Formula câmpului electric. Determinarea puterii în orice punct al câmpului electric

Un corp încărcat transferă în mod constant o parte din energie, transformând-o într-o altă stare, una dintre părțile căreia este câmpul electric. Tensiunea este componenta principală care caracterizează partea electrică a radiației electromagnetice. Valoarea sa depinde de puterea curentului și acționează ca o caracteristică de putere. Din acest motiv, firele de înaltă tensiune sunt plasate la o înălțime mai mare decât cablurile pentru un curent mai mic.

Definirea conceptului și formulei de calcul

Vectorul tensiune (E) este forța care acționează asupra unui curent infinitezimal în punctul în cauză. Formula pentru determinarea parametrului este următoarea:

• F este forța care acționează asupra sarcinii;
• q este valoarea taxei.

Taxa care participă la studiu se numește taxă de testare. Ar trebui să fie nesemnificativ pentru a nu distorsiona rezultatele. În condiții ideale, rolul lui q este jucat de un pozitron.

Este de remarcat faptul că valoarea este relativă, caracteristicile sale cantitative și direcția depind de coordonate și se vor schimba odată cu deplasarea.

Pe baza legii lui Coulomb, forța care acționează asupra unui corp este egală cu produsul potențialelor împărțit la pătratul distanței dintre corpuri.

F=q 1* q 2 /r 2

De aici rezultă că tensiunea într-un punct dat din spațiu este direct proporțională cu potențialul sursei și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele. În cazul general, simbolic, ecuația se scrie după cum urmează:

Pe baza ecuației, unitatea de măsură pentru câmpul electric este volți pe metru. Aceeași denumire este adoptată de sistemul SI. Având valoarea parametrului, puteți calcula forța care va acționa asupra corpului în punctul studiat, iar cunoscând forța, puteți afla intensitatea câmpului electric.

Formula arată că rezultatul este absolut independent de sarcina de testare. Acest lucru este neobișnuit deoarece acest parametru este prezent în ecuația originală. Totuși, acest lucru este logic, deoarece sursa este cea principală, nu emițătorul de testare. În condiții reale, acest parametru are un impact asupra caracteristicilor măsurate și produce distorsiuni, ceea ce necesită utilizarea unui pozitron pentru condiții ideale.

Deoarece tensiunea este o mărime vectorială, pe lângă valoarea sa, are o direcție. Vectorul este direcționat de la sursa principală către cea studiată, sau de la sarcina de test către cea principală. Depinde de polaritate. Dacă semnele sunt aceleași, atunci apare repulsia, vectorul este îndreptat către punctul studiat. Dacă punctele sunt încărcate în polarități opuse, atunci sursele se atrag reciproc. În acest caz, se acceptă în general că vectorul forță este direcționat de la o sursă pozitivă la una negativă.

Unitate de măsură

În funcție de context și aplicație în domeniile electrostatică, intensitatea câmpului electric [E] se măsoară în două unități. Acestea pot fi volt/metru sau newton/coulomb. Motivul unei astfel de confuzii pare să fie obținerea ei din diferite condiții, derivând unitatea de măsură din formulele utilizate. În unele cazuri, una dintre dimensiuni este folosită în mod deliberat pentru a preveni utilizarea formulelor care funcționează doar pentru cazuri speciale. Conceptul este prezent în legile electrodinamice fundamentale, deci mărimea este de bază pentru termodinamică.

Sursa poate lua mai multe forme. Formulele descrise mai sus ajută la găsirea intensității câmpului electric al unei sarcini punctiforme, dar sursa poate fi și alte forme:

• mai multe puncte materiale independente;
• linie dreaptă sau curbă distribuită (stator electromagnet, fir etc.).

Pentru o sarcină punctiformă, găsirea tensiunii este următoarea: E=k*q/r 2, unde k=9*10 9

Când un corp este expus la mai multe surse, tensiunea într-un punct va fi egală cu suma vectorială a potențialelor. Atunci când o sursă distribuită acționează, aceasta este calculată prin integrala efectivă pe întreaga zonă de distribuție.

Caracteristica se poate modifica în timp din cauza modificărilor tarifelor. Valoarea rămâne constantă doar pentru câmpul electrostatic. Este una dintre principalele caracteristici ale forței, prin urmare, pentru un câmp uniform, direcția vectorului și valoarea lui q vor fi aceleași în orice coordonate.

Din punct de vedere termodinamic

Tensiunea este una dintre caracteristicile principale și cheie în electrodinamica clasică. Valoarea sa, precum și datele privind sarcina electrică și inducția magnetică, par a fi principalele caracteristici, știind care este posibil să se determine parametrii aproape tuturor proceselor electrodinamice. Este prezent și joacă un rol important în concepte fundamentale precum formula forței Lorentz și ecuațiile lui Maxwell.

Forța F-Lorenz;

• q – taxa;
• B – vector de inducție magnetică;
• C – viteza luminii în vid;
• j – densitatea curentului magnetic;
• μ 0 – constantă magnetică = 1,25663706*10 -6;
• ε 0 – constantă electrică egală cu 8,85418781762039*10 -12

Alături de valoarea inducției magnetice, acest parametru este principala caracteristică a câmpului electromagnetic emis de sarcină. Pe baza acestui fapt, din punctul de vedere al termodinamicii, tensiunea este mult mai importantă decât curentul sau alți indicatori.

Aceste legi sunt fundamentale, toată termodinamica este construită pe ele. Trebuie remarcat faptul că legea lui Ampere și alte formule anterioare sunt aproximative sau descriu cazuri speciale. Legile lui Maxwell și Lorentz sunt universale.

Semnificație practică

Conceptul de tensiune și-a găsit o largă aplicație în inginerie electrică. Este folosit pentru a calcula standardele de semnal, pentru a calcula stabilitatea sistemului și pentru a determina influența radiației electrice asupra elementelor din jurul sursei.

Principalul domeniu în care conceptul și-a găsit o aplicare largă sunt comunicațiile celulare și prin satelit, turnurile de televiziune și alți emițători electromagnetici. Cunoașterea intensității radiațiilor pentru aceste dispozitive ne permite să calculăm parametri precum:

• gama turn radio;
• distanță de siguranță de la sursă la persoană .

Primul parametru este extrem de important pentru cei care instalează transmisii de televiziune prin satelit, precum și comunicații mobile. Al doilea face posibilă determinarea standardelor de radiații acceptabile, protejând astfel utilizatorii de efectele nocive ale aparatelor electrice. Aplicarea acestor proprietăți ale radiațiilor electromagnetice nu se limitează la comunicații. Generarea de energie, aparatele de uz casnic și, parțial, producția de produse mecanice (de exemplu, vopsirea folosind impulsuri electromagnetice) sunt construite pe aceste principii de bază. Astfel, înțelegerea amplorii este, de asemenea, importantă pentru procesul de producție.

Experimente interesante care vă permit să vedeți imaginea liniilor câmpului electric: video

Intensitatea câmpului electric poate avea o importanță semnificativă atunci când se utilizează condensatoare și alte componente ale circuitului. De ce este așa? Să privim acest concept din punct de vedere al fizicii.

De ce a fost introdus însăși conceptul de intensitate a câmpului electric?

Caracterizează un tip special de materie care există în jurul oricărei sarcini electrice și se manifestă prin influențarea altor particule similare. Tensiunea este o caracteristică a unui câmp dat. Este necesar să se țină cont de acest concept datorită faptului că există o influență asupra componentelor electronice ale oricărui circuit care se găsește în orice inginerie electrică. Și dacă ignori acest aspect, mașinile care le au se vor defecta foarte repede, poate chiar instantaneu - la prima pornire. Cum este considerată puterea câmpului electric de știința modernă?

Ce este tensiunea din punct de vedere fizic?

S-a acordat multă atenție acestui concept - desigur, deoarece puterea civilizației noastre depinde acum în mare măsură de înțelegerea acestor procese. Este înțeles ca o mărime vectorială care este utilizată pentru a caracteriza câmpul electric la un punct. Este numeric egal cu raportul dintre forța care acționează asupra sarcinii punctiforme imobile care este considerată cu magnitudinea acesteia:

Н=С/ВЗ, unde:

1. N - tensiune.
2. S - putere.
3. VZ - valoarea taxei care este luată în considerare.

Iată cum se determină intensitatea câmpului electric. Și de aceea poate fi numit uneori caracteristica sa de forță. Care este singura diferență? Acest caz diferă de vectorul forță care acționează asupra unei particule încărcate prin prezența unui multiplicator constant. Ce poți spune despre dimensiunea lui?

Valoarea vectorială în fiecare punct din spațiu

Trebuie avut în vedere faptul că această valoare se modifică odată cu modificările coordonatelor. Formal, toate punctele unui volum vectorial pot fi exprimate astfel: E = E (x, y, z, t). Reprezintă intensitatea câmpului electric în funcție de coordonatele spațiale. Și acum este necesar să le suprapunem vectori de inducție magnetică. Ca urmare, este posibil să se obțină un câmp electromagnetic, care, împreună cu legile sale, va reprezenta subiectul electrodinamicii. Cum se măsoară tensiunea unui obiect dat? Pentru a face acest lucru, utilizați indicatorul volți pe metru sau newton pe coulomb (înregistrând V/m sau N/C, respectiv).

Intensitatea câmpului electric în electrodinamica clasică

Este recunoscut ca una dintre marimile fundamentale principale. Comparabile ca importanță sunt vectorul de inducție magnetică și sarcina electrică. În unele cazuri, potențialele câmpului electromagnetic pot dobândi o semnificație similară. Mai mult, dacă le combini împreună, poți obține o valoare care arată posibilitatea de a influența alte obiecte. Se numește potențial electromagnetic. Există și alte concepte. Curentul electric, densitatea sa, vectorul de polarizare, puterea câmpului magnetic - toate acestea sunt destul de semnificative și importante, dar sunt considerate doar cantități auxiliare. Să aruncăm o privire rapidă asupra contextului de bază pe care electrodinamica clasică îl oferă în ceea ce privește intensitatea câmpului electric.

Forță asupra particulelor încărcate

Pentru a exprima indicatorul general al impactului unui câmp magnetic, folosesc formula Lorentz:

C = EZCH*VS+EZCH*Sk*^VMI.

C este forța câmpului magnetic asupra unei particule încărcate.

EPC este sarcina electrică a unei particule.

VMI este vectorul inducției magnetice.

Sk este viteza de mișcare a particulelor.

*^ - produs vectorial.

Dacă te uiți la formulă, poți vedea că este complet în concordanță cu definiția dată anterior a ceea ce este puterea câmpului electric. Dar ecuația în sine este generalizată, deoarece include acțiunea asupra unei particule încărcate din câmpul magnetic în timp ce aceasta se mișcă. De asemenea, se presupune că obiectul luat în considerare este un obiect punctual. Formula vă permite să calculați forțele pe care un câmp electromagnetic acționează asupra unui corp de orice formă în care există o distribuție arbitrară a sarcinilor și curenților. Este necesar doar să spargeți un obiect complex în părți mici, fiecare dintre acestea putând fi considerată un punct, iar apoi devine posibil să îi aplicați o formulă.

Ce poți spune despre restul calculelor?

Alte ecuații care sunt utilizate în calcularea forțelor electromagnetice sunt considerate consecințe ale formulei Lorentz. Ele sunt numite și cazuri speciale de aplicare a acestuia. Deși pentru aplicare practică chiar și în cele mai simple sarcini este totuși necesar să aveți o cantitate mică de cunoștințe, care vor fi discutate acum.

Electrostatică

Se ocupă de cazuri speciale când corpurile încărcate sunt nemișcate sau viteza lor de mișcare este atât de mică încât sunt considerate ca atare. Cum se calculează intensitatea câmpului electric în acest caz? Potențialul scalar ne va ajuta cu asta:

NEP = -∆SP.

NEP - intensitatea câmpului electric.

SP - potenţial scalar.

Este adevărat și contrariul. Valoarea rezultată se numește potențial electrostatic. De asemenea, această abordare simplifică ecuația lui Maxwell și se transformă în formula lui Poisson. Pentru cazul special al zonelor care sunt libere de particule încărcate, se folosesc calcule folosind metoda Laplace. Vă rugăm să rețineți că toate ecuațiile sunt liniare și, în consecință, li se aplică principiul suprapunerii. Pentru a face acest lucru, trebuie să găsiți câmpul de un singur punct de încărcare unitară. Apoi ar trebui să calculați intensitatea câmpului sau potențialul care este creat de distribuția lor. Știți cum se numește rezultatul? Sigur nu. Și numele său este intensitatea câmpului electric al unei sarcini punctiforme.

Ecuațiile lui Maxwell

Ele, împreună cu formula forței Lorentz, formează fundamentul teoretic al electrodinamicii clasice. Este prezentată forma tradițională. Deoarece descrierea fiecăruia dintre ele este lungă, le voi prezenta sub forma unei imagini. Se crede că aceste patru ecuații și formula forței Lorentz sunt suficiente pentru a descrie pe deplin electrodinamica clasică (numai clasică, nu cuantică). Dar ce zici de practică? Pentru a rezolva probleme reale, este posibil să aveți nevoie și de o ecuație care să descrie mișcarea particulelor materiale (în mecanica clasică, legile lui Newton joacă rolul lor). De asemenea, veți avea nevoie de informații despre proprietățile specifice ale mediilor și corpurilor fizice care sunt luate în considerare (elasticitatea acestora, conductivitate electrică, polarizare etc.). Pentru a rezolva probleme, pot fi folosite și alte forțe care nu sunt incluse în domeniul electrodinamicii (cum ar fi gravitația), dar care sunt necesare pentru a construi un sistem închis de ecuații sau pentru a rezolva o problemă specifică.

Concluzie

Ei bine, pentru a rezuma, putem spune că intensitatea câmpului electric a fost luată în considerare destul de pe deplin, atât în ​​general, cât și în unele cazuri speciale. Datele prezentate în articol ar trebui să fie mai mult decât suficiente pentru a calcula parametrii pentru proiectele tale viitoare. Despre imaginea grafică, putem spune că vectorii intensității câmpului electric sunt reprezentați folosind linii de forță, care sunt considerate tangente la fiecare punct. Această metodă de descriere a fost introdusă pentru prima dată de Faraday. Aici se încheie autorul despre puterea câmpului electric și vă mulțumește pentru atenție.

Interacțiunea dintre sarcinile în repaus are loc printr-un câmp electric.

Orice sarcină schimbă proprietățile spațiului care o înconjoară - creează un câmp electric în ea. Acest câmp se manifestă prin faptul că o sarcină electrică plasată în orice punct se află sub influența forței. Prin urmare, pentru a afla dacă există un câmp electric într-un anumit loc, trebuie să plasați acolo un corp încărcat (în viitor, pentru concizie, vom spune pur și simplu o încărcare) și să stabiliți dacă experimentează acțiunea unui forță electrică sau nu. După mărimea forței care acționează asupra unei sarcini date, se poate judeca în mod evident „intensitatea” câmpului.

Deci, pentru a detecta și a studia câmpul electric, trebuie să utilizați o încărcare de „test”. Pentru ca forța care acționează asupra sarcinii de testare să caracterizeze câmpul „la un punct dat”, sarcina de testare trebuie să fie o sarcină punctiformă. În caz contrar, forța care acționează asupra sarcinii va caracteriza proprietățile câmpului mediate pe volumul ocupat de corpul care poartă sarcina de testare.

Folosind o sarcină de testare punctiformă, investigăm câmpul creat de o sarcină punctiformă staționară. Așezând sarcina de testare într-un punct, a cărui poziție față de sarcina q este determinată de vectorul rază (Fig. 5.1), constatăm că sarcina de testare este acționată de o forță.

(vezi (2.2) și (4.1)). Iată vectorul unitar al vectorului rază.

Din formula (5.1) rezultă că forța care acționează asupra sarcinii de testare depinde nu numai de mărimile care determină câmpul (din q și ), ci și de mărimea sarcinii de testare. etc., atunci forțele pe care le experimentează într-un anumit punct al câmpului vor fi diferite. Cu toate acestea, din (5.1) este clar că raportul pentru toate taxele de testare va fi același și depinde numai de valorile lui q și , care determină câmpul la un punct dat. Prin urmare, este firesc să acceptăm acest raport ca mărime care caracterizează câmpul electric:

Această mărime vectorială se numește intensitatea câmpului electric într-un punct dat (adică în punctul în care sarcina de testare experimentează forța F).

În conformitate cu formula (5.2), intensitatea câmpului electric este numeric egală cu forța care acționează asupra unei unități de sarcină punctuală situată într-un punct dat din câmp. Direcția vectorului E coincide cu direcția forței care acționează asupra sarcinii pozitive.

Rețineți că formula (5.2) rămâne valabilă chiar și în cazul în care o sarcină negativă este luată ca sarcină de test. În acest caz, vectorii E și F au direcții opuse.

Am ajuns la conceptul de intensitate a câmpului electric studiind câmpul unei sarcini punctuale staționare. Cu toate acestea, definiția (5.2) se extinde și la cazul unui câmp creat de orice colectare de taxe staționare. În acest caz, însă, este necesară următoarea clarificare. Se poate întâmpla ca locația sarcinilor care determină câmpul studiat se modifică sub influența încărcăturii de testare. Acest lucru se va întâmpla, de exemplu, atunci când sarcinile care creează câmpul sunt situate pe conductor și se pot deplasa liber în limitele acestuia. Prin urmare, pentru a nu se introduce modificări vizibile în domeniul studiat, valoarea taxei de testare trebuie luată destul de mică.

Din formulele (5.2) și (5.1) rezultă că intensitatea câmpului unei sarcini punctiforme este proporțională cu mărimea sarcinii q și invers proporțională cu pătratul distanței de la sarcină la un punct dat de câmp:

Vectorul E este îndreptat de-a lungul unei linii drepte radiale care trece prin sarcină și un anumit punct de câmp, de la sarcină dacă este pozitivă și către sarcină dacă este negativă.

Într-un sistem gaussian, formula pentru intensitatea câmpului unei sarcini punctiforme în vid are forma

Unitatea de măsură a intensității câmpului electric este considerată intensitatea în punctul în care o sarcină egală cu unu (1 C în SI, 1 SGSE - unitate de sarcină în sistemul gaussian) este acționată de o forță a cărei magnitudine este de asemenea egal cu unu (1 N în SI, 1 dină în sistemul gaussian). În sistemul gaussian, această unitate nu are un nume special. În SI, unitatea de măsură a intensității câmpului electric se numește volți pe metru și este desemnată V/m (vezi formula (8.5)).

Aceeași tensiune în sistemul Gaussian este egală cu

Comparând ambele rezultate, constatăm că

Conform (5.2), forța care acționează asupra sarcinii de încercare este egală cu

Este evident că pentru orice sarcină punctuală q 1 la un punct de câmp cu intensitatea E va exista o forță

Dacă sarcina q este pozitivă, direcția forței coincide cu direcția vectorului E. În cazul unui q negativ, direcțiile vectorilor F h E sunt opuse.

În § 2 s-a indicat că forța cu care un sistem de sarcini acționează asupra unei sarcini neincluse în sistem este egală cu suma vectorială a forțelor cu care fiecare dintre sarcinile sistemului acționează separat asupra unei sarcini date (vezi formula (2.4)). Rezultă că intensitatea câmpului unui sistem de sarcini este egală cu suma vectorială a intensităților câmpului care ar fi creată de fiecare dintre sarcinile sistemului separat:

Ultima afirmație se numește principiul suprapunerii (impoziției) câmpurilor electrice.

Principiul suprapunerii ne permite să calculăm intensitatea câmpului oricărui sistem de sarcini. Prin ruperea sarcinilor extinse în fracții suficient de mici dq, orice sistem de taxe poate fi redus la o colecție de taxe punctiforme. Contribuția fiecăreia dintre aceste taxe la câmpul rezultat este calculată folosind formula (5.3).

Câmpul electric poate fi descris indicând pentru fiecare punct mărimea și direcția vectorului E. Combinația acestor vectori formează câmpul vectorului intensității câmpului electric (cf. câmpul vectorului viteză, vol. 1, § 72). ). Câmpul vector al vitezei poate fi reprezentat foarte clar folosind linii de curgere. În mod similar, câmpul electric poate fi descris folosind linii de tensiune, pe care le vom numi pe scurt linii E (se mai numesc și linii de câmp). Liniile de tensiune sunt trasate astfel încât tangenta la ele în fiecare punct să coincidă cu direcția vectorului E.

Densitatea liniilor este aleasă astfel încât numărul de linii care străpung o unitate de suprafață perpendiculară pe liniile amplasamentului să fie egal cu valoarea numerică a vectorului E. Apoi, din modelul liniilor de tensiune, se poate judeca direcția și magnitudinea vectorului E în diferite puncte din spațiu (Fig. 5.2).

Liniile E ale câmpului unei sarcini punctiforme sunt un set de drepte radiale îndreptate de la sarcină, dacă aceasta este pozitivă, și către sarcină, dacă este negativă (Fig. 5.3). Liniile se sprijină pe sarcină la un capăt și merg la infinit la celălalt. De fapt, numărul total de linii care intersectează o suprafață sferică de rază arbitrară va fi egal cu produsul dintre densitatea liniilor și suprafața sferei. Conform condiției, densitatea liniilor este egală numeric. Prin urmare, numărul de linii este egal numeric. Rezultatul obținut înseamnă că numărul de linii la orice distanță de sarcină va fi același.

De aici rezultă că liniile nu încep sau se termină nicăieri în afară de încărcare; ei, începând cu o sarcină, merg la infinit (sarcina este pozitivă), sau, venind de la infinit, se termină cu o sarcină (sarcina este negativă). Această proprietate a liniilor E este comună tuturor câmpurilor electrostatice, adică câmpurilor create de orice sistem de sarcini staționare: liniile de tensiune pot începe sau se pot termina numai pe sarcini sau merg la infinit.

Natura fizică a câmpului electric și reprezentarea sa grafică. În spațiul din jurul unui corp încărcat electric există un câmp electric, care este un tip de materie. Câmp electric are o rezerva de energie electrica, care se manifesta sub forma unor forte electrice care actioneaza asupra corpurilor incarcate din camp.

Orez. 4. Cele mai simple câmpuri electrice: a – sarcini pozitive și negative unice; b – două sarcini opuse; c – două acuzații cu același nume; d – două plăci paralele și încărcate opus (câmp uniform)

Câmp electric descrise în mod convențional sub formă de linii electrice de forță, care arată direcțiile de acțiune ale forțelor electrice create de câmp. Este obișnuit să direcționați liniile de forță în direcția în care o particulă încărcată pozitiv s-ar mișca într-un câmp electric. După cum se arată în Fig. 4, liniile electrice de forță diverg în direcții diferite față de corpurile încărcate pozitiv și converg către corpurile cu sarcină negativă. Câmpul creat de două plăci paralele plate încărcate opus (Fig. 4, d) se numește uniform.
Câmpul electric poate fi făcut vizibil prin plasarea în el a particulelor de gips suspendate în ulei lichid: ele se rotesc de-a lungul câmpului, poziționate de-a lungul liniilor sale de forță (Fig. 5).

Intensitatea câmpului electric. Câmpul electric acționează asupra sarcinii q introdusă în el (Fig. 6) cu o anumită forță F. În consecință, intensitatea câmpului electric poate fi judecată după valoarea forței cu care o anumită sarcină electrică, luată ca unitate, este atras sau respins. În inginerie electrică, intensitatea câmpului este caracterizată de intensitatea câmpului electric E. Intensitatea este înțeleasă ca raportul dintre forța F care acționează asupra unui corp încărcat într-un punct dat al câmpului și sarcina q a acestui corp:

E=F/q(1)

Câmp cu mare tensiune E este reprezentat grafic prin linii de forță de mare densitate; un câmp cu intensitate scăzută - linii de forță puțin situate. Pe măsură ce vă îndepărtați de corpul încărcat, liniile de câmp electric sunt localizate mai rar, adică intensitatea câmpului scade (vezi Fig. 4 a, b și c). Numai într-un câmp electric uniform (vezi Fig. 4, d) intensitatea este aceeași în toate punctele sale.

Potențial electric. Câmpul electric are o anumită cantitate de energie, adică capacitatea de a lucra. După cum știți, energia poate fi stocată și într-un izvor, pentru care trebuie să fie comprimată sau întinsă. Datorită acestei energii, se poate obține o anumită muncă. Dacă unul dintre capetele arcului este eliberat, acesta va putea deplasa pe o anumită distanță corpul conectat la acest capăt. În același mod, energia unui câmp electric poate fi realizată dacă se introduce o sarcină în el. Sub influența forțelor câmpului, această sarcină se va deplasa în direcția liniilor de forță, efectuând o anumită cantitate de muncă.
Pentru a caracteriza energia stocată în fiecare punct al câmpului electric a fost introdus un concept special - potențialul electric. Potențial electric? câmpul într-un punct dat este egal cu munca pe care o pot face forțele acestui câmp atunci când mută o unitate de sarcină pozitivă din acest punct în afara câmpului.
Conceptul de potențial electric este similar cu conceptul de nivel pentru diferite puncte de pe suprafața pământului. Evident, pentru a ridica o locomotivă până la punctul B (Fig. 7), trebuie să se cheltuiască mai multă muncă decât pentru a o ridica până la punctul A. Prin urmare, o locomotivă ridicată la nivelul H2 va putea face mai multă muncă în timpul coborârii decât o locomotivă ridicată la punctul B. nivelul H2 Nivelul zero de la care se măsoară înălțimea este de obicei considerat nivelul mării.

În același mod, potențialul pe care îl are suprafața pământului este considerat convențional ca potențial zero.
Tensiune electrică. Diferite puncte din câmpul electric au potențiale diferite. De obicei ne interesează puțin valoarea absolută a potențialelor punctelor individuale ale câmpului electric, dar este foarte important pentru noi să cunoaștem diferența de potențial?1-?2 dintre două puncte de câmp A și B (Fig. 8) . Diferența de potențial ?1 și ?2 a două puncte ale câmpului caracterizează munca depusă de forțele câmpului pentru a muta o sarcină unitară dintr-un punct al câmpului cu un potențial mai mare în alt punct cu un potențial mai mic. În același mod, în practică, ne interesează puțin înălțimile absolute H1 și H2 ale punctelor A și B deasupra nivelului mării (vezi Fig. 7), dar este important pentru noi să cunoaștem diferența de niveluri Și dintre acestea. puncte, deoarece ridicarea unei locomotive de la punctul A la punctul B este necesar să se cheltuiască muncă în funcție de valoarea lui R. Diferența de potențial dintre două puncte ale câmpului se numește tensiune electrică. Tensiunea electrică se notează cu litera U (u). Este numeric egal cu raportul dintre munca W care trebuie cheltuită pentru a muta o sarcină pozitivă q dintr-un punct al câmpului în altul la această sarcină, adică.

U = W/q(2)

În consecință, tensiunea U care acționează între diferite puncte ale câmpului electric caracterizează energia stocată în acest câmp, care poate fi eliberată prin deplasarea sarcinilor electrice între aceste puncte.
Tensiunea electrică este cea mai importantă mărime electrică care permite calcularea muncii și a puterii dezvoltate atunci când sarcinile se mișcă într-un câmp electric. Unitatea de măsură a tensiunii electrice este voltul (V). În tehnologie, tensiunea se măsoară uneori în miimi de volți - milivolti (mV) și milionimi de volți - microvolți (μV). Pentru măsurarea tensiunilor înalte se folosesc unități mai mari - kilovolți (kV) - mii de volți.
Intensitatea câmpului electric pentru un câmp uniform este raportul dintre tensiunea electrică care acționează între două puncte ale câmpului și distanța l dintre aceste puncte:

E=U/l(3)

Intensitatea câmpului electric este măsurată în volți pe metru (V/m). La o intensitate a câmpului de 1 V/m, o forță de 1 newton (1 N) acționează asupra unei sarcini de 1 C. În unele cazuri, sunt utilizate unități mai mari de intensitate a câmpului V/cm (100 V/m) și V/mm (1000 V/m).

Tensiunea electrică se referă la munca efectuată de un câmp electric pentru a muta o sarcină de 1 C (coulomb) dintr-un punct al conductorului în altul.

Cum apare tensiunea?

Toate substanțele constau din atomi, care sunt un nucleu încărcat pozitiv în jurul căruia electronii negativi mai mici se rotesc cu viteză mare. În general, atomii sunt neutri deoarece numărul de electroni se potrivește cu numărul de protoni din nucleu.

Cu toate acestea, dacă un anumit număr de electroni este luat de la atomi, aceștia vor tinde să atragă același număr, formând un câmp pozitiv în jurul lor. Dacă adăugați electroni, atunci va apărea un exces al acestora și va apărea un câmp negativ. Se formează potențiale - pozitive și negative.

Când interacționează, va apărea atracție reciprocă.

Cu cât diferența este mai mare - diferența de potențial - cu atât electronii din material cu conținutul în exces vor fi atrași de material cu deficiența lor mai puternici. Cu cât câmpul electric și tensiunea acestuia vor fi mai puternice.

Dacă conectați potențiale cu sarcini diferite ale conductorilor, atunci va apărea electrică - o mișcare direcționată a purtătorilor de sarcină, încercând să elimine diferența de potențial. Pentru a deplasa sarcini de-a lungul unui conductor, forțele câmpului electric efectuează un lucru, care se caracterizează prin conceptul de tensiune electrică.

In ce se masoara?

Temperaturi;

Tipuri de tensiune

Tensiune constantă

Tensiunea din rețeaua electrică este constantă atunci când există întotdeauna un potențial pozitiv pe o parte și un potențial negativ pe cealaltă. Electricul în acest caz are o singură direcție și este constant.

Tensiunea într-un circuit de curent continuu este definită ca diferența de potențial la capetele sale.

Când conectați o sarcină la un circuit de curent continuu, este important să nu amestecați contactele, altfel dispozitivul se poate defecta. Un exemplu clasic de sursă de tensiune constantă sunt bateriile. Rețelele sunt utilizate atunci când nu este nevoie de transmiterea energiei pe distanțe lungi: în toate tipurile de transport - de la motociclete la nave spațiale, în echipamente militare, generare de energie și telecomunicații, pentru alimentarea de urgență, în industrie (electroliza, topirea în cuptoare cu arc electric). , etc.).

Tensiune AC

Dacă schimbați periodic polaritatea potențialelor sau le mutați în spațiu, atunci cel electric se va repezi în direcția opusă. Numărul de astfel de schimbări de direcție într-un anumit timp este indicat de o caracteristică numită frecvență. De exemplu, standardul 50 înseamnă că polaritatea tensiunii din rețea se modifică de 50 de ori pe secundă.

Tensiunea în rețelele electrice de curent alternativ este o funcție de timp.

Cel mai des este folosită legea oscilațiilor sinusoidale.

Acest lucru se întâmplă din cauza a ceea ce se întâmplă în bobina motoarelor asincrone din cauza rotației unui electromagnet în jurul acesteia. Dacă extindeți rotația în timp, obțineți o sinusoidă.

Constă din patru fire - trei faze și unul neutru. tensiunea dintre firele neutru și de fază este de 220 V și se numește fază. Există și tensiuni între faze, numite liniare și egale cu 380 V (diferență de potențial între două fire de fază). În funcție de tipul de conexiune într-o rețea trifazată, puteți obține fie tensiune de fază, fie tensiune liniară.