За изследване на електростатичното поле от енергийна гледна точка, както в случая с отчитане на интензитета, в него се въвежда положително заредено точково тяло - тестов заряд. Да приемем, че еднородно електрическо поле, придвижващо от точка 1 до точка 2 въведено в него тяло със заряд q и по пътя l, извършва работа A = qEl(Фиг. 62, а). Ако приложената такса е 2q, 3q, ..., nq,тогава полето ще свърши работата съответно: 2A, 3A, ..., nA. Тези произведения са различни по размер, така че не могат да служат за характеристика електрическо поле. Ако вземем съответно съотношенията на стойностите на тези работи към стойностите на заряда на тялото, тогава се оказва, че тези съотношения за две точки (1 и 2) са постоянни стойности:

Ако изследваме електрическото поле по подобен начин между всеки две от неговите точки, тогава ще стигнем до извода, че за всеки две точки от полето отношението на количеството работа към количеството на преместения заряд на тялото по полето между точките е постоянна стойност, но е различна в зависимост от разстоянието между точките. Стойността, измерена чрез това съотношение, се нарича потенциална разлика между две точки на електрическото поле (означено с φ 2 - φ 1) или напрежение U между точките на полето. Скаларната величина, която е енергийната характеристика на електричното поле и се измерва с извършената от него работа при преместване на точково тяло, чийто заряд е +1, от една точка на полето в друга, се нарича потенциална разлика между две точки на полето или напрежението между тези точки.От определението за потенциална разлика волтаж U \u003d φ 2 - φ 1 \u003d Δφ.

Около всяко заредено тяло има електрическо поле. С увеличаване на разстоянието от тялото до която и да е точка на полето, силата, с която то действа върху въведения в него заряд, намалява (закон на Кулон) и в дадена точка на пространството практически става равна на нула. Мястото, където действието на електрическото поле на дадено заредено тяло не се открива, се нарича безкрайно далечниОт него.

Ако топката на електроскопа се постави в различни точки на електрическото поле на заредената топка на електрофорната машина, тогава тя зарежда електроскопа. Когато топката на електроскопа е заземена, електрическото поле на машината изобщо не влияе на електроскопа. Потенциалната разлика между произволна точка на електрическото поле и точка, разположена на повърхността на Земята, се нарича потенциал на дадена точка на полето спрямо Земята.Измерва се с работа, за изчисляването на която трябва да знаете началната и крайната точка на пътя. Като една от тези точки се приема точка на повърхността на Земята и спрямо нея се изчислява работата по преместване на заряда и, следователно, потенциалът на другата точка.

Ако електрическото поле се формира от положително заредено тяло (фиг. 62, b), то самото премества положително зареденото тяло C, въведено в него, към повърхността на Земята.Потенциалите на точките на такова поле се считат за положителни. Когато електрическото поле се формира от отрицателно заредено тяло (фиг. 62, c), е необходима външна сила F post, за да премести положително заредено тяло C към повърхността на Земята. Потенциалът на точките на такова поле се счита за отрицателен.

Ако потенциалите на точките на полето φ 1 и φ 2 са известни, тогава въз основа на формулата за потенциална разлика можем да изчислим работата по преместване на заредено тяло от една точка на полето в друга: A \u003d q (φ 2 - φ 1),или A = qU.Следователно потенциалната разлика е енергийната характеристика на електрическото поле. По тези формули се изчислява работата по преместване на заряд в хомогенни и нееднородни електрически полета.

Задайте единицата за напрежение (потенциална разлика) в системата SI. За да направите това, заместваме стойността във формулата за напрежение A \u003d 1 jИ q = 1 k:

Единицата за напрежение - волт - е потенциалната разлика между две точки на електрическото поле, при движение между които точково тяло със заряд 1 k, полето извършва работа от 1 j.

електрическо напрежение.
Потенциална разлика. волтаж.

Тема: какво е електрическо напрежение и потенциална разлика.

Може би един от най-често използваните изрази сред електротехниците е понятието електрическо напрежение. Нарича се още потенциална разлика и не съвсем правилната фраза, като напрежение, добре, значението на имената е по същество същото. Какво всъщност означава това понятие? Може би, като начало, ще дам формулировка на книгата: електрическо напрежение - това е съотношението на работата на електрическото поле на зарядите по време на прехвърлянето на тестов заряд от точка 1 до точка 2. добре и с прости думиказано, това се обяснява така.

Нека ви напомня, че има два вида заряди, те са положителни със знак „+“ и отрицателни със знак „-“. Повечето от нас в детството си играеха с магнити, които бяха честно получени от друга счупена кола с електрически двигател, където стояха. И така, когато се опитахме да доближим същите тези магнити един до друг, в един случай те бяха привлечени, а ако един от тях беше обърнат наобратно, те съответно се отблъснаха.

Това се случи, защото всеки магнит има два полюса, това са юг и север. В случай, че полюсите са еднакви, тогава магнитите ще се отблъскват, но когато са противоположни, ще се привличат. Същото се случва и с електрическите заряди и силата на взаимодействие зависи от броя и разнообразието на тези заредени частици. Просто казано, колкото повече е „плюс“ на един обект, а на другия, съответно „минус“, толкова по-силно ще бъдат привлечени един към друг. Или обратното, отблъснете същото обвинение(+ и + или - и -).

Сега си представете, че имаме две малки железни топки. Ако мислено се вгледате в тях, можете да видите огромно разнообразие от малки частици, които са разположени една от друга голямо разстояниеи неспособни на свободно движение, това са ядрата на нашата материя. Около тези частици с невероятно висока скоростпо-малките частици се въртят електрони. Те могат да се отделят от някои ядра и да се присъединят към други, като по този начин пътуват из цялата желязна топка. В случай, че броят на електроните съответства на броя на протоните в ядрото, топките са електрически неутрални.

Но ако по някакъв начин отнемете определено количество, такава топка ще се стреми да привлече същото това липсващо количество електрони към себе си, като по този начин се образува около себе си положително полесъс знак "+". Колкото повече електрони липсват, толкова по-силен ще бъде. положително поле. В съседната топка ще направим завой и ще добавим допълнителни електрони. В резултат на това получаваме излишък и съответно същото електрическо поле, но със знак "-".

В резултат на това получаваме два потенциала, единият от които е нетърпелив да получи електрони, а вторият ще се отърве от тях. В топката възниква излишък на плътност и тези частици, около които има поле, се изтласкват и избутват една друга от топката. И там, където липсват, съответно се получава нещо като вакуум, който се опитва да изтегли тези електрони. Това е ярък пример за потенциална разлика и нищо повече от напрежение между тях. Но щом тези железни топки се свържат помежду си, ще настъпи обмен и напрежението ще изчезне, тъй като се формира неутралност.

Грубо казано, тази сила на тенденцията на заредените частици да се движат от по-заредени части към по-малко заредени части между две точки ще бъде потенциалната разлика. Нека мислено да си представим проводниците, които са свързани към батерията от обикновено фенерче. В самата батерия химическа реакция, което води до излишък на електрони ("-"), вътре в батерията те се изтласкват към отрицателния извод. Тези електрони се стремят да се върнат на мястото си, откъдето са били изтласкани преди.

Те не успяват вътре в батерията, така че остава да изчакаме момента, в който ще направят мост във формата електрически проводники по който те бързо ще изтичат до положителния извод на акумулатора, където се привличат. Междувременно няма мост, тогава ще има желание да преминете под формата на този електрическо напрежениеили потенциална разлика(волтаж).

Ще дам подобен пример от различен поглед. Има обикновен кран с вода. Кранът е затворен и следователно водата няма да излезе от него, но все още има вода вътре и освен това е там под известно налягане, поради това налягане има тенденция да избухне, но затвореният кран го предотвратява. И веднага щом завъртите дръжката на крана, водата веднага ще тече. Така че това налягане може грубо да се сравни с напрежението и водата със заредените частици. Самият воден поток ще този примердействат като електрически ток в самите проводници и затворен кран в ролята електрически ключ. Дадох този пример само за яснота и не е пълна аналогия!

Колкото и да е странно, но хората, които не са тясно свързани с професията на електротехник, е доста обичайно да наричат ​​електрическо напрежение , изразът е напрежение и това е неправилна формулировка, тъй като напрежението, както разбрахме, е потенциална разлика електрически заряди, а токът е потокът от тези заредени частици. И се оказва, че, произнасяйки напрежението, в резултат на това има леко несъответствие между самата концепция.

Волтаж, както всички други величини, има своя собствена мерна единица. Измерва се във волтове. Това са същите волта, които се изписват на устройства и захранвания. Например в обикновен домашен контакт 220 V или батерия, която сте закупили с напрежение 1,5 V. Като цяло, мисля, че разбирате в общи линии, какво е това най-електрическо напрежение. В тази статия се основавах само на просто разбиране на този термин и не навлизах в дълбините на формулировките и формулите, за да не усложнявам разбирането. Всъщност тази тема може да се изучава много по-широко, но вече зависи от вас и вашето желание.

P.S. Бъдете внимателни при работа с електричество, високото напрежение е животозастрашаващо.

Потенциални полета.Може да се докаже, че работата на всяко електростатично поле при преместване на заредено тяло от една точка в друга не зависи от формата на траекторията, точно както работата еднородно поле. При затворена траектория работата на електростатичното поле винаги е нула. Полета с това свойство се наричат ​​потенциални полета. По-специално, електростатичното поле на точковия заряд има потенциален характер.

Работата на потенциално поле може да се изрази чрез промяна на потенциалната енергия. Формулата е валидна за произволно електростатично поле. Но само в случай на хомогенно поле енергията се изразява с формулата (8.19)

потенциал.Потенциалната енергия на заряд в електростатично поле е пропорционална на заряда. Това важи както за хомогенно поле (виж формула 8.19), така и за всяко друго. Следователно съотношението на потенциалната енергия към заряда не зависи от заряда, поставен в полето.

Това ни позволява да въведем нова количествена характеристика на полето - потенциала. Потенциалът на електростатичното поле е отношението на потенциалната енергия на заряд в полето към този заряд.

Според това определениепотенциалът е:

Напрегнатостта на полето е вектор и представлява силовата характеристика на полето; той определя силата, действаща върху заряда в дадена точка на полето. Потенциалът е скалар, той е енергийната характеристика на полето; той определя потенциалната енергия на заряда в дадена точка от полето.

Ако вземем отрицателно заредена плоча (фиг. 124) като нулево ниво на потенциална енергия, а оттам и потенциал, тогава съгласно формули (8.19 и 8.20), потенциалът на еднородно поле е равен на:

Потенциална разлика.Подобно на потенциалната енергия, стойността на потенциала в дадена точка зависи от избора на нулевото ниво за еталон на потенциала. Практическо значение има не самият потенциал в точката, а изменението на потенциала, което не зависи от избора на нулево ниво на потенциалния еталон.

По този начин потенциалната разлика (напрежение) между две точки е равна на съотношението на работата на полето за преместване на заряда от началната до крайната точка към този заряд.

Познавайки напрежението в осветителната мрежа, ние по този начин знаем работата, която електрическото поле може да извърши, когато премества единичен заряд от един контакт на гнездото към друг по протежение на електрическа верига. Ще се занимаваме с понятието потенциална разлика в целия курс по физика.

Единица за потенциална разлика.Единицата потенциална разлика се установява с помощта на формула (8.24). В Международната система от единици работата се изразява в джаули, а зарядът в кулони. Следователно потенциалната разлика между две точки е равна на единица, ако при преместване на заряд от 1 C от една точка в друга електрическото поле извършва работа от 1 J. Тази единица се нарича волт

1. Какви полета се наричат ​​потенциални? 2. Как промяната в потенциалната енергия е свързана с работата? 3. На какво е равно потенциална енергиязаредена частица в еднородно електрическо поле? 4. Определете потенциала. Каква е потенциалната разлика между две точки в полето?

Потенциалната разлика между точки 1 и 2 е работата, извършена от силите на полето при преместване на единица положителен заряд по произволен път от точка 1 до точка 2. За потенциалните полета тази работа не зависи от формата на пътя, а се определя само от позициите на началната и крайната точка

потенциалът се определя до адитивна константа. Работата на силите на електростатичното поле при преместване на заряда q по произволен път от началната точка 1 до крайната точка 2 се определя от израза

Практическата единица за потенциал е волт. Волт е потенциалната разлика между такива точки, когато при преместване на една висулка от електричество от една точка в друга електрическото поле извършва работа от един джаул.

1 и 2 са безкрайно близки точки, разположени на оста x, така че X2 - x1 = dx.

Работата при преместване на единица заряд от точка 1 до точка 2 ще бъде Ex dx. Същата работа е равна на . Приравнявайки двата израза, получаваме

-скаларен градиент

функционален градиент е вектор, насочен към максималното увеличение на тази функция, а дължината му е равна на производната на функцията в същата посока. Геометричното значение на градиента е еквипотенциални повърхности (повърхности с равен потенциал), повърхност, върху която потенциалът остава постоянен.

13 Потенциални такси

Потенциал на полето на точков заряд q в хомогенен диелектрик.

- електрическо изместване на точков заряд в хомогенен диелектрик D - вектор на електрическа индукция или електрическо изместване

Нула трябва да се приеме като константа на интегриране, така че при , тогава потенциалът изчезва

Потенциал на системното поле точкови таксив хомогенен диелектрик.

Използвайки принципа на суперпозицията, получаваме:

Потенциал на непрекъснато разпределени електрически заряди.

- елементи на обем и заредени повърхности, центрирани в точка

Ако диелектрикът е нехомогенен, тогава интегрирането трябва да се разшири и до поляризационни заряди. Включването на такива

зареждането автоматично отчита влиянието на околната среда и не е необходимо стойността да се въвежда

14 Електрично поле в материята

Електрическо поле в материята. Вещество, въведено в електрическо поле, може значително да го промени. Това се дължи на факта, че материята се състои от заредени частици. При липса на външно поле частиците се разпределят вътре в веществото по такъв начин, че създаденото от тях електрическо поле средно върху обеми, които включват голям брой атоми или молекули, е равно на нула. При наличие на външно поле се получава преразпределение на заредените частици и в веществото възниква собствено електрическо поле. Общото електрическо поле се формира в съответствие с принципа на суперпозиция от външното поле и вътрешното поле, създадено от заредените частици на материята. Веществото е разнообразно по своите електрически свойства. Най-широките класове материя са проводници и диелектрици. Проводникът е тяло или материал, в който електрическите заряди започват да се движат под действието на произволно малка сила. Следователно тези такси се наричат ​​безплатни. В металите свободните заряди са електрони, в разтвори и стопилки на соли (киселини и основи) - йони. Диелектрикът е тяло или материал, в който под действието на произволно големи силизарядите се изместват само на малко разстояние, което не надвишава размера на атома, спрямо тяхното равновесно положение. Такива такси се наричат ​​обвързани. Безплатни и обвързани такси. БЕЗПЛАТНИ ТАКСИ 1) излишък на ел. заряди, предадени на проводящо или непроводящо тяло и причиняващи нарушение на неговата електрическа неутралност. 2) Електрически текущи такси на оператора. 3) поставям. електрически заряди на атомни остатъци в металите. СВЪРЗАНИ ТАКСИ зарядите на частиците, които изграждат атомите и молекулите на диелектрика, както и зарядите на йоните в кристала. диелектрици с йонна решетка.

Потенциална разлика

Известно е, че едното тяло може да се нагрее повече, а другото по-малко. Степента на нагряване на тялото се нарича неговата температура. По същия начин едно тяло може да бъде наелектризирано повече от друго. Степента на наелектризиране на тялото характеризира величина, наречена електрически потенциал или просто потенциал на тялото.

Какво означава да наелектризираш тялото? Това означава да му кажеш електрически заряд, т.е. добавяме определен брой електрони към него, ако зареждаме тялото отрицателно, или ги отнемаме от него, ако зареждаме тялото положително. И в двата случая тялото ще има определена степен на електрификация, т.е. един или друг потенциал, освен това положително зареденото тяло има положителен потенциал, а отрицателно зареденото тяло има отрицателен потенциал.

Разликата в нивата на електрическите зарядисе наричат ​​две тела разлика електрически потенциали или просто потенциална разлика.

Трябва да се има предвид, че ако две еднакви тела са заредени с еднакви заряди, но едното е по-голямо от другото, тогава между тях също ще има потенциална разлика.

Освен това съществува потенциална разлика между две такива тела, едното от които е заредено, а другото е без заряд. Така например, ако всяко тяло, изолирано от земята, има определен потенциал, тогава потенциалната разлика между него и земята (чийто потенциал се счита за нула) е числено равна на потенциала на това тяло.

Така че, ако две тела са заредени по такъв начин, че техните потенциали не са еднакви, между тях неизбежно съществува потенциална разлика.

Всички знаят феномен на наелектризиранегребена, когато го търкате в косата, не е нищо повече от създаване на потенциална разлика между гребена и човешката коса.

Наистина, когато гребенът се търка в косата, част от електроните преминават към гребена, зареждайки го отрицателно, докато косата, загубила част от електроните, се зарежда в същата степен като гребена, но положително. Потенциалната разлика, създадена по този начин, може да бъде намалена до нула чрез докосване на гребена до косата. Този обратен преход на електрони се открива лесно от ухото, ако електрифициран гребен се доближи до ухото. Характерно пукане ще покаже текущия разряд.

Говорейки по-горе за потенциалната разлика обаче, имахме предвид две заредени тела потенциалната разлика може да се получи и между различни части (точки) на едно и също тяло.

Така например, помислете какво се случва, ако под действието на някаква външна сила успеем да преместим свободните електрони в жицата в единия й край. Очевидно ще има недостиг на електрони в другия край на жицата и тогава между краищата на жицата ще възникне потенциална разлика.

Веднага щом спрем действието на външната сила, електроните незабавно, поради привличането на противоположни заряди, се втурват към края на жицата, който е положително зареден, т.е. до мястото, където липсват, и електрическо равновесие отново ще дойде в жицата.

Електродвижеща сила и напрежение

д За да се поддържа електрически ток в проводник, е необходим външен източник на енергия, който да поддържа постоянно потенциалната разлика в краищата на този проводник.

Тези източници на енергия са т.нар източници на електрически токкато има определена електродвижеща сила, който създава и поддържа дълго време потенциална разлика в краищата на проводника.

Електродвижещата сила (съкратено EMF) се обозначава с буквата E. Мерната единица за ЕМП е волт. У нас волтът се обозначава съкратено с буквата "B", а в международното обозначение - с буквата "V".

Така че, за да получите непрекъснат поток, имате нужда от електродвижеща сила, тоест имате нужда от източник на електрически ток.

Първият такъв източник на ток е така наречената „волтова колона“, която се състои от поредица от медни и цинкови кръгове, облицовани с кожа, напоена с подкислена вода. По този начин, един от начините да получите електродвижеща силае химичното взаимодействие на определени вещества, в резултат на което химична енергиясе преобразува в електрическа енергия. Наричат ​​се източници на ток, в които се създава електродвижеща сила по този начин химически източници на ток.

В момента химически източници на ток - галванични клетки и батерии - намират широко приложение в електротехниката и енергетиката.

Друг основен източник на ток, широко разпространен във всички области на електротехниката и електроенергетиката, са генераторите.

Генераторите са монтирани на Електроцентралаи служат като единствен източник на ток за захранване индустриални предприятия, ел. градско осветление, ел железници, трамвай, метро, ​​тролейбус и др.

Както в химическите източници на електрически ток (клетки и батерии), така и в генераторите, действието на електродвижещата сила е абсолютно еднакво. Това се крие във факта, че ЕМП създава потенциална разлика на клемите на източника на ток и я поддържа дълго време.

Тези клещи се наричат ​​полюси на източник на ток. Единият полюс на източника на ток винаги изпитва недостиг на електрони и следователно има положителен заряд, другият полюс изпитва излишък от електрони и следователно има отрицателен заряд.

Съответно единият полюс на източника на ток се нарича положителен (+), другият отрицателен (-).

За захранване се използват източници на ток токов ударразлични устройства - . Консуматорите на ток са свързани към полюсите на източника на ток посредством проводници, образуващи затворена електрическа верига. Потенциалната разлика, която се установява между полюсите на източника на ток при затворена електрическа верига, се нарича напрежение и се обозначава с буквата U.

Единицата за напрежение, подобно на ЕМП, е волтът.

Ако например е необходимо да се запише, че напрежението на източника на ток е 12 волта, тогава те пишат: U - 12 V.

Устройство, наречено волтметър, се използва за измерване или измерване на напрежение.

За да измерите EMF или напрежението на източник на ток, трябва да свържете волтметър директно към неговите полюси. В този случай, ако е отворен, волтметърът ще покаже ЕМП на източника на ток. Ако затворите веригата, тогава волтметърът вече няма да показва ЕМП, а напрежението на клемите на източника на ток.

EMF, разработен от източника на ток, винаги е по-голям от напрежението на неговите клеми.