Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей

Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей

Поле неподвижных электрических зарядов называют электростатическим нолем, являющимся наиболее простым случаем электромагнитного поля. В обычных условиях в достаточно большом элементе объема тела находятся в среднем равное количество положительно и отрицательно заряженных частиц или, другими словами, положительных и отрицательных электрических зарядов, и тело является электрически нейтральным.

В электрически заряженном теле преобладают положительные или отрицательные заряды. Электрически заряженные тела и частицы окружены электрическим полем, в общем случае изменяющемся во времени.

Если в электрическое поле, которое окружает электрически заряженную частицу вещества, внесли другую заряженную частицу (пробный заряд), то последняя будет испытывать действие силы поля, причем сила поля оказывается пропорциональной величине пробного заряда и может иметь разную величину в различных точках пространства.

Напряженность электрического поля есть векторная величина, характеризующая электрическое поле и определяющая силу, действующую на заряженную частицу со стороны электрического поля.

Напряженность электрического поля есть векторная величина, равная пределу отношения вектора силы, с которой электрическое поле действует на неподвижное точечное заряженное тело, внесенное в рассматриваемую точку поля, к величине заряда этого тела, когда его заряд стремится к нулю:

Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей

Из (1.1) видно, что направление напряженности совпадает с направлением силы, действующей на положительно заряженное точечное тело.

Воспользуемся экспериментально установленной Кулоном зависимостью:

Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей

где: Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей и Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей — величины точечных электрических зарядов двух тел, которые расположены в однородной изотропной среде на расстоянии Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей друг от друга; Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей — абсолютная диэлектрическая проницаемость среды, которая связана соотношением Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей. Здесь Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей — относительная диэлектрическая проницаемость вещества, a Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей — диэлектрическая постоянная вакуума равная Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей.

Если определить напряженность поля во всех его точках, можно провести ряд линий так, чтобы в каждой точке этих линий касательные к ним совпадали по направлению с вектором напряженности поля (рисунок 1.1).

Эти линии называют линиями напряженности электрического поля. На чертеже их изображают со стрелками, указывающими направление вектора Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей. Совокупность таких линий образует картину электрического поля. Если второй заряд Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей выбрать в качестве пробного и в выражение (1.1) подставить формулу (1.2), то получим:

Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей

где Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей — единичный радиус-вектор.

В соответствии с формулой (1.3) появляется физическая интерпретации вектора напряженности электрического поля как силы, численно равной силе, действующей на единичный положительный пробный заряд Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей. Единицей измерения является В/м.

На заряд Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей (рисунок 1.1), расположенный в произвольной точке электрического поля, действует сила:

Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей

При переносе этого тела из точки Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей в точку Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей на участке Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей сила электрического поля выполняет работу Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей, а на всем пути от точки Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей до точки Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей:

Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей

Величиной падения напряжения Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей, между точкой Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей и Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей принято называть работу сил электрического поля при переносе единичного положительного электрического заряда из точки Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей в точку Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей в областях не занятых источниками энергии.

Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей

Единицей измерения напряжения является вольт (В). Если путь Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей совпадает с линией напряженности поля, то Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей, откуда единица измерения напряженности — В/м.

Если точка Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей будет перемещена в точку Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей и далее в бесконечность, где нет источников поля, так как Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей стремится к бесконечности и напряженность равна нулю, то падение напряжения Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей зависит только от координат точки Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепейОсновные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей и, таким образом, является характеристикой поля в ней. Полученная скалярная величина называется электрическим потенциалом точки Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей

Если выбрать заряд Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей, то электрическим потенциалом точки а является работа сил электрического поля по переносу единичного положительного заряда из данной точки а в бесконечность, где нет источников поля:

Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей

Рассмотрим разность потенциалов между точкой Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей и Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей:

Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей

В соответствии с формулой (1.5) Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей,. Следовательно, разница потенциалов между точкой Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей и Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей является падением напряжением между точками Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей и Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей и не зависит от формы пути. Работа сил электрического поля по переносу электрического заряда по замкнутому контуру из точки Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей в точку Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей и наоборот из точки Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей в точку Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей равна нулю. Действительно:

Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей

Поля, для которых выполняется равенство (1.7), принято называть потенциальными, независимо от физической природы вектора Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей.

Под электрической емкостью одиночного заряда тела понимают отношение величины заряда тела к величине потенциала этого тела Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей. В системе СИ емкость измеряется в фарадах Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей и кратных ей единицах:

микрофарадах (мкФ) и пикофарадах (пФ), при этом Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей, Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей

Кроме величин векторов Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей следует учитывать явление поляризации вещества:

Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей

где: Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей — вектор поляризованности вещества; Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей — электрический момент двух равных по значению и противоположных по знаку зарядов, находящихся на расстоянии Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей (это векторная величина, направленная от заряда — Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей к заряду + Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей).

В поляризованном веществе молекулы в электрическом отношении представляют собой диполи.

Для большинства диэлектриков вектор поляризации Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей пропорционален напряженности электрического поля Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей (Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей — электрическая восприимчивость).

Интенсивность электрического поля характеризуется вектором электрической индукции или вектором электрического смещения Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей:

Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей

где Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей — относительная диэлектрическая проницаемость.

В системе СИ величины Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей и Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей имеют одну и ту же единицу: кулон деленный на метр в квадрате Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей.

Одной из важнейших теорем электростатики является теорема Гаусса.

Поток вектора электрической индукции (электрического смещении) через любую замкнутую поверхность, окружающую некоторый объем, равен алгебраической сумме свободных зарядов, находящихся внутри этой поверхности:

Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей

Из этой формулы следует, что вектор Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей в однородных средах не зависит от диэлектрических свойств среды Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей.

Эта страница взята со страницы задач по электротехнике:

Электротехника — решения задач и примеры выполнения заданий

Возможно эти страницы вам будут полезны:

Проводники, диэлектрики и полупроводники
Электрические токи проводимости, переноса и смещения
Теорема компенсации
Линейные соотношения в линейных электрических цепях