Za proučavanje elektrostatičkog polja sa energetske tačke gledišta, kao u slučaju razmatranja intenziteta, u njega se uvodi pozitivno nabijeno tačkasto tijelo - probni naboj. Pretpostavimo da jednolično električno polje, krećući se od tačke 1 do tačke 2, telo uneseno u njega sa nabojem q i na putu l, radi A = qEl(Sl. 62, a). Ako je primijenjena naknada 2q, 3q, ..., nq, tada će teren obaviti posao u skladu s tim: 2A, 3A, ..., nA. Ova djela su različite veličine, pa ne mogu poslužiti kao karakteristika električno polje. Ako uzmemo, odnosno, omjere vrijednosti ovih radova prema vrijednostima naboja tijela, onda se ispostavlja da su ti omjeri za dvije točke (1 i 2) konstantne vrijednosti:

Proučimo li električno polje na sličan način između bilo koje dvije njegove tačke, onda ćemo doći do zaključka da je za bilo koje dvije tačke polja omjer količine rada i količine naboja pomaknutog tijela poljem između tačaka je konstantna vrijednost, ali se razlikuje ovisno o udaljenosti između tačaka. Vrijednost mjerena ovim omjerom naziva se razlika potencijala između dvije tačke električnog polja (označene sa φ 2 - φ 1) ili napon U između tačaka polja. Skalarna veličina, koja predstavlja energetsku karakteristiku električnog polja i mjeri se radom koji ono izvrši pri pomicanju točkastog tijela, čiji je naboj +1, iz jedne tačke polja u drugu, naziva se razlika potencijala između dvije tačke polja, ili napon između ovih tačaka. Iz definicije potencijalne razlike voltaža U = φ 2 - φ 1 \u003d Δφ.

Svako naelektrisano telo ima oko sebe električno polje. Sa povećanjem udaljenosti od tijela do bilo koje tačke polja, sila kojom djeluje na naboj uveden u njega opada (Coulombov zakon) i u nekom trenutku u prostoru praktično postaje jednaka nuli. Mjesto na kojem se ne detektuje djelovanje električnog polja datog nabijenog tijela naziva se beskonačno udaljen Od njega.

Ako se kuglica elektroskopa postavi u različite točke električnog polja nabijene kuglice elektroforskog stroja, tada ona puni elektroskop. Kada je kuglica elektroskopa uzemljena, električno polje mašine uopšte ne utiče na elektroskop. Razlika potencijala između proizvoljne tačke električnog polja i tačke koja se nalazi na površini Zemlje naziva se potencijalom date tačke polja u odnosu na Zemlju. Mjeri se radom, za čije izračunavanje morate znati početnu i krajnju tačku puta. Kao jedna od ovih tačaka uzima se tačka na površini Zemlje, a u odnosu na nju se računa rad pomeranja naelektrisanja, a samim tim i potencijal druge tačke.

Ako električno polje formira pozitivno nabijeno tijelo (sl. 62, b), onda ono samo pomiče pozitivno nabijeno tijelo C uneseno u njega na površinu Zemlje. Potencijali tačaka takvog polja smatraju se pozitivnim. Kada električno polje formira negativno naelektrisano telo (slika 62, c), potrebna je strana sila F da bi se pozitivno naelektrisano telo C pomerilo na površinu Zemlje. Potencijal tačaka takvog polja smatra se negativnim.

Ako su potencijali tačaka polja φ 1 i φ 2 poznati, onda, na osnovu formule razlike potencijala, možemo izračunati rad pomeranja naelektrisanog tela iz jedne tačke polja u drugu: A \u003d q (φ 2 - φ 1), ili A = qU. Stoga je razlika potencijala energetska karakteristika električnog polja. Prema ovim formulama izračunava se rad kretanja naelektrisanja u homogenom i nehomogenom električnom polju.

Podesite jedinicu napona (razliku potencijala) u SI sistemu. Da bismo to učinili, zamjenjujemo vrijednost u formuli napona A \u003d 1 j I q = 1 k:

Jedinica napona - volt - je razlika potencijala između dve tačke električnog polja, pri kretanju između kojih se nalazi tačkasto telo sa naelektrisanjem od 1 k, polje vrši rad od 1 j.

električni napon.
Razlika potencijala. voltaža.

Tema: šta je električni napon i razlika potencijala.

Možda je jedan od najčešće korištenih izraza među električarima pojam električnog napona. Naziva se i razlika potencijala i nije baš tačna fraza, kao što je napon, pa, značenje imena je u suštini isto. Šta ovaj koncept zapravo znači? Možda ću, za početak, dati formulaciju knjige: električni napon - ovo je omjer rada električnog polja naelektrisanja tokom prijenosa probnog naboja iz tačke 1 u tačku 2. dobro i jednostavnim riječima govoreći, to se objašnjava ovako.

Da vas podsjetim da postoje dvije vrste naelektrisanja, pozitivne sa znakom “+” i negativne sa predznakom “-”. Većina nas se u djetinjstvu igrala magnetima, koji su pošteno dobijeni iz drugog pokvarenog automobila sa elektromotorom, gdje su stajali. Dakle, kada smo te iste magnete pokušali približiti jedan drugome, u jednom slučaju su bili privučeni, a ako je jedan od njih bio okrenut naopako, oni su se shodno tome odbijali.

To se dogodilo jer svaki magnet ima dva pola, južni i sjeverni. U slučaju kada su polovi isti, tada će se magneti odbijati, ali kada su suprotni, oni će se privlačiti. Ista stvar se događa i s električnim nabojima, a sila interakcije ovisi o broju i raznolikosti ovih nabijenih čestica. Jednostavno rečeno, što je više "plus" na jednom objektu, a na drugom, respektivno, "minus", to će se jače privući jedno drugom. Ili obrnuto, odbiti ista naplata(+ i + ili - i -).

Sada zamislite da imamo dvije male željezne kugle. Ako ih mentalno pogledate, možete vidjeti ogromnu raznolikost malih čestica koje se nalaze jedna od druge velika udaljenost i nesposobni za slobodno kretanje, to su jezgra naše materije. Oko ovih čestica sa nevjerovatnim velika brzina manje čestice rotiraju elektrona. Mogu se odvojiti od nekih jezgara i pridružiti se drugima, putujući tako po cijeloj željeznoj kugli. U slučaju kada broj elektrona odgovara broju protona u jezgru, kuglice su električno neutralne.

Ali ako nekako oduzmete određenu količinu, takva lopta će težiti da privuče tu istu nedostajuću količinu elektrona na sebe, formirajući se oko sebe pozitivno polje sa znakom "+". Što više elektrona nedostaje, to će biti jači. pozitivno polje. U susjednoj kugli ćemo se okrenuti i dodati dodatne elektrone. Kao rezultat, dobivamo višak i, shodno tome, isto električno polje, ali sa znakom "-".

Kao rezultat, dobivamo dva potencijala, od kojih jedan želi primiti elektrone, a drugi će ih se riješiti. U lopti nastaje višak zategnutosti, a te čestice, oko kojih je polje, guraju se i guraju jedna drugu iz lopte. A tamo gdje ih nedostaje, shodno tome, nastaje nešto poput vakuuma, koji pokušava izvući ove elektrona. Ovo je jasan primjer razlike potencijala i ništa više od napona između njih. Ali, čim se ove gvozdene kugle povežu jedna s drugom, doći će do razmene i napetost će nestati, jer se formira neutralnost.

Grubo govoreći, ova sila tendencije nabijenih čestica da se pomjeraju od više nabijenih dijelova ka manje nabijenim dijelovima između dvije tačke bit će razlika potencijala. Zamislimo mentalno žice koje su spojene na bateriju iz obične baterijske lampe. U samoj bateriji hemijska reakcija, što rezultira viškom elektrona ("-"), unutar baterije se guraju na negativni terminal. Ovi elektroni imaju tendenciju da se vrate na svoje mjesto, odakle su ranije bili istisnuti.

Ne uspijevaju unutar baterije, pa ostaje čekati trenutak kada će napraviti most u obliku električni provodnik i duž koje će brzo trčati do pozitivnog terminala akumulatora, gdje se privlače. U međuvremenu, mosta nema, onda će se javiti želja za prelaskom u obliku ovog električni napon ili potencijalna razlika(voltaža).

Navest ću sličan primjer na drugačijem gledištu. Postoji obična slavina za vodu. Slavina je zatvorena i, prema tome, voda neće izlaziti iz nje, ali unutra još ima vode i štaviše, tu je pod nekim pritiskom, zbog tog pritiska ima tendenciju da izbije, ali zatvorena slavina to sprečava. I čim okrenete ručicu slavine, voda će odmah teći. Dakle, ovaj pritisak se može grubo uporediti sa naponom, a voda sa naelektrisanim česticama. Sam tok vode će ovaj primjer djeluju kao električna struja u samim žicama, a u ulozi zatvorena slavina električni prekidač. Naveo sam ovaj primjer samo radi jasnoće, i to nije potpuna analogija!

Čudno, ali ljudi koji nisu blisko povezani sa profesijom električara, prilično je uobičajeno zvati električni napon , izraz je napon i ovo je pogrešna formulacija, jer je napon, kako smo saznali, potencijalna razlika električnih naboja, a struja je tok ovih nabijenih čestica. I ispostavilo se da, izgovaranje napona, kao rezultat toga, blago neslaganje između samog koncepta.

voltaža, kao i sve druge veličine, ima svoju mjernu jedinicu. Mjeri se u voltima. To su isti volti koji su napisani na uređajima i izvorima napajanja. Na primjer, u običnoj kućnoj utičnici od 220 V ili bateriji koju ste kupili s naponom od 1,5 V. Općenito, mislim da razumijete uopšteno govoreći, koji je ovo najveći električni napon. U ovom članku sam se bazirao samo na jednostavnom razumijevanju ovog pojma i nisam ulazio u dubinu formulacija i formula, kako ne bih komplicirao razumijevanje. Zapravo, ova tema se može proučavati mnogo šire, ali to već ovisi o vama i vašoj želji.

P.S. Budite oprezni pri radu sa strujom, visoki napon je opasan po život.

Potencijalna polja. Može se dokazati da rad bilo kojeg elektrostatičkog polja pri kretanju nabijenog tijela iz jedne točke u drugu ne ovisi o obliku putanje, baš kao i rad homogeno polje. Na zatvorenoj putanji rad elektrostatičkog polja je uvijek nula. Polja sa ovim svojstvom nazivaju se potencijalna polja. Konkretno, elektrostatičko polje tačkastog naboja ima potencijalni karakter.

Rad potencijalnog polja može se izraziti kroz promjenu potencijalne energije. Formula vrijedi za proizvoljno elektrostatičko polje. Ali samo u slučaju homogenog polja, energija se izražava formulom (8.19)

Potencijal. Potencijalna energija naelektrisanja u elektrostatičkom polju proporcionalna je naelektrisanju. Ovo važi i za homogeno polje (vidi formulu 8.19), i za bilo koje drugo. Dakle, omjer potencijalne energije i naboja ne ovisi o naboju postavljenom u polju.

To nam omogućava da uvedemo novu kvantitativnu karakteristiku polja – potencijal. Potencijal elektrostatičkog polja je omjer potencijalne energije naboja u polju i ovog naboja.

Prema ovu definiciju potencijal je:

Jačina polja je vektor i predstavlja silu karakterističnu za polje; određuje silu koja deluje na naelektrisanje u datoj tački polja. Potencijal je skalar, to je energetska karakteristika polja; određuje potencijalnu energiju naboja u datoj tački polja.

Ako uzmemo negativno nabijenu ploču (slika 124) kao nulti nivo potencijalne energije, a time i potencijala, tada je prema formulama (8.19 i 8.20) potencijal jednolikog polja jednak:

Razlika potencijala. Kao i potencijalna energija, vrijednost potencijala u datoj tački ovisi o izboru nultog nivoa za referencu potencijala. Od praktičnog značaja nije sam potencijal u tački, već promena potencijala, koja ne zavisi od izbora nultog nivoa potencijalne reference.

Dakle, razlika potencijala (napona) između dvije tačke jednaka je omjeru rada polja za pomicanje naboja od početne do krajnje tačke do ovog naboja.

Poznavajući napon u rasvjetnoj mreži, znamo rad koji električno polje može obaviti pri pomicanju jediničnog naboja s jednog kontakta utičnice na drugi duž bilo kojeg električno kolo. Kroz fiziku ćemo se baviti konceptom razlike potencijala.

Jedinica razlike potencijala. Jedinica razlike potencijala utvrđuje se pomoću formule (8.24). U međunarodnom sistemu jedinica rad se izražava u džulima, a naelektrisanje u kulonima. Prema tome, razlika potencijala između dvije tačke jednaka je jedinici ako, prilikom premeštanja naboja od 1 C iz jedne tačke u drugu, električno polje izvrši rad od 1 J. Ova jedinica se naziva volt

1. Koja polja se nazivaju potencijalnim? 2. Kako je promjena potencijalne energije povezana s radom? 3. Šta je jednako potencijalna energija naelektrisana čestica u jednoličnom električnom polju? 4. Definirajte potencijal. Kolika je razlika potencijala između dvije tačke u polju?

Potencijalna razlika između tačaka 1 i 2 je rad koji vrše sile polja pri pomeranju jediničnog pozitivnog naboja po proizvoljnoj putanji od tačke 1 do tačke 2. Za potencijalna polja ovaj rad ne zavisi od oblika putanje, već određuje se samo pozicijama početne i krajnje tačke

potencijal je definiran do aditivne konstante. Rad sila elektrostatičkog polja pri kretanju naboja q proizvoljnom putanjom od početne tačke 1 do krajnje tačke 2 određen je izrazom

Praktična jedinica potencijala je volt. Volt je razlika potencijala između takvih tačaka kada, kada se pomiče jedan električni privjesak s jedne tačke na drugu, električno polje radi od jednog džula.

1 i 2 su beskonačno bliske tačke koje se nalaze na x-osi, tako da je X2 - x1 = dx.

Rad pri premeštanju jedinice punjenja od tačke 1 do tačke 2 biće Ex dx. Isti rad je jednak . Izjednačavajući oba izraza, dobijamo

- skalarni gradijent

gradijent funkcije je vektor usmjeren prema maksimalnom porastu ove funkcije, a njegova dužina je jednaka izvodu funkcije u istom smjeru. Geometrijsko značenje gradijenta su ekvipotencijalne površine (površine jednakog potencijala), površina na kojoj potencijal ostaje konstantan.

13 Potencijalne naknade

Potencijal polja tačkastog naboja q u homogenom dielektriku.

- električni pomak točkastog naboja u homogenom dielektriku D - vektor električne indukcije ili električni pomak

Nulu treba uzeti kao integracijsku konstantu, tako da na , tada potencijal nestaje

Potencijal polja sistema bodovne naknade u homogenom dielektriku.

Koristeći princip superpozicije, dobijamo:

Potencijal kontinuirano raspoređenih električnih naboja.

- elementi zapremine i naelektrisane površine centrirane u tački

Ako je dielektrik nehomogen, onda integraciju treba proširiti i na polarizacijske naboje. Uključivanje takvih

naplata automatski uzima u obzir uticaj okoline, a vrednost nije potrebno unositi

14 Električno polje u materiji

Električno polje u materiji. Supstanca unesena u električno polje može ga značajno promijeniti. To je zbog činjenice da se materija sastoji od nabijenih čestica. U nedostatku vanjskog polja, čestice su raspoređene unutar tvari na takav način da je električno polje koje stvaraju u prosjeku u zapreminama koje uključuju veliki broj atoma ili molekula jednako nuli. U prisustvu vanjskog polja dolazi do preraspodjele nabijenih čestica i unutar tvari nastaje unutrašnje električno polje. Ukupno električno polje se formira u skladu sa principom superpozicije iz spoljašnjeg polja i unutrašnjeg polja koje stvaraju naelektrisane čestice materije. Supstanca je raznolika po svojim električnim svojstvima. Najšire klase materije su provodnici i dielektrici. Provodnik je tijelo ili materijal u kojem se električni naboji počinju kretati pod djelovanjem proizvoljno male sile. Stoga se ove naknade nazivaju besplatnim. U metalima slobodni naboji su elektroni, u rastvorima i topljenjima soli (kiselina i lužina) - joni. Dielektrik je tijelo ili materijal u kojem pod djelovanjem proizvoljno velike snage naelektrisanja se pomeraju samo za malu udaljenost, koja ne prelazi veličinu atoma, u odnosu na njihov ravnotežni položaj. Takve optužbe se nazivaju vezanim. Besplatne i vezane naknade. BESPLATNO 1) višak električne energije. naelektrisanja koja se prenose provodnom ili neprovodnom telu i izazivaju narušavanje njegove električne neutralnosti. 2) Električni trenutni troškovi operatera. 3) staviti. električni naboji atomskih ostataka u metalima. POVEZANE NAKNADE naboje čestica koje čine atome i molekule dielektrika, kao i naboje iona u kristalu. dielektrika sa jonskom rešetkom.

Razlika potencijala

Poznato je da se jedno tijelo može zagrijati više, a drugo manje. Stepen zagrijavanja tijela naziva se njegova temperatura. Slično, jedno tijelo može biti naelektrizirano više od drugog. Stepen naelektrisanja tijela karakterizira veličinu koja se naziva električni potencijal ili jednostavno potencijal tijela.

Šta znači naelektrizirati tijelo? To znači reći mu električni naboj, tj. dodati mu određeni broj elektrona ako tijelo nabijemo negativno, ili mu ih oduzeti ako tijelo nabijemo pozitivno. U oba slučaja, tijelo će imati određeni stepen naelektrisanja, odnosno jedan ili drugi potencijal, štaviše, pozitivno naelektrisano telo ima pozitivan potencijal, a negativno naelektrisano telo ima negativan potencijal.

Razlika u nivoima električnih naboja nazivaju se dva tijela razlika električni potencijali ili jednostavno potencijalna razlika.

Treba imati na umu da ako su dva identična tijela nabijena istim nabojima, ali jedno je veće od drugog, tada će između njih postojati i potencijalna razlika.

Osim toga, postoji razlika potencijala između dva takva tijela, od kojih je jedno nabijeno, a drugo nema naboj. Tako, na primjer, ako bilo koje tijelo izolirano od zemlje ima određeni potencijal, tada je razlika potencijala između njega i zemlje (čiji se potencijal smatra nula) brojčano jednaka potencijalu ovog tijela.

Dakle, ako su dva tijela nabijena na takav način da im potencijali nisu isti, između njih neizbježno postoji razlika potencijala.

Svi znaju fenomen elektrifikaciječešljevi kada ga trljaju o kosu nije ništa drugo nego stvaranje potencijalne razlike između češlja i ljudske kose.

Zaista, kada se češalj trlja o kosu, dio elektrona prelazi na češalj, nabijajući ga negativno, dok je kosa, izgubivši dio elektrona, nabijena u istoj mjeri kao i češalj, ali pozitivno. Razlika potencijala stvorena na ovaj način može se svesti na nulu dodirom češlja na kosu. Ovaj obrnuti prelaz elektrona lako se detektuje uhu ako se naelektrisani češalj približi uhu. Karakteristično pucketanje će ukazati na trenutno pražnjenje.

Govoreći gore o razlici potencijala, imali smo u vidu dva naelektrisana tela, međutim razlika potencijala se može dobiti i između različitih dijelova (tačaka) istog tijela.

Tako, na primjer, razmotrimo šta se događa ako, pod djelovanjem neke vanjske sile, uspijemo pomaknuti slobodne elektrone u žici na jedan njen kraj. Očigledno je da će na drugom kraju žice nedostajati elektrona i tada će nastati razlika potencijala između krajeva žice.

Čim prestanemo s djelovanjem vanjske sile, elektroni će odmah, zbog privlačenja suprotnih naboja, jurnuti na kraj žice, koji je pozitivno nabijen, odnosno na mjesto gdje im nedostaje, a električni ravnoteža će ponovo doći u žici.

Elektromotorna sila i napon

D Da bi se održala električna struja u vodiču, potreban je neki vanjski izvor energije za održavanje razlike potencijala na krajevima ovog vodiča cijelo vrijeme.

Ovi izvori energije su tzv izvore električne struje imajući određeni elektromotorna sila, koji stvara i održava potencijalnu razliku na krajevima provodnika dugo vremena.

Elektromotorna sila (skraćeno EMF) označava se slovom E. Jedinica mjere za EMF je volt. U našoj zemlji volt se skraćuje slovom "B", au međunarodnoj oznaci - slovom "V".

Dakle, da biste dobili kontinuirani protok, potrebna vam je elektromotorna sila, odnosno potreban vam je izvor električne struje.

Prvi takav izvor struje bio je takozvani "voltaični stup", koji se sastojao od niza krugova od bakra i cinka obloženih kožom natopljenom zakiseljenom vodom. Dakle, jedan od načina da se dobije elektromotorna sila je hemijska interakcija određenih supstanci, kao rezultat toga hemijsku energiju se pretvara u električnu energiju. Izvori struje u kojima se na ovaj način stvara elektromotorna sila nazivaju se hemijski izvori struje.

Trenutno, hemijski izvori struje - galvanske ćelije i baterije - imaju široku primjenu u elektrotehnici i elektroenergetici.

Drugi glavni izvor struje koji je postao rasprostranjen u svim oblastima elektrotehnike i elektroprivrede su generatori.

Generatori su instalirani elektrane i služe kao jedini izvor struje za napajanje industrijska preduzeća, električna gradska rasvjeta, el željeznice, tramvaj, metro, trolejbus itd.

I u hemijskim izvorima električne struje (ćelije i baterije) i u generatorima, djelovanje elektromotorne sile je potpuno isto. Leži u činjenici da EMF stvara razliku potencijala na terminalima izvora struje i održava je dugo vremena.

Ove stezaljke se nazivaju polovi izvora struje. Jedan pol izvora struje uvijek doživljava manjak elektrona i stoga ima pozitivan naboj, drugi pol doživljava višak elektrona i stoga ima negativan naboj.

Prema tome, jedan pol izvora struje naziva se pozitivnim (+), a drugi negativnim (-).

Za napajanje se koriste izvori struje strujni udar razni uređaji - . Potrošači struje su spojeni na polove izvora struje pomoću provodnika, formirajući zatvoreni električni krug. Razlika potencijala koja se uspostavlja između polova izvora struje sa zatvorenim električnim krugom naziva se napon i označava se slovom U.

Jedinica za napon, kao i EMF, je volt.

Ako je, na primjer, potrebno zapisati da je napon izvora struje 12 volti, tada pišu: U - 12 V.

Uređaj koji se zove voltmetar koristi se za mjerenje ili mjerenje napona.

Da biste izmjerili EMF ili napon izvora struje, morate spojiti voltmetar direktno na njegove polove. U tom slučaju, ako je otvoren, voltmetar će pokazati EMF trenutnog izvora. Ako zatvorite krug, tada voltmetar više neće pokazivati ​​EMF, već napon na priključcima izvora struje.

EMF koji razvija izvor struje uvijek je veći od napona na njegovim terminalima.