Ηλεκτρική τάση.
Πιθανή διαφορά. Τάση.

Θέμα: τι είναι ηλεκτρική τάση και διαφορά δυναμικού.

Ίσως μια από τις πιο συχνά χρησιμοποιούμενες εκφράσεις μεταξύ των ηλεκτρολόγων είναι η έννοια της ηλεκτρικής τάσης. Ονομάζεται επίσης διαφορά δυναμικού και μια όχι εντελώς σωστή φράση όπως η τάση ρεύματος, λοιπόν, η σημασία των ονομάτων είναι ουσιαστικά κοινή. Τι σημαίνει στην πραγματικότητα αυτή η έννοια; Ίσως, για αρχή, θα δώσω τη διατύπωση του βιβλίου: ηλεκτρική τάση - είναι μια στάση εργασίας ηλεκτρικό πεδίοχρεώσεις κατά τη μεταφορά δοκιμαστικής χρέωσης από το σημείο 1 στο σημείο 2. καθώς και με απλά λόγιαμιλώντας, εξηγείται έτσι.

Να σας υπενθυμίσω ότι υπάρχουν δύο τύποι φορτίων: θετικά με πρόσημο «+» και αρνητικά με πρόσημο «-». Οι περισσότεροι από εμάς ως παιδιά παίζαμε με μαγνήτες, τους οποίους ειλικρινά πήραμε από ένα άλλο σπασμένο αυτοκίνητο με ηλεκτρικό μοτέρ, όπου στέκονταν. Έτσι, όταν προσπαθήσαμε να φέρουμε αυτούς τους ίδιους μαγνήτες πιο κοντά ο ένας στον άλλο, σε μια περίπτωση έλκονταν και αν γυρνούσαμε έναν από αυτούς αντίστροφα, απωθούσαν ανάλογα.

Αυτό συνέβη επειδή κάθε μαγνήτης έχει δύο πόλους, τον νότιο και τον βόρειο. Στην περίπτωση που οι πόλοι είναι ίδιοι, οι μαγνήτες θα απωθούνται, αλλά όταν είναι απέναντι, θα έλκονται. Το ίδιο συμβαίνει με τα ηλεκτρικά φορτία και η ισχύς της αλληλεπίδρασης εξαρτάται από τον αριθμό και την ποικιλομορφία αυτών των φορτισμένων σωματιδίων. Με απλά λόγια, όσο πιο «συν» υπάρχει σε ένα αντικείμενο και το «πλην» σε ένα άλλο, αντίστοιχα, τόσο πιο έντονα θα έλκονται μεταξύ τους. Ή το αντίστροφο, σπρώξτε όταν ίδια χρέωση(+ και + ή - και -).

Τώρα φανταστείτε ότι έχουμε δύο μικρές σιδερένιες μπάλες. Αν τα κοιτάξετε διανοητικά, μπορείτε να δείτε έναν τεράστιο αριθμό μικρών σωματιδίων που βρίσκονται σε μικρή απόσταση το ένα από το άλλο και δεν μπορούν να κινηθούν ελεύθερα· αυτοί είναι οι πυρήνες της ύλης μας. Γύρω από αυτά τα σωματίδια με απίστευτο υψηλή ταχύτηταμικρότερα σωματίδια περιστρέφονται, που ονομάζεται ηλεκτρόνια. Μπορούν να αποσπαστούν από ορισμένους πυρήνες και να ενωθούν με άλλους, ταξιδεύοντας έτσι σε ολόκληρη τη σιδερένια μπάλα. Στην περίπτωση που ο αριθμός των ηλεκτρονίων αντιστοιχεί στον αριθμό των πρωτονίων στον πυρήνα, οι μπάλες είναι ηλεκτρικά ουδέτερες.

Αλλά αν αφαιρέσετε με κάποιο τρόπο μια συγκεκριμένη ποσότητα, μια τέτοια μπάλα θα προσπαθήσει να προσελκύσει αυτήν την ποσότητα ηλεκτρονίων που λείπει προς τον εαυτό της, σχηματίζοντας έτσι γύρω από τον εαυτό της θετικό πεδίομε το σύμβολο «+». Όσο περισσότερα ηλεκτρόνια λείπουν, τόσο ισχυρότερο θα είναι θετικό πεδίο. Στην επόμενη μπάλα θα κάνουμε το αντίθετο και θα προσθέσουμε επιπλέον ηλεκτρόνια. Ως αποτέλεσμα, έχουμε μια περίσσεια και, κατά συνέπεια, το ίδιο ηλεκτρικό πεδίο, αλλά με σύμβολο "-".

Ως αποτέλεσμα, παίρνουμε δύο δυναμικά, το ένα από τα οποία είναι πρόθυμο να λάβει ηλεκτρόνια και το δεύτερο θα απαλλαγεί από αυτά. Σε μια μπάλα με περίσσεια, συμβαίνει συνωστισμός και αυτά τα σωματίδια, γύρω από τα οποία υπάρχει πεδίο, σπρώχνουν και σπρώχνουν το ένα το άλλο έξω από τη μπάλα. Και όπου λείπουν, συμβαίνει κάτι σαν κενό, το οποίο προσπαθεί να τα τραβήξει μέσα του. ηλεκτρόνια. Αυτό είναι ένα σαφές παράδειγμα διαφοράς δυναμικού και τίποτα περισσότερο από την τάση μεταξύ τους. Όμως, μόλις αυτές οι σιδερένιες μπάλες συνδεθούν μεταξύ τους, θα γίνει ανταλλαγή και η ένταση θα εκλείψει, αφού θα διαμορφωθεί ουδετερότητα.

Σε γενικές γραμμές, αυτή η δύναμη της τάσης των φορτισμένων σωματιδίων να μετακινούνται από πιο φορτισμένα μέρη σε λιγότερο φορτισμένα μέρη μεταξύ δύο σημείων θα είναι η διαφορά δυναμικού. Ας φανταστούμε νοερά τα καλώδια που συνδέονται με την μπαταρία από έναν κανονικό φακό. Συμβαίνει στην ίδια την μπαταρία χημική αντίδραση, ως αποτέλεσμα της οποίας εμφανίζεται περίσσεια ηλεκτρονίων ("-"), μέσα στην μπαταρία ωθούνται στον αρνητικό ακροδέκτη. Αυτά τα ηλεκτρόνια προσπαθούν να επιστρέψουν στη θέση τους από όπου προηγουμένως ωθήθηκαν προς τα έξω.

Δεν μπορούν να το κάνουν μέσα στην μπαταρία, οπότε πρέπει απλώς να περιμένουν τη στιγμή που θα κάνουν μια γέφυρα στη μορφή ηλεκτρικός αγωγόςκαι κατά μήκος του οποίου θα τρέξουν γρήγορα στον θετικό πόλο της μπαταρίας, όπου έλκονται. Και ενώ δεν υπάρχει γέφυρα, θα υπάρχει η επιθυμία να περάσουμε με τη μορφή αυτού ακριβώς ηλεκτρική τάσηή πιθανή διαφορά(Τάση).

Θα δώσω κάποιο παρόμοιο παράδειγμα σε διαφορετική αναπαράσταση. Υπάρχει μια κανονική βρύση. Η βρύση είναι κλειστή και, επομένως, το νερό δεν θα βγει από αυτήν, αλλά υπάρχει ακόμα νερό μέσα και, επιπλέον, είναι υπό κάποια πίεση εκεί, λόγω αυτής της πίεσης τείνει να διαφύγει, αλλά η κλειστή βρύση το εμποδίζει. Και μόλις γυρίσετε τη λαβή της βρύσης, το νερό θα τρέξει αμέσως. Έτσι, αυτή η πίεση μπορεί να συγκριθεί χονδρικά με την τάση και το νερό με τα φορτισμένα σωματίδια. Η ίδια η ροή του νερού θα είναι μέσα σε αυτό το παράδειγμασυμπεριφέρομαι σαν ηλεκτρική ενέργειαστα ίδια τα καλώδια, και η κλειστή βρύση παίζει το ρόλο του ηλεκτρικός διακόπτης. Έδωσα αυτό το παράδειγμα μόνο για λόγους σαφήνειας, και δεν είναι πλήρης αναλογία!

Παραδόξως, αλλά οι άνθρωποι που δεν συνδέονται στενά με το επάγγελμα του ηλεκτρολόγου συχνά αποκαλούν ηλεκτρική τάση , η έκφραση είναι τάση ρεύματος και αυτή είναι μια εσφαλμένη διατύπωση, καθώς η τάση, όπως διαπιστώσαμε, είναι μια διαφορά δυναμικού ηλεκτρικά φορτία, και το ρεύμα είναι η ίδια η ροή αυτών των φορτισμένων σωματιδίων. Και αποδεικνύεται ότι κατά την προφορά της τάσης ρεύματος, υπάρχει μια μικρή απόκλιση στην ίδια την έννοια.

ΤάσηΌπως όλα τα άλλα μεγέθη, έχει τη δική του μονάδα μέτρησης. Μετριέται σε Volt. Αυτά είναι τα ίδια βολτ που αναγράφονται σε συσκευές και τροφοδοτικά. Για παράδειγμα, σε μια κανονική πρίζα σπιτιού υπάρχει 220 V, ή μια μπαταρία που αγοράσατε με τάση 1,5 V. Γενικά, νομίζω ότι καταλαβαίνετε γενικό περίγραμμα, τι ακριβώς είναι αυτή η ηλεκτρική τάση; Σε αυτό το άρθρο, βασίστηκα μόνο σε μια απλή κατανόηση αυτού του όρου και δεν μπήκα στα βάθη των διατυπώσεων και των τύπων, για να μην περιπλέκω την κατανόηση. Στην πραγματικότητα, αυτό το θέμα μπορεί να μελετηθεί πολύ ευρύτερα, αλλά εξαρτάται από εσάς και την επιθυμία σας.

ΥΣΤΕΡΟΓΡΑΦΟ. Να είστε προσεκτικοί όταν εργάζεστε με ηλεκτρική ενέργεια, η υψηλή τάση είναι επικίνδυνη για τη ζωή.

Ας έχουμε ένα άπειρο ομοιόμορφο ηλεκτρικό πεδίο. Ένα φορτίο + Q τοποθετείται στο σημείο M - Το φορτίο + Q που αφήνεται στον εαυτό του υπό την επίδραση των ηλεκτρικών δυνάμεων του πεδίου θα κινείται προς την κατεύθυνση του πεδίου επ 'αόριστον μεγάλη απόσταση. Η ενέργεια του ηλεκτρικού πεδίου θα δαπανηθεί σε αυτή την κίνηση του φορτίου. Το δυναμικό ενός δεδομένου σημείου πεδίου είναι το έργο που καταναλώνει ένα ηλεκτρικό πεδίο όταν μετακινεί μια θετική μονάδα φορτίου από ένα δεδομένο σημείο πεδίου σε ένα σημείο στο άπειρο. Για να μετακινήσετε το φορτίο +Q από ένα σημείο στο άπειρο πίσω στο σημείο M, οι εξωτερικές δυνάμεις πρέπει να παράγουν έργο Α, το οποίο πηγαίνει προς την υπέρβαση των ηλεκτρικών δυνάμεων του πεδίου. Τότε για το δυναμικό του σημείου Μ λαμβάνουμε:

Έτσι, η απόλυτη ηλεκτροστατική μονάδα δυναμικού είναι τριακόσιες φορές μεγαλύτερη από την πρακτική μονάδα βολτ.

Εάν ένα φορτίο ίσο με 1 coulomb μετακινηθεί από ένα σημείο στο άπειρο σε ένα σημείο του πεδίου του οποίου το δυναμικό είναι 1 volt, τότε γίνεται 1 joule εργασίας. Εάν 15 κουλόμπ ηλεκτρικής ενέργειας κινηθούν σε ένα σημείο πεδίου με δυναμικό 10 V από ένα απείρως μακρινό σημείο, τότε η εργασία που γίνεται είναι 10 -15 = 150 τζάουλ.

Μαθηματικά, αυτή η εξάρτηση εκφράζεται με τον τύπο:

Για να μετακινηθείτε από το σημείο Α με δυναμικό 20 V στο σημείο Β με δυναμικό 15 V 10 κουλόμπ ηλεκτρικής ενέργειας, το πεδίο πρέπει να κάνει την εργασία:

Κατά τη μελέτη του ηλεκτρικού πεδίου, σημειώνουμε ότι σε αυτό το πεδίο η διαφορά δυναμικού μεταξύ δύο σημείων του πεδίου ονομάζεται επίσης τάση μεταξύ τους, μετρούμενη σε βολτ και συμβολίζεται με το γράμμα U.

Το έργο που γίνεται από τις δυνάμεις του ηλεκτρικού πεδίου μπορεί να γραφτεί ως εξής:

Για να μετακινήσετε το φορτίο q κατά μήκος των γραμμών πεδίου από ένα σημείο ενιαίο πεδίοσε ένα άλλο, που βρίσκεται σε απόσταση l, πρέπει να κάνετε τη δουλειά:

Αυτή είναι η απλούστερη σχέση μεταξύ της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου και της ηλεκτρικής τάσης για ένα ομοιόμορφο πεδίο.

Η θέση σημείων ίσου δυναμικού γύρω από την επιφάνεια ενός φορτισμένου αγωγού εξαρτάται από το σχήμα αυτής της επιφάνειας. Αν πάρετε για παράδειγμα, μια φορτισμένη μεταλλική μπάλα και μετά δείχνει με ίσο δυναμικό μέσα ηλεκτρικό πεδίο, που δημιουργείται από την μπάλα, θα βρίσκεται σε μια σφαιρική επιφάνεια που περιβάλλει τη φορτισμένη μπάλα. Η επιφάνεια του ίσου δυναμικού, ή, όπως ονομάζεται επίσης, η ισοδυναμική επιφάνεια, χρησιμεύει ως ένας βολικός γραφικός τρόπος για την απεικόνιση του πεδίου. Στο σχ. Το σχήμα 13 δείχνει μια εικόνα των ισοδυναμικών επιφανειών μιας θετικά φορτισμένης μπάλας.

Για μια σαφή ιδέα του τρόπου με τον οποίο η διαφορά δυναμικού αλλάζει σε ένα δεδομένο πεδίο, οι ισοδυναμικές επιφάνειες πρέπει να σχεδιάζονται έτσι ώστε η διαφορά δυναμικού μεταξύ σημείων που βρίσκονται σε δύο

Οι μεσαίες επιφάνειες ήταν ίδιες, για παράδειγμα ίσες με 1 in. Ας περιγράψουμε την αρχική, μηδενική, ισοδυναμική επιφάνεια με αυθαίρετη ακτίνα. Σχεδιάζουμε τις υπόλοιπες επιφάνειες 1, 2, 3, 4 έτσι ώστε η διαφορά δυναμικού μεταξύ σημείων που βρίσκονται σε αυτήν την επιφάνεια και σε γειτονικές επιφάνειες να είναι 1 V. Σύμφωνα με τον ορισμό της ισοδυναμικής επιφάνειας, η διαφορά δυναμικού μεταξύ μεμονωμένων σημείων που βρίσκονται στην ίδια επιφάνεια είναι μηδέν. Επομένως, το φορτίο κινείται κατά μήκος της ισοδυναμικής επιφάνειας χωρίς να καταναλώνεται εργασία. Από αυτό το σχήμα είναι σαφές ότι όσο πλησιάζουμε σε ένα φορτισμένο σώμα, οι ισοδυναμικές επιφάνειες βρίσκονται πιο κοντά η μία στην άλλη, καθώς το δυναμικό των σημείων πεδίου αυξάνεται και η διαφορά δυναμικού μεταξύ γειτονικών επιφανειών, σύμφωνα με την αποδεκτή συνθήκη, παραμένει η ίδια. . Και, αντίστροφα, καθώς απομακρύνεστε από ένα φορτισμένο σώμα, οι ισοδυναμικές επιφάνειες εντοπίζονται λιγότερο συχνά. Οι ηλεκτρικές γραμμές δύναμης είναι κάθετες στην ισοδυναμική επιφάνεια σε οποιοδήποτε σημείο, αφού μόνο εάν η δύναμη και η μετατόπιση είναι κάθετες, το έργο των ηλεκτρικών δυνάμεων όταν ένα φορτίο κινείται κατά μήκος μιας ισοδυναμικής επιφάνειας μπορεί να είναι ίσο με μηδέν. Η ίδια η επιφάνεια ενός φορτισμένου αγωγού είναι μια επιφάνεια ισοδυναμίας, δηλαδή όλα τα σημεία στην επιφάνεια του αγωγού έχουν το ίδιο δυναμικό. Όλα τα σημεία μέσα στον αγωγό έχουν το ίδιο δυναμικό.

Εάν πάρετε δύο αγωγούς με διαφορετικά δυναμικά και τους συνδέσετε με ένα μεταλλικό σύρμα, τότε επειδή υπάρχει διαφορά δυναμικού ή τάση μεταξύ των άκρων του σύρματος, ένα ηλεκτρικό πεδίο θα δράσει κατά μήκος του σύρματος. Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια του σύρματος, υπό την επίδραση του πεδίου, θα αρχίσουν να κινούνται προς την κατεύθυνση του αυξανόμενου δυναμικού, δηλαδή, ένα ηλεκτρικό ρεύμα θα αρχίσει να ρέει μέσω του σύρματος. Η κίνηση των ηλεκτρονίων θα συνεχιστεί έως ότου τα δυναμικά των αγωγών γίνουν ίσα και η διαφορά δυναμικού μεταξύ τους μηδενιστεί.

Εάν δύο δοχεία με διαφορετική στάθμη νερού συνδεθούν από κάτω με ένα σωλήνα, τότε το νερό θα ρέει μέσω του σωλήνα. Η κίνηση του νερού θα συνεχιστεί έως ότου η στάθμη του νερού στα σκάφη σταθεροποιηθεί στο ίδιο ύψος και η διαφορά στα επίπεδα γίνει ίση με το μηδέν.

Δεδομένου ότι οποιοσδήποτε φορτισμένος αγωγός που συνδέεται με τη γείωση χάνει σχεδόν όλο το φορτίο του, το δυναμικό γείωσης θεωρείται συμβατικά μηδενικό.

Για τη μελέτη του ηλεκτροστατικού πεδίου από ενεργειακή άποψη, όπως στην περίπτωση της εξέτασης της τάσης, εισάγεται σε αυτό ένα θετικά φορτισμένο σημειακό σώμα - ένα δοκιμαστικό φορτίο. Ας υποθέσουμε ότι ένα ομοιόμορφο ηλεκτρικό πεδίο, που κινείται από το σημείο 1 στο σημείο 2 ένα σώμα που εισάγεται σε αυτό με φορτίο q και κατά μήκος της διαδρομής l, λειτουργεί A = qEl(Εικ. 62, α). Εάν το ποσό της επιβάρυνσης που εισάγεται είναι 2q, 3q, ..., nq,τότε το πεδίο θα κάνει τη δουλειά ανάλογα: 2Α, 3Α, ..., nA. Αυτά τα έργα είναι διαφορετικά σε μέγεθος και επομένως δεν μπορούν να χρησιμεύσουν ως χαρακτηριστικό του ηλεκτρικού πεδίου. Αν πάρουμε, αντίστοιχα, τις αναλογίες των τιμών αυτών των έργων προς τις τιμές του φορτίου του σώματος, αποδεικνύεται ότι αυτές οι αναλογίες για δύο σημεία (1 και 2) είναι σταθερές ποσότητες:

Αν μελετήσουμε το ηλεκτρικό πεδίο μεταξύ οποιωνδήποτε δύο σημείων του με παρόμοιο τρόπο, θα καταλήξουμε στο συμπέρασμα ότι για οποιαδήποτε δύο σημεία του πεδίου ο λόγος της ποσότητας εργασίας προς το φορτίο του σώματος που κινείται από το πεδίο μεταξύ των σημείων είναι μια σταθερή τιμή, αλλά διαφέρει ανάλογα με την απόσταση μεταξύ των σημείων. Η ποσότητα που μετράται με αυτόν τον λόγο ονομάζεται διαφορά δυναμικού μεταξύ δύο σημείων του ηλεκτρικού πεδίου (που συμβολίζεται με φ 2 - φ 1) ή τάση U μεταξύ των σημείων του πεδίου. Ένα κλιμακωτό μέγεθος, το οποίο είναι ενεργειακό χαρακτηριστικό ενός ηλεκτρικού πεδίου και μετριέται από το έργο που εκτελεί κατά τη μετακίνηση ενός σημειακού σώματος, του οποίου το φορτίο είναι +1, από ένα σημείο του πεδίου σε άλλο, ονομάζεται διαφορά δυναμικού μεταξύ δύο σημεία του πεδίου ή την τάση μεταξύ αυτών των σημείων.Από τον ορισμό της διαφοράς δυναμικού Τάση U = φ 2 - φ 1 = Δφ.

Υπάρχει ένα ηλεκτρικό πεδίο γύρω από κάθε φορτισμένο σώμα. Καθώς η απόσταση από το σώμα σε οποιοδήποτε σημείο του πεδίου αυξάνεται, η δύναμη με την οποία ενεργεί στο φορτίο που εισάγεται σε αυτό μειώνεται (νόμος Coulomb) και σε κάποιο σημείο του χώρου γίνεται πρακτικά ίση με το μηδέν. Το μέρος όπου δεν ανιχνεύεται η δράση του ηλεκτρικού πεδίου ενός δεδομένου φορτισμένου σώματος ονομάζεται απείρως μακρινόΑπο αυτον.

Εάν η σφαίρα του ηλεκτροσκοπίου τοποθετηθεί σε διαφορετικά σημεία του ηλεκτρικού πεδίου της φορτισμένης σφαίρας της μηχανής ηλεκτροφόρου, τότε φορτίζει το ηλεκτροσκόπιο. Όταν η σφαίρα του ηλεκτροσκοπίου είναι γειωμένη, το ηλεκτρικό πεδίο της μηχανής δεν επηρεάζει καθόλου το ηλεκτροσκόπιο. Η διαφορά δυναμικού μεταξύ ενός αυθαίρετου σημείου του ηλεκτρικού πεδίου και ενός σημείου που βρίσκεται στην επιφάνεια της Γης ονομάζεται δυναμικό αυτού του σημείου πεδίου σε σχέση με τη Γη.Μετράται με εργασία, για να υπολογίσετε ποια πρέπει να γνωρίζετε τα σημεία έναρξης και λήξης της διαδρομής. Ένα σημείο στην επιφάνεια της Γης λαμβάνεται ως ένα από αυτά τα σημεία και το έργο της μετακίνησης του φορτίου, και επομένως το δυναμικό του άλλου σημείου, υπολογίζεται σε σχέση με αυτό.

Εάν το ηλεκτρικό πεδίο σχηματίζεται από ένα θετικά φορτισμένο σώμα (Εικ. 62, β), τότε το ίδιο μετακινεί το θετικά φορτισμένο σώμα C που εισάγεται σε αυτό στην επιφάνεια της Γης. Τα δυναμικά των σημείων ενός τέτοιου πεδίου θεωρούνται θετικά . Όταν το ηλεκτρικό πεδίο σχηματίζεται από ένα αρνητικά φορτισμένο σώμα (Εικ. 62, γ), για να μετακινηθεί το θετικά φορτισμένο σώμα C στην επιφάνεια της Γης, χρειάζεται μια εξωτερική δύναμη F στύλος. Το δυναμικό σημείων ενός τέτοιου πεδίου θεωρείται αρνητικό.

Εάν τα δυναμικά των σημείων πεδίου φ 1 και φ 2 είναι γνωστά, τότε, με βάση τον τύπο διαφοράς δυναμικού, μπορούμε να υπολογίσουμε το έργο της μετακίνησης ενός φορτισμένου σώματος από το ένα σημείο πεδίου στο άλλο: A = q(φ 2 - φ 1),ή A = qU.Επομένως, η διαφορά δυναμικού είναι το ενεργειακό χαρακτηριστικό του ηλεκτρικού πεδίου. Χρησιμοποιώντας αυτούς τους τύπους, υπολογίζεται το έργο της μετακίνησης ενός φορτίου σε ομογενή και ανομοιογενή ηλεκτρικά πεδία.

Ας ορίσουμε τη μονάδα μέτρησης για την τάση (διαφορά δυναμικού) στο σύστημα SI. Για να γίνει αυτό, αντικαθιστούμε την τιμή στον τύπο τάσης A = 1 JΚαι q = 1 k:

Ως μονάδα τάσης - βολτ - λαμβάνεται η διαφορά δυναμικού μεταξύ δύο σημείων του ηλεκτρικού πεδίου, όταν κινείται μεταξύ των οποίων ένα σημειακό σώμα με φορτίο 1 στο πεδίο κάνει 1 J εργασίας.

Δυνητικά πεδία.Μπορεί να αποδειχθεί ότι το έργο οποιουδήποτε ηλεκτροστατικού πεδίου όταν μετακινείται ένα φορτισμένο σώμα από ένα σημείο σε άλλο δεν εξαρτάται από το σχήμα της τροχιάς, όπως ακριβώς το έργο ενός ομοιόμορφου πεδίου. Σε μια κλειστή τροχιά, το έργο του ηλεκτροστατικού πεδίου είναι πάντα μηδέν. Τα πεδία με αυτή την ιδιότητα ονομάζονται δυναμικό. Ειδικότερα, το ηλεκτροστατικό πεδίο ενός σημειακού φορτίου έχει δυναμικό χαρακτήρα.

Το έργο ενός δυναμικού πεδίου μπορεί να εκφραστεί με όρους μεταβολής της δυναμικής ενέργειας. Ο τύπος ισχύει για αυθαίρετο ηλεκτροστατικό πεδίο. Αλλά μόνο στην περίπτωση ενός ομοιόμορφου πεδίου η ενέργεια εκφράζεται με τον τύπο (8.19)

Δυνητικός.Η δυναμική ενέργεια ενός φορτίου σε ένα ηλεκτροστατικό πεδίο είναι ανάλογη του φορτίου. Αυτό ισχύει τόσο για ένα ομοιογενές πεδίο (βλ. τύπο 8.19) όσο και για οποιοδήποτε άλλο. Επομένως, η αναλογία δυναμικής ενέργειας προς φορτίο δεν εξαρτάται από το φορτίο που τοποθετείται στο πεδίο.

Αυτό μας επιτρέπει να εισάγουμε ένα νέο ποσοτικό χαρακτηριστικό του πεδίου - δυναμικό. Το δυναμικό ηλεκτροστατικού πεδίου είναι ο λόγος της δυναμικής ενέργειας ενός φορτίου στο πεδίο προς αυτό το φορτίο.

Σύμφωνα με αυτόν τον ορισμόδυναμικό ισούται με:

Η ένταση του πεδίου είναι ένα διάνυσμα και αντιπροσωπεύει το χαρακτηριστικό ισχύς του πεδίου. καθορίζει τη δύναμη που ασκεί το φορτίο σε ένα δεδομένο σημείο του πεδίου. Το δυναμικό είναι βαθμωτό, είναι ενεργειακό χαρακτηριστικό του πεδίου. καθορίζει τη δυναμική ενέργεια του φορτίου σε ένα δεδομένο σημείο του πεδίου.

Αν πάρουμε μια αρνητικά φορτισμένη πλάκα (Εικ. 124) ως μηδενικό επίπεδο δυναμικής ενέργειας, άρα και δυναμικού, τότε σύμφωνα με τους τύπους (8.19 και 8.20) το δυναμικό ενός ομοιόμορφου πεδίου είναι ίσο με:

Πιθανή διαφορά.Όπως η δυναμική ενέργεια, η τιμή του δυναμικού σε ένα δεδομένο σημείο εξαρτάται από την επιλογή του μηδενικού επιπέδου για την ανάγνωση του δυναμικού. Αυτό που έχει πρακτική σημασία δεν είναι το ίδιο το δυναμικό σε ένα σημείο, αλλά η αλλαγή του δυναμικού, η οποία δεν εξαρτάται από την επιλογή του μηδενικού επιπέδου του δυναμικού αναφοράς.

Έτσι, η διαφορά δυναμικού (τάση) μεταξύ δύο σημείων είναι ίση με την αναλογία της εργασίας που γίνεται από το πεδίο για τη μετακίνηση ενός φορτίου από το σημείο εκκίνησης στο τελικό σημείο σε αυτό το φορτίο.

Γνωρίζοντας την τάση στο δίκτυο φωτισμού, γνωρίζουμε έτσι τη δουλειά που μπορεί να κάνει το ηλεκτρικό πεδίο όταν μετακινεί ένα φορτίο μονάδας από τη μια επαφή της πρίζας στην άλλη κατά μήκος οποιουδήποτε ηλεκτρικό κύκλωμα. Θα ασχοληθούμε με την έννοια της διαφοράς δυναμικού σε όλο το μάθημα της φυσικής.

Μονάδα διαφοράς δυναμικού.Η μονάδα διαφοράς δυναμικού ορίζεται με τον τύπο (8.24). Στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων, το έργο εκφράζεται σε joules και το φορτίο σε coulomb. Επομένως, η διαφορά δυναμικού μεταξύ δύο σημείων είναι ίση με μονάδα εάν, όταν μετακινείται φορτίο 1 C από ένα σημείο σε άλλο, το ηλεκτρικό πεδίο κάνει 1 J. Αυτή η μονάδα ονομάζεται βολτ

1. Ποια πεδία ονομάζονται δυναμικό; 2. Πώς σχετίζεται η αλλαγή της δυνητικής ενέργειας με την εργασία; 3. Με τι ισούται; δυναμική ενέργειαφορτισμένο σωματίδιο σε ομοιόμορφο ηλεκτρικό πεδίο; 4. Ορίστε τις δυνατότητες. Ποια είναι η διαφορά δυναμικού μεταξύ δύο σημείων στο πεδίο;

Η διαφορά δυναμικού μεταξύ δύο σημείων σε ένα κύκλωμα είναι η διαφορά στις τάσεις τους (σε σχέση με κοινό σημέιο, συνήθως γη). Για παράδειγμα, η διαφορά δυναμικού μεταξύ των σημείων Α και Β στο Σχ. 1,8 VAB = (VA - VB), όπου VA είναι η τάση στο σημείο Α και VB είναι η τάση στο σημείο Β. Οι τάσεις Ud και Ud μετρώνται σε σχέση με το καλώδιο Ε, το οποίο έχει μηδενικό δυναμικό. Τάση σε οποιοδήποτε σημείο ηλεκτρικό διάγραμμαμετρηθεί σε σχέση με ουδέτερο σύρμα, στέγαση ή γη.

Για παράδειγμα, αν VA = 5 V και VB = 3 V, τότε VAB = VA - VB = 5 - 3 = 2 V (Εικ. 1.9(a)).

Οι τάσεις μπορεί να διαφέρουν ως προς το πρόσημο - να είναι αρνητικές και θετικές. Η διαφορά δυναμικού μεταξύ δύο σημείων που έχουν τάσεις με αντίθετα σημάδια, ισούται με το άθροισμα αυτών των τάσεων.

Για παράδειγμα, αν VC = 3 V και VD = -2 V, τότε V = VC + VD = 3 + 2 = 5 V (Εικ. 1.9(β)).

Έτσι, εάν δύο τάσεις έχουν την ίδια πολικότητα, ή τα ίδια πρόσημα, τότε η διαφορά δυναμικού μεταξύ τους είναι ίση με τη διαφορά τους. Εάν οι τάσεις έχουν διαφορετικά πρόσημα, τότε η διαφορά δυναμικού μεταξύ τους είναι ίση με το άθροισμά τους.

Ρύζι. 1.9.Οπτική αναπαράσταση τάσεων με διαφορετικά σημάδιασε σχέση με τη γραμμή μηδενικού δυναμικού

Παράλληλη σύνδεση αντιστάσεων

Στο Σχ. Το σχήμα 1.10 δείχνει δύο αντιστάσεις, R1 και R2 συνδεδεμένες παράλληλα. Το ρεύμα I από την μπαταρία διακλαδίζεται στο σημείο Α στο ρεύμα I1 που ρέει μέσω της αντίστασης R1 και το ρεύμα I2 που ρέει μέσω της αντίστασης R2. Στο σημείο Β αυτά τα ρεύματα αθροίζονται και σχηματίζονται πλήρες ρεύμα I = I1 + I2.

Ρύζι. 1.10.

Από την άλλη πλευρά, η πλήρης τάση V εφαρμόζεται σε κάθε αντίσταση, δηλ.

Συνολική τάση V = τάση στο R1

Τάση στο R2.

Ολική αντίσταση

Η συνολική αντίσταση (R) δύο αντιστάσεων που συνδέονται παράλληλα δίνεται από:

Σημειώστε ότι η συνολική αντίσταση δύο παράλληλων αντιστάσεων είναι πάντα μικρότερη από την αντίσταση της μικρότερης. Η συνολική αντίσταση δύο αντιστάσεων που συνδέονται παράλληλα και έχουν την ίδια αντίσταση είναι ίση με το ήμισυ της αντίστασης μιας από αυτές.

Παράλληλη σύνδεση τριών ή περισσότερων αντιστάσεων

Γενικά, η συνολική αντίσταση ενός αυθαίρετου αριθμού αντιστάσεων που συνδέονται παράλληλα μπορεί να προσδιοριστεί χρησιμοποιώντας τον παραπάνω τύπο.

Παράδειγμα 4

Προσδιορίστε τη συνολική αντίσταση του κυκλώματος που φαίνεται στο Σχ. 1.11 (α).

Λύση

Τα R1 και R2 συνδέονται σε σειρά και η συνολική τους αντίσταση RT1 = R1 + R2 = 6 + 8 = 14 Ohms.

Τώρα, μετά την αντικατάσταση των αντιστάσεων R1 και R2 με την κοινή τους αντίσταση RT1 (κύκλωμα στο Σχ. 1.11(b)), η αντίσταση R3 αποδείχθηκε ότι ήταν συνδεδεμένη παράλληλα με την RT1, ίσης τιμής. Επομένως, η συνολική αντίστασή τους RT2 είναι η μισή από αυτή καθενός από αυτά. Τώρα το κύκλωμα θα πάρει τη μορφή όπως φαίνεται στο Σχ. 1.11(c), όπου RT2 = 7 Ohms και συνδέεται σε σειρά με το R4. Επομένως η συνολική αντίσταση του κυκλώματος μεταξύ των σημείων Α και Β είναι ίση με RT2 + R4 = 7 + 3 = 10 Ohm

Ρύζι. 1.11