивление. Закон Ома

Выражение закона Ома (2.15) можно записать в виде:

(2.16)

где R=1/G – величина обратная проводимости, называемая электрическим сопротивлением проводника.

 

Выражение (2.16) является математическим выражением закона Ома для пассивного участка электрической цепи.

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться: