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 ποικίλλουν σε μέγεθος, επομένως δεν μπορούν να χρησιμεύσουν ως χαρακτηριστικό ηλεκτρικό πεδίο. 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.

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 - αυτός είναι ο λόγος του έργου του ηλεκτρικού πεδίου φορτίων κατά τη μεταφορά ενός δοκιμαστικού φορτίου 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 όχι μακριά το ένα από το άλλο. μεγάλη απόστασηκαι είναι ανίκανοι για ελεύθερη κίνηση, αυτοί είναι οι πυρήνες της ουσίας 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 παράδειγμαενεργούν ως ηλεκτρικό ρεύμα στα ίδια τα καλώδια και μια κλειστή βρύση λειτουργεί ως 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.

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 ενιαίο πεδίο. 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 μεταβολή 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 των σημείων 1 και 2 είναι το έργο που γίνεται από τις δυνάμεις του πεδίου κατά τη μετακίνηση ενός θετικού φορτίου μονάδας κατά μήκος μιας αυθαίρετης διαδρομής από το σημείο 1 στο σημείο 2. Για δυνητικά πεδία, αυτό το έργο δεν εξαρτάται από το σχήμα της διαδρομής, αλλά είναι καθορίζεται μόνο από τις θέσεις των σημείων έναρξης και λήξης

το δυναμικό προσδιορίζεται μέχρι μια προσθετική σταθερά. Το έργο που επιτελείται από τις δυνάμεις του ηλεκτροστατικού πεδίου όταν μετακινείται ένα φορτίο q κατά μήκος μιας αυθαίρετης διαδρομής από το σημείο εκκίνησης 1 στο σημείο λήξης 2 καθορίζεται από την έκφραση

Η πρακτική μονάδα δυναμικού είναι το βολτ. Ένα βολτ είναι η διαφορά δυναμικού μεταξύ τέτοιων σημείων όταν, όταν μετακινείται ένα κουλόμπ ηλεκτρισμού από το ένα σημείο στο άλλο, το ηλεκτρικό πεδίο κάνει ένα τζάουλ εργασίας.

Τα 1 και 2 είναι απείρως κοντινά σημεία που βρίσκονται στον άξονα x, άρα X2 - x1 = dx.

Η εργασία που γίνεται κατά τη μετακίνηση μιας μονάδας φόρτισης από το σημείο 1 στο σημείο 2 θα είναι Ex dx. Το ίδιο έργο είναι ίσο. Εξισώνοντας και τις δύο εκφράσεις, παίρνουμε

- κλιμακωτή κλίση

Λειτουργία κλίσης υπάρχει ένα διάνυσμα που κατευθύνεται προς τη μέγιστη αύξηση αυτής της συνάρτησης και το μήκος του είναι ίσο με την παράγωγο της συνάρτησης στην ίδια κατεύθυνση. Η γεωμετρική έννοια μιας κλίσης είναι ισοδυναμικές επιφάνειες (επιφάνειες ίσου δυναμικού) - μια επιφάνεια στην οποία το δυναμικό παραμένει σταθερό.

13 Δυνατότητα φόρτισης

Δυναμικό πεδίου σημειακού φορτίου q σε ομοιογενές διηλεκτρικό.

- ηλεκτρική μετατόπιση σημείου φορτίου σε ομοιογενές διηλεκτρικό D – διάνυσμα ηλεκτρικής επαγωγής ή ηλεκτρικής μετατόπισης

Θα πρέπει να πάρουμε το μηδέν ως σταθερά ολοκλήρωσης έτσι ώστε όταν το δυναμικό γίνει μηδέν, τότε

Δυνατότητα πεδίου συστήματος χρεώσεις πόντωνσε ένα ομοιογενές διηλεκτρικό.

Χρησιμοποιώντας την αρχή της υπέρθεσης παίρνουμε:

Δυνατότητα συνεχώς κατανεμημένων ηλεκτρικών φορτίων.

- στοιχεία όγκου και φορτισμένες επιφάνειες με κέντρα σε ένα σημείο

Εάν το διηλεκτρικό είναι ανομοιογενές, τότε η ολοκλήρωση πρέπει να επεκταθεί στα φορτία πόλωσης. Συμπερίληψη τέτοιων

Η χρέωση λαμβάνει αυτόματα υπόψη την επιρροή του περιβάλλοντος και η τιμή δεν χρειάζεται να εισαχθεί

14 Ηλεκτρικό πεδίο στην ύλη

Ηλεκτρικό πεδίο στην ύλη. Μια ουσία που εισάγεται σε ένα ηλεκτρικό πεδίο μπορεί να το αλλάξει σημαντικά. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η ύλη αποτελείται από φορτισμένα σωματίδια. Ελλείψει εξωτερικού πεδίου, τα σωματίδια κατανέμονται μέσα σε μια ουσία με τέτοιο τρόπο ώστε το ηλεκτρικό πεδίο που δημιουργούν, κατά μέσο όρο σε όγκους που περιλαμβάνουν μεγάλο αριθμό ατόμων ή μορίων, είναι μηδέν. Παρουσία εξωτερικού πεδίου, εμφανίζεται ανακατανομή φορτισμένων σωματιδίων και το δικό του ηλεκτρικό πεδίο προκύπτει στην ουσία. Το συνολικό ηλεκτρικό πεδίο συντίθεται σύμφωνα με την αρχή της υπέρθεσης από το εξωτερικό πεδίο και το εσωτερικό πεδίο που δημιουργείται από φορτισμένα σωματίδια ύλης. Η ουσία είναι διαφορετική ως προς τις ηλεκτρικές της ιδιότητες. Οι ευρύτερες κατηγορίες ουσιών είναι οι αγωγοί και τα διηλεκτρικά. Αγωγός είναι ένα σώμα ή υλικό στο οποίο τα ηλεκτρικά φορτία αρχίζουν να κινούνται υπό την επίδραση μιας αυθαίρετα μικρής δύναμης. Επομένως, αυτές οι χρεώσεις ονομάζονται δωρεάν. Στα μέταλλα, ελεύθερα φορτία είναι τα ηλεκτρόνια, σε διαλύματα και τήγματα αλάτων (οξέων και αλκαλίων) - ιόντων. Διηλεκτρικό είναι ένα σώμα ή υλικό στο οποίο, υπό την επίδραση οποιουδήποτε μεγάλες δυνάμειςτα φορτία μετατοπίζονται μόνο κατά μια μικρή απόσταση, που δεν υπερβαίνει το μέγεθος ενός ατόμου, σε σχέση με τη θέση ισορροπίας τους. Τέτοιες χρεώσεις ονομάζονται δεσμευμένες. Δωρεάν και δεσμευμένες χρεώσεις. ΔΩΡΕΑΝ ΧΡΕΩΣΕΙΣ 1) πλεονάζον ηλεκτρικό. φορτία που μεταδίδονται σε ένα αγώγιμο ή μη αγώγιμο σώμα και προκαλούν παραβίαση της ηλεκτρικής του ουδετερότητας. 2) Ηλεκτρικό. τρέχουσες χρεώσεις μεταφορέα. 3) βάζω. ηλεκτρικός φορτία ατομικών υπολειμμάτων σε μέταλλα. ΣΥΝΑΦΕΙΣ ΧΡΕΩΣΕΙΣ Ηλεκτρ. φορτία σωματιδίων που αποτελούν τα άτομα και μόρια του διηλεκτρικού, καθώς και φορτία ιόντων στο κρυσταλλικό. διηλεκτρικά με ιοντικό πλέγμα.

Πιθανή διαφορά

Είναι γνωστό ότι ένα σώμα μπορεί να θερμανθεί περισσότερο και ένα άλλο λιγότερο. Ο βαθμός στον οποίο ένα σώμα θερμαίνεται ονομάζεται θερμοκρασία του. Ομοίως, ένα σώμα μπορεί να ηλεκτριστεί περισσότερο από ένα άλλο. Ο βαθμός ηλεκτροδότησης ενός σώματος χαρακτηρίζεται από ένα μέγεθος που ονομάζεται ηλεκτρικό δυναμικό ή απλά το δυναμικό του σώματος.

Τι σημαίνει ηλεκτρισμός του σώματος; Αυτό σημαίνει να του το πεις ηλεκτρικό φορτίο, δηλαδή να του προσθέσουμε έναν ορισμένο αριθμό ηλεκτρονίων αν φορτίσουμε αρνητικά το σώμα ή να τα αφαιρέσουμε από αυτό αν φορτίσουμε θετικά το σώμα. Και στις δύο περιπτώσεις, το σώμα θα έχει έναν ορισμένο βαθμό ηλεκτρισμού, δηλαδή, το ένα ή το άλλο δυναμικό, και ένα σώμα φορτισμένο θετικά έχει θετικό δυναμικό και ένα σώμα που φορτίζεται αρνητικά έχει αρνητικό δυναμικό.

Διαφορά στα επίπεδα ηλεκτρικού φορτίουλέγονται συνήθως δύο σώματα διαφορά ηλεκτρικά δυναμικά ή απλά πιθανή διαφορά.

Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι εάν δύο πανομοιότυπα σώματα φορτίζονται με τα ίδια φορτία, αλλά το ένα είναι μεγαλύτερο από το άλλο, τότε θα υπάρχει επίσης μια πιθανή διαφορά μεταξύ τους.

Επιπλέον, υπάρχει διαφορά δυναμικού μεταξύ δύο τέτοιων σωμάτων, εκ των οποίων το ένα είναι φορτισμένο και το άλλο δεν έχει φορτίο. Έτσι, για παράδειγμα, εάν ένα σώμα απομονωμένο από τη γη έχει ένα ορισμένο δυναμικό, τότε η διαφορά δυναμικού μεταξύ αυτού και της γης (το δυναμικό της οποίας θεωρείται μηδέν) είναι αριθμητικά ίση με το δυναμικό αυτού του σώματος.

Έτσι, εάν δύο σώματα φορτίζονται με τέτοιο τρόπο ώστε τα δυναμικά τους να είναι άνισα, αναπόφευκτα υπάρχει διαφορά δυναμικού μεταξύ τους.

Οι πάντες ξέρουν φαινόμενο ηλεκτροδότησηςΤο τρίψιμο μιας χτένας στα μαλλιά δεν είναι τίποτα άλλο από τη δημιουργία μιας πιθανής διαφοράς μεταξύ της χτένας και των ανθρώπινων μαλλιών.

Πράγματι, όταν μια χτένα τρίβεται πάνω στην τρίχα, μερικά από τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται στη χτένα, φορτίζοντας την αρνητικά, ενώ η τρίχα, έχοντας χάσει κάποια ηλεκτρόνια, φορτίζεται στον ίδιο βαθμό με τη χτένα, αλλά θετικά. Η διαφορά δυναμικού που δημιουργείται με αυτόν τον τρόπο μπορεί να μηδενιστεί αγγίζοντας τα μαλλιά με μια χτένα. Αυτή η αντίστροφη μετάβαση ηλεκτρονίων ανιχνεύεται εύκολα από το αυτί, εάν μια ηλεκτρισμένη χτένα πλησιάσει το αυτί. Ένας χαρακτηριστικός ήχος τριξίματος θα υποδεικνύει ότι συμβαίνει εκκένωση.

Μιλώντας παραπάνω για τη διαφορά δυναμικού, εννοούσαμε όμως δύο φορτισμένα σώματα Μια διαφορά δυναμικού μπορεί επίσης να ληφθεί μεταξύ διαφορετικών μερών (σημείων) του ίδιου σώματος.

Ας εξετάσουμε λοιπόν, για παράδειγμα, τι θα συμβεί αν, υπό την επίδραση κάποιας εξωτερικής δύναμης, καταφέρουμε να μετακινήσουμε τα ελεύθερα ηλεκτρόνια που βρίσκονται στο σύρμα στο ένα άκρο του. Προφανώς, στο άλλο άκρο του σύρματος θα υπάρχει έλλειψη ηλεκτρονίων και τότε θα προκύψει διαφορά δυναμικού μεταξύ των άκρων του σύρματος.

Μόλις σταματήσουμε τη δράση της εξωτερικής δύναμης, τα ηλεκτρόνια θα ορμήσουν αμέσως, λόγω της έλξης των αντίθετων φορτίων, στο θετικά φορτισμένο άκρο του σύρματος, δηλαδή στο μέρος όπου λείπουν, και η ηλεκτρική ισορροπία θα ξανά εμφανίζονται στο σύρμα.

Ηλεκτροκινητική δύναμη και τάση

ρε Για να διατηρηθεί ένα ηλεκτρικό ρεύμα σε έναν αγωγό, χρειάζεται κάποια εξωτερική πηγή ενέργειας, η οποία θα διατηρούσε πάντα μια διαφορά δυναμικού στα άκρα αυτού του αγωγού.

Αυτές οι πηγές ενέργειας είναι οι λεγόμενες πηγές ηλεκτρικού ρεύματος, έχοντας μια ορισμένη ηλεκτροκινητική δύναμη, που δημιουργεί και διατηρεί μια διαφορά δυναμικού στα άκρα του αγωγού για μεγάλο χρονικό διάστημα.

Η ηλεκτροκινητική δύναμη (συντομογραφία EMF) συμβολίζεται με το γράμμα E. Η μονάδα μέτρησης για το EMF είναι το βολτ. Στη χώρα μας, το βολτ συντομεύεται ως "B" και στη διεθνή ονομασία - με το γράμμα "V".

Έτσι, για να αποκτήσετε συνεχή ροή, χρειάζεστε μια ηλεκτροκινητική δύναμη, δηλαδή χρειάζεστε μια πηγή ηλεκτρικού ρεύματος.

Η πρώτη τέτοια πηγή ρεύματος ήταν η λεγόμενη «βολταϊκή στήλη», η οποία αποτελούνταν από μια σειρά κύκλων από χαλκό και ψευδάργυρο επενδεδυμένα με δέρμα εμποτισμένο σε οξινισμένο νερό. Έτσι, ένας από τους τρόπους απόκτησης ηλεκτροκινητική δύναμηείναι η χημική αλληλεπίδραση ορισμένων ουσιών, με αποτέλεσμα χημική ενέργειαμετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια. Οι πηγές ρεύματος στις οποίες δημιουργείται ηλεκτροκινητική δύναμη με αυτόν τον τρόπο ονομάζονται χημικές πηγές ρεύματος.

Επί του παρόντος, οι πηγές χημικού ρεύματος είναι γαλβανικά κύτταρα και μπαταρίες - χρησιμοποιούνται ευρέως στην ηλεκτρική μηχανική και την ηλεκτρική μηχανική.

Μια άλλη κύρια πηγή ρεύματος, που χρησιμοποιείται ευρέως σε όλους τους τομείς της ηλεκτρολογίας και της ηλεκτρομηχανικής, είναι οι γεννήτριες.

Οι γεννήτριες είναι εγκατεστημένες σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειαςκαι χρησιμεύουν ως η μόνη πηγή ρεύματος για την παροχή ρεύματος βιομηχανικές επιχειρήσεις, ηλεκτροφωτισμός πόλεων, ηλεκτρ σιδηροδρόμων, τραμ, μετρό, τρόλεϊ κ.λπ.

Τόσο με χημικές πηγές ηλεκτρικού ρεύματος (κυψέλες και μπαταρίες) όσο και με γεννήτριες, η δράση της ηλεκτροκινητικής δύναμης είναι ακριβώς η ίδια. Βρίσκεται στο γεγονός ότι το EMF δημιουργεί μια διαφορά δυναμικού στους ακροδέκτες της πηγής ρεύματος και τη διατηρεί για μεγάλο χρονικό διάστημα.

Αυτοί οι ακροδέκτες ονομάζονται πόλοι πηγής ρεύματος. Ένας πόλος της πηγής ρεύματος βιώνει πάντα έλλειψη ηλεκτρονίων και, επομένως, έχει θετικό φορτίο, ο άλλος πόλος βιώνει περίσσεια ηλεκτρονίων και, επομένως, έχει αρνητικό φορτίο.

Κατά συνέπεια, ένας πόλος της τρέχουσας πηγής ονομάζεται θετικός (+), ο άλλος - αρνητικός (-).

Οι πηγές ρεύματος χρησιμοποιούνται για την τροφοδοσία ηλεκτροπληξίαδιάφορες συσκευές - . Οι τρέχοντες καταναλωτές συνδέονται με αγωγούς στους πόλους της πηγής ρεύματος, σχηματίζοντας ένα κλειστό ηλεκτρικό κύκλωμα. Η διαφορά δυναμικού που δημιουργείται μεταξύ των πόλων μιας πηγής ρεύματος σε ένα κλειστό ηλεκτρικό κύκλωμα ονομάζεται τάση και δηλώνεται με το γράμμα U.

Η μονάδα μέτρησης για την τάση, όπως το EMF, είναι το βολτ.

Εάν, για παράδειγμα, είναι απαραίτητο να σημειωθεί ότι η τάση της πηγής ρεύματος είναι 12 βολτ, τότε γράφουν: U - 12 V.

Μια συσκευή που ονομάζεται βολτόμετρο χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της τάσης.

Για να μετρήσετε το EMF ή την τάση μιας πηγής ρεύματος, πρέπει να συνδέσετε ένα βολτόμετρο απευθείας στους πόλους του. Σε αυτή την περίπτωση, εάν είναι ανοιχτό, το βολτόμετρο θα δείξει το EMF της πηγής ρεύματος. Εάν κλείσετε το κύκλωμα, το βολτόμετρο δεν θα δείχνει πλέον το EMF, αλλά την τάση στους ακροδέκτες της πηγής ρεύματος.

Το EMF που αναπτύσσεται από μια πηγή ρεύματος είναι πάντα μεγαλύτερο από την τάση στους ακροδέκτες της.