Презентація "Загальні відомості про електричне поле"

ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ЕЛЕКТРИЧНЕ ПОЛЕЕЛЕКТРОСТАТИКАЕлектротехніка з основами промислової електроніки

Структурна схема розділу. Закон Кулона. Електричний заряд. Електричне поле. Робота поля. Закон збереження електричного заряду. Електрична ємність. Провідники та діелектрики в електричному поліНапруженість електричного поля. Потенціал та різниця потенціалів. Енергія електричного поля. Лінії напруженності електричного поля. Принципи суперпозиції полів

Електричне поле – це матеріальне середовище, яке виникає навколо електрично зарядженої частинки і в якому виявляється силова дія на електрично заряджені частинки

Будова атома Атом – найменша, електрично нейтральна,, хімічно неподільна, частинка речовини. Протон має позитивний заряд, електрон має негативний заряд. Заряд електрона за абсолютним значенням дорівнює заряду протона і відзначається знаком.

Явище електризаціїПроцес виникнення вільних носіїв електричних зарядів називається електризацією. При електризації завжди виконується закон збереження електричного заряду. Види електризаціїМеханічна дія (тертя, тиск, удар)Теплова дія. Хімічна дія. Освітлення і опромінення

Носії електричних зарядів в різних середовищах

Характеристики електричного поля. Електротехніка розглядає де-кілька характеристик електричного поля: Кількісна характеристика поля – напруженість;Графічна якісна характеристика розподілу електричного поля в просторі – силові лінії;Енергетична характеристика – електричний потенціал

Напруженість електричного поля. Напруженість електричного поля – це величина яка вимірюється відношенням сили що діє на будь-який заряд з боку електричного поля до величини цього заряду𝐸=𝐹𝑔 Де: F - сила, з якою поле діє на одиночний заряд, Н (Ньютон);g – величина заряду, який взаємодіє з полем, Кл (Кулон)Напруженість вимірюється в Н/Кл

Силові лінії електричного поля Силовою лінією електричного поля називають лінію, дотична до якої у кожній точці співпадає з направленням напруженості в цій точці. Властивості силових ліній: Не замкнуті;Не перетинаються;Безперервні;Напрям співпадає з напрямом вектора напруженості;Початок на +g або в безкінечності, кінець – на –g або в безкінечності;Густіше поблизу зарядів (де більше напруженість);Перпендикулярно до поверхні провідника.

ТЕОРЕМА ГАУСА  Теорема Гаусса стверджує: Потік вектора напруженості електростатичного поля через довільну замкнену поверхню дорівнює алгебраїчній сумі зарядів, розташованих всередині цієї поверхні, діленої на електричну постійну (е,лектричну проникність вакууму, яка дорівнює ) ε0 . Математичний запис закону: N =𝐸ₙ𝑑𝑆= 𝑄/ɛ₀ Йоган Гаусс. Ф/м. Теорема Гаусса (Остроградського - Гаусса) є складовою системи рівнянь Максвела, використання яких дозволяють проводити розрахунки електричних кіл будь-якої складності

Електричний потенціал Потенціал електричного поля — енергетична характеристика електричного поля; скалярна величина, що дорівнює відношенню потенціальної енергії заряду в полі, до величини цього заряду. У системі одиниць СІ  і на практиці електричний потенціал вимірюється у Вольтах.φ=Wₚ    g         Об'єднуючи в електричному полі точки, які мають однаковий потенціал, отримуємо будь-які поверхні, що називаються поверхнями рівного потенціалу або еквіпотенціальними поверхнями.

Закон кулона. Експериментально з задовільною точністю цей закон вперше встановив Генрі Кавендіш у 1773 році. Але результати своєї роботи не опублікував. Закон Кулона — один з основних законів електростатики, який визначає величину та напрямок сили взаємодії між двома нерухомими точковими зарядами. Шарль Кулон опублікував закон 1785 році.

Закон кулона 𝑭 =𝐠₁×  𝐠₂  𝒓²×ɛ , НДе: g₁ і g₂ – величини електричних зарядів, Кл r - відстань між електричними зарядами, м ε - діелектрична проникність середовища Сила взаємодії двох заряджених частинок прямопропорційно залежить від величини їх зарядів;Сила взаємодії двох заряджених частинок обернено пропорційно залежить від відстані між ними;Взаємодія двох зарядів відбувається по силовим лініям, які з’єднують ці заряди. При чому – одноіменні заряди притягуються, а різноіменні - відштовхуються;Сила взаємодії двох заряджених частинок залежить від характеристики середовища, в якому вона відбувається.

Діелектрична проникність Діелектрична проник-ність (діелектрична ста-ла) середовища ɛ - без-розмірна величина, що характеризує ізоляційні властивості середовища. Вона показує у скільки разів взаємодія між зарядами в однорідному середовищі менше ніж у вакуумі. Абсолютна діелектрична проникність де-яких речовин (середовищ)

Робота електричного поля. Робота електричного поля по перенесенню заряду визначається: А= g ×Е ×Δd,Де:             g  - величина електричного заряду;                    Е – напруженість електричного поля;Δd −відстань, на яку переноситься заряд Висновки: Робота кулонівських силпо перенесенню зарядів не залежить від довжини і форми траекторії;Робота, що виконується по замкненому контуру дорівнює нулю 

Робота електричного поля. напруга Оскільки електричне поле є потенційним, то його робота полягає в переміщенні заряду g з точки поля з потенціалом φ₁ у точку з потенціалом φ₂ (φ₁ −  φ₂)×g  =  А В практичній електротехніці ця величина називається напругою і є однією з якісних характеристик електричної енергіїφ₁ −  φ₂   =  𝑈 Напруга вимірюється у вольтах 

Закон збереження електричного заряду Сучасне формулювання цього закону:«В електрично ізольованій системі алгебраїчна сумма зарядів залишається постійною» Вперше цей закон сформулював майбутній президент Сполучених Штатів Америки Бенджамін Франклін в 1747 році «Електричний заряд не створюється й не зникає, а передається від тіла до тіла або переміщується всередині цього тіла»

Принцип суперпозиції електричних полів Якщо поле утворене не одним зарядом, а декількома, то результуючу силу, що діє на пробний заряд з боку системи зарядів, визначають векторною сумою всіх сил, з якими діяли б заряди системи окремо на цей пробний заряд. Принцип суперпозиції формулюється: Напруженість електричного поля системи N зарядів дорівнює векторній сумі напруженостей полів, створюваних кожним з них окремо: Е = Е1 + Е2 + … + ЕN

Провідники та діелектрики в електричному полі Речовина, внесена до електричного поля, може істотно змінити його. Це пов'язано з тим, що речовина складається із заряджених частинок. При відсутності зовнішнього поля частинки розподіляються усередині речовини так, що створюване ними електричне поле дорівнює нулю. За наявності зовнішнього поля відбувається перерозподіл заряджених частинок і в речовині виникає власне електричне поле. Повне електричне поле складається відповідно до принципу суперпозиції із зовнішнього поля і внутрішнього поля яке створюється всередині речовини.

Провідники в електричному полі Провідник – це речовина (середовище), яке має вільні носії електричних зарядів (електрони або іони), а відповідно – забезпечити протікання електричного струму В результаті напруженість електричного поля всередині провідника дорівнює нулю, а поверхня провідника є еквіпотенціальною. На вільні заряди всередині провідника діє сила F = e × E₁, в результаті виникає короткочасний струм, який діє до тих пір, поки не Е₁ = - Е᾿ (Е₁ - напруженість зовнішнього електричного поля; Е᾿ - напруженість, створена перерозподіленням зарядів )

діелектрики в електричному поліВИЗНАЧЕННЯ ТА КЛАСИФІКАЦІЯДіелектрики – це речовини, які не мають вільних носіїв електричних зарядів, а значить – не проводять електричний струм. За характером просторового розміщення заряджених частинок у молекулах діелектрики поділяють на: Неполярні (наприклад N₂, H₂, O₂, CO₂) – це діелектрики, які мають симетричну будову, тобто у них центри позитивних і негативних зарядів за відсутності електричного поля співпадають. Полярні (наприклад СО, Н₂О, SO₂) – це діелектрики, центри позитивних і негативних зарядів у яких за відсутностті електричного поля не співпадають (молекули, диполі).Іонні (наприклад Na Cl, KCl) – це тверді діелектрики, іонні кристалів яких є просторовими гратками з чергуванням іонів різних знаків

діелектрики в електричному полінеполярні діелектрики. В електричному полі молекули деформуються, в результаті чого утворюються диполі, орієнтовані вздовж силових ліній . Відбувається поляризація діелектрика Е᾿ ↑ ↓ Е₁Електричне поле послаблюється

діелектрики в електричному поліполярні діелектрики. В електричному полі диполі орієнтуються вздовж силових ліній . Відбувається поляризація діелектрика. Зв’язані заряди на поверхні діелектрика створюють всередині нього поле (індукційне), яке ослаблює зовнішне електричне поле. Е᾿ ↑ ↓ Е₁

діелектрики в електричному полііонні діелектрики Кристалічні решітки іонних діелектриків - це дві підрешітки утворені іонами одного знаку, вставлених одна в одну. При відсутності дії електричного поля кожна кожна кристалічна комірка і кристал в цілому нейтральні і неполярні. В зовнішньому електричному полі іони підрешіток зміщуються відносно одна одної в протилежних напрямках, в результаті чого на протилежних гранях кристала будуть переважати іони одного знаку, тобто кристал в цілому поляризується .

Електрична ємність. Електрична ємність — здатність тіла накопичувати електричний заряд. В 1745 році в м. Лейдені голандський фізик Пітер Ван Мушенбрук разом з німецьким колегою Евальдом Юргеном фон Клейстом створили перший накопичувач енергії і назвали його лейденською банкою. Лейденська банка королівського шотландського музею в едінбурзі

Електрична ємність. Електричною ємністю провідника С називають величину, що дорівнює відношенню заряду g, наданого провіднику до його потенціалу (напруги): С = g/𝛗 = g/UОдиниця електричної ємності в СІ – Фарада (Ф)1 Ф = 1 Кл/1 В Пристроєм для накопичення електричної енергії є конденсатор. Найпростіший за конструкцією є плаский конденсатор, який складається з двох провідникових пластин розділених шаром діелектрика. Ємкість плаского конденсатора з пластинами площею S та відстанню між ними d, заповненого діелектриком з відносною діелектричною проникністю ɛ: С=ɛ×ɛ×𝑺𝒅 Майкл Фарадей

Електрична ємністьконденсаторипаперовийзагальний виглядбудоваалюмінієвафольга. Парафінований папірзмінної ємностіелектролітичний. Аналогія, що пояснює принцип дії конденсатора

Електрична ємністьмаркування конденсаторів. Серія конденсатора. С –конденсатор. В – діелектрик (неполярна органічна плівка)В – матеріал діелектрика(поліпропілен)60 – пластиковий корпус. Номінальна ємність25 мк. ФНомінальна напруга (~)450 В АСКЛІМАТИЧНЕ ВИКОНАННЯ40 – мінімальна допустима температура - -40°С85 – максимальна допус-тима температура - +85°С21 – випробування нагріван-ням в вологому сереовищі – протягом 21 дня. Самовідновлювальний. SH – Self-healing. Допустиме відхилення ємності± 5 %Робоча частота50 – 60 HZКлас захисту. Р0 - без захисту Р1 – безпека здійснюється зовнішніми засобами (запобіжниками) Р2 – з вмонтованими засобами захисту Ресурс. А – 30000 годин. В – 10000 годин. С – 3000 годин. D – 1000 годин. Розшифровка маркування конденсатора СВВ60 Кольорове маркування конденсаторів

Електрична ємністьз’єднання конденсаторівпаралельнепослідовне. U = U₁ = U₂g = g₁ + g₂    𝟏    𝐂=  𝟏     𝑪₁+  𝟏     𝑪₂ U = U₁ + U₂g = g₁ = g₂

Енергія електричного поля. Згідно закону збереження енергії робота, яка виконується електричним полем при переміщенні зарядженої частинки дорівнює кінетичній енергії яку набула ця частинка. А =m. V²/2 = W Енергія (робота) вимірюється в джоулях (Дж). Щільність енергії електростатичногополя

Це – все! Дякую за увагу!Викладач електротехнічних спецдисциплін ДНЗ «Михайлівське ВПУ» Голуб Т. М.

літератураhttps://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%BD%D0%B0_%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%80%D1%96%D0%BD%D0%BA%D0%B0 А. А. Иванов, П. Н. Монтик Электротехника и основы электроники, Одесса, Друк., 2000 г.