а) Электрические заряды и электрическое поле. Всякое тело содержит большое число элементарных частиц вещест­ва, обладающих электрическими зарядами. Одни из элементарных заряженных частиц входят в состав ато­мов и молекул вещества, другие не входят, т. е. находятся в свободном состоянии. Элементарная частица протон име­ет элементарный электрический заряд, которому приписан (условно) положительный знак, элементарная частица электрон имеет элементарный заряд противоположного отрицательного знака.
В заряженном теле преобладают положительные или отрицательные заряды, в электрически нейтральном теле число тех и других зарядов одинаково. Разноименно заряженные частицы или тела притягиваются друг к другу, одноименно заряженные отталкиваются.
Движущиеся электрические заряды неразрывно связа­ны с окружающим их электромагнитным полем, которое представляет собой одни из видов материи. Электромагнит­ное поле характеризуется двумя взаимно связанными со­ставляющими электрическим полем и магнитным полем, которые можно обнаружить, например, по силовому дейст­вию на заряженные частицы или тела. Электромагнитное поле неподвижных зарядов имеет только одну составляю­щую — электрическое поле.
Так как электрическое поле оказывает силовое действие на электрически заряженные тела или заряженные частицы, то оно способно совершать работу. Следовательно, электри­ческое поле обладает энергией. Для оценки силового дейст­вия электрического поля каждую его точку характеризуют электрической величиной, которую называют напряжен­ностью электрического поля.

Напряженность электрического поля ℇ определяется отношением силы F, с которой поле заряженных частиц или тел действует на пробный заряд q очень малых размеров (точечный), находящийся в данной точке поля, к численно­му значению этого заряда:

 (и)

Пробный заряд должен быть настолько мал, чтобы его внесение в исследуемое поле не приводило к перераспреде­лению зарядов, поле которых с напряженностью ℇ  рас­сматривается.                                  

                                                                                                                    

                                                                                                                           
Рис 1.1. Электрическое             Рис. 1.2 Перемещение
поле между двумя заря-            электрического заряда 
женными плоскими па-              +q в однородном поле
раллельными пластинами      

При q равном единице,численно равна F, т. е. напряженность электрического поля численно равна силе поля, действующей на единичный заряд.

Напряженность поля характеризуется не только числен­ным значением, но и направлением, которое совпадает с на­правлением силы, действующей на положительный точеч­ный заряд, находящийся в данной точке поля. Следователь­но, напряженность поля пространственный вектор. Так, на рис. 1.1 показаны в двух точках векторы напряженности ℇ  электрического поля между двумя параллельными плос­кими пластинами с суммарными зарядами +Q и -Q.
Электрическое поле графически изображается линиями напряженности электрического поля. Линия напряженности проводится так, чтобы в каждой ее точке вектор напряженности поля был направлен по касательной к ней. Линия напряженности поля неподвижных за­рядов начинается на положительном заряде и оканчивает­ся на отрицательном; таким образом, эти линии не замкну­ты (рис. 1.1).
Если через каждую единичную площадку, перпендику­лярную к направлению вектора напряженности, провести число линий, равное или пропорциональное напряженности поля в пределах этой площадки, то плотность лнний напряженности будет оценивать значение напряженности поля.
Поле называется однородным, если во всех его точках векторы напряженности равны друг другу, в противном случае поле будет неоднородным. Примером однородного поля может служить электрическое поле между параллель­ными пластинами (рис. 1.1) в области, достаточно удален­ной от краев пластин.
б) Электрическое напряжение. Допустим, что положи­тельный точечный заряд q переместился в однородном элек­трическом поле под действием сил этого поля из точки М в точку Н на расстояние l (рис. 1.2) в направлении поля.
Совершенная при этом силами поля за счет энергии по­ля работа А = F1, или с учетом (1.1)
                                   
                                    (1.2)
Величина, определяемая отношением работы по переме­щению точечного положительного заряда q между двумя точками поля к численному значению заряда, называется электрическим напряжением между указанны­ми точками М и Н:
                                               
                               (1.3)
                                                           
Численно напряжение между двумя точками равно ра­боте сил поля при перемещении между этими точками по­ложительного единичного заряда.
В однородном поле по (1.2)   
         и напряжение
                                                        
                (1.3а)
                                                                                              
В Международнойсистеме единиц СИ (51) приняты единицы измерения величин: длины — метр (м); массы— килограмм (кг); времени — секунда (с); силы — ньютон (Н); работы—джоуль (Дж); электрического заряда — кулон (Кл); электрического напряжения — вольт (В).
Из выражения (1.3а) следует, что
1 В= 1 Дж/1 Кл.
Напряженность электрического поля согласно (1.3а) оп­ределяется выражением
                                                 (1.4)
 и измеряется в вольтах на метр: [ℇ]=В/м, Здесь и далее прямоугольные скобки указывают размерность величины, заключенной в скобки.
Допустим, что положительный точечный заряд q нахо­дится в точке М электрического поля, созданного другими зарядами. Если под действием сил поля заряд q удалится за пределы поля, то силами поля будет совершена работа, равная потенциальной энергии Wм, которой обладал заряд q, находясь в точке М. Потенциальная энергия, отнесенная к численному значению заряда, находящегося в какой-либо точке электрического поля, является одной из характерис­тик электрического поля всех других зарядов в данной точ­ке (например, М) и называется потенциалом ф этой точки поля Итак, по определению, потенциалы электриче­скогополя в точках М и Н:
 
 
 
т.е. напряжение между двумя точками электрического по­ля равно разности потенциалов этих точек.
Если потенциал одной из точек, например H, считать равным нулю, что не изменяет разности потенциалов (напря­жения) между различными точками поля, то согласно (1.5)
т.е. напряжение между данной точкой (М) электрического поля и другой, произвольно выбранной точкой, потенциал которой принят равным нулю, является потенциалом φ дан­ной точки поля. Особенно часто принимают равным нулю потенциал земли. Потенциал измеряется в вольтах, т. е. в тех же единицах, что и напряжение.

Catalog-Moldova - Ranker, Statistics Rambler's Top100

Портал Электриков — Новости и комментарии из мира техники