Электрическое поле. Электрический потенциал, ЭДС и напряжение

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ И ЕЕ ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ

Основные сведения о строении вещества и физической природе электричества

Известно, что все тела состоят из отдельных очень малых частиц — атомов и молекул. Каждый химический элемент — водород, углерод, медь, алюминий и прочие — состоит из атомов определенного вида. Молекулы образуются из нескольких атомов одного или различных химических элементов.

Строение атома весьма сложно. Упрощенно атом можно представить в виде ядра, окруженного оболочкой. Оболочка образована из постоянно движущихся с чрезвычайно большой скоростью мельчайших частиц — электронов, ядро — из протонов и нейтронов. Атомы настолько малы, что их нельзя увидеть даже в самый сильный микроскоп. В атомах разных химических элементов содержится различное количество протонов, нейтронов и электронов.

Рисунок 1 - Схематическое изображение атомов

Заряд электрона е= -1,6×10^-20 Кл.

Тело, приобретая электроны, получает отрицательный заряд (отрицательный ион).

Тело, теряя электроны, получает положительный заряд (положительный ион). Процесс превращения нейтрального атома в ион называется ионизацией.

Атомы различных химических веществ отличаются друг от друга количеством электронов.

Электроны, потерявшие связь с атомами и перемещающиеся в пространстве между ними, называются свободными. Свободных электронов много в металлах, чем и объясняется хорошая электропроводность металлов.

Атомы ряда других вещества прочно удерживают электроны около ядра и не дают им свободно уходить из атомов. Такие вещества плохо проводят электричество.

Закон Кулона.

Сформулирован французским ученым Кулоном в 1775 г.

Сила взаимодействия двух неподвижных точечных заряженных тел прямо пропорциональна произведению зарядов этих тел, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и зависит от среды.

Рисунок 2- Схемы взаимодействия электрических зарядов.

[Н],

где - заряды точечных тел [Кл];

- расстояние между их центрами [м];

- абсолютная диэлектрическая проницаемость [Ф/м];

- сила [Н].

Диэлектрическая проницаемость и электрическая постоянная.Различные вещества имеют разную абсолютную диэлектрическую проницаемость. Абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума называется электрической постоянной в СИ à Ф/м.

Опытным путем установлено .

Материал
Воздух	1,0
Бумага парафинированая	4,3
Масло минеральное	2,2
Мрамор	8,3
Миканит	9,2
Резина	2,7
Фарфор	5,8

Электрическое поле. Электрический потенциал, ЭДС и напряжение

В пространстве вокруг электрически заряженного тела существует электрическое поле, представляющее собой один из видов материи. Электрическое поле обладает запасом электри­ческой энергии, которая проявляется в виде электрических сил, действующих на находящиеся в поле заряженные тела.

Электрическое поле условно изображают в виде электрических силовых линий, которые показывают направления действия электри­ческих сил, создаваемых полем. Принято направлять силовые линии в ту сторону, в которую двигалась бы в электрическом поле поло­жительно заряженная частица. Электри­ческие силовые линии расходятся в разные стороны от положительно заряженных тел и сходятся у тел, обладающих отрицательным зарядом.

Поле, созданное двумя плоскими разноименно заряжен­ными параллельными пластинами, называется однород­ным.

Напряженность электрического поля. Электрическое поле действует на внесен­ный в него заряд q с некоторой силой F. Следовательно, об интенсивности электрического поля можно судить по значению силы, с которой притягивается или отталкивается некоторый элек­трический заряд, принятый за единицу. В электротехнике интенсив­ность поля характеризуют напряженностью электрического поля Е. Под напряженностью понимают отношение силы F, действующей на заряженное тело в данной точке поля.

Направление напряженности эклектического поля Е совпадает по направлению с силой F.

,

Внутри проводника электрическое поле отсутствует, и применяют это для экранирования – защита измерительных приборов от воздействия внешнего электромагнитного поля.

Электрический потенциал. Элек­трическое поле обладает опре­деленным запасом энергии, т. е. способностью совершать работу. Энергия электрического поля может быть реализована, если внести в него какой-либо заряд. Под действием сил поля этот заряд будет перемещаться по направлению силовых линий, совершая определенную работу.

Для характеристики энергии, запасенной в каждой точке элек­трического поля, введено специальное понятие — электрический по­тенциал. Электрический потенциал поля в данной точке равен работе, которую могут совершить силы этого поля при перемещении единицы положительного заряда из этой точки за пределы поля.

Разность электрических потенциалов двух точек поля равна работе, затраченной силами поля на перемещение заряда из одной точки поля с большим потенциалом в другую точку с меньшим потенциалом.

, [В] , [В]

ЭДС . При соединении проводником двух разноименно заряженных тел, т. е. таких тел, между которыми дей­ствует некоторая разность потенциалов, свободные электроны в этих телах и в соединительном проводнике придут в движение и возникнет электрический ток. Этот ток будет протекать по про­воднику до тех пор, пока потенциалы обоих тел не станут равными.

Можно, однако, обеспечить и непрерывное движение электро­нов по проводнику, соединяющему два разноименно заряженных тела, т. е. непрерывное прохождение электрического тока. Для прохождения постоянного тока по металлическому проводнику необходимо все время обеспечивать на его концах разность потенциалов, или напряжение. Но внутри источника эти заряды должны перемещаться от отрицательного зажима к положительному, т. е. от точки с низшим потенциалом к точке с высшим потенциалом. Такое перемещение зарядов внутри источника совершается благо­даря электродвижущей силе (ЭДС), которая возбуждается в источ­нике. ЭДС поддерживает разность потенциалов на зажимах источника электрической энергии, обеспечивая прохождение тока по электрической цепи. Эта разность потенциалов определяет собой напряжение источника электрической энергии. ЭДС обозначается буквой Е (е) и численно равна работе, которую нужно затратить на перемещение единицы положительного заряда от одного зажима источника к другому.