Проводники в электрическом поле

Основы электротехники
Нет комментариев
248 просмотров

Проводники в электрическом полеЗаряженные частицы, типа электронов и ионов, находятся в постоянном активном перемещении по всему проводнику. Движение, в котором находятся проводники в электрическом поле, осуществляется под воздействием внешнего поля. Образующиеся при определенном уровне конденсации паров в металле электроны обладают функциями носителя заряда.

Потенциал и напряженность

Нейтральное состояние всегда сохраняется при отсутствии внешнего влияния. Внутренние электростатические параметры компенсируются наличием отрицательных и противоположных им зарядов внутри общего объема.
Перераспределение электронов начинается при введении проводника в наружное поле. Возникающий процесс перемещения происходит по всему заряженному телу, чтобы внутренние поля смогли компенсировать получаемое влияние.

В поле Е показатель в любой точке достигает нулевого значения. Потенциал становится постоянным благодаря нулевой разности внутренних потенциалов. Вывод однозначен – диэлектрическая проницаемость в этом случае стремится к бесконечности.

диэлектрическая проницаемость

Важный нюанс – напряженность направлена по нормали к плоскости, находящейся на этом участке. Если допустить касательную направленность, началось бы перемещение зарядов, нарушающее статическое распределение. Процесс, измеряемый наносекундами, обозначает установку во внешнее поле с появлением на его поверхности противоположного знака.

Экранирование выполняется на основании принципа непроникновения внешнего поля во внутреннюю часть. Нормальное поверхностное поле Еn компенсирует напряженность внешнего Е. Эквипотенциальность токопроводника – следствие перпендикулярной направленности напряженности Еn и нулевому показателю касательной Ет.

Для всех участков действительно значение φ = const, поскольку dφ/dl = — E = 0. Расположенные только на наружной части некомпенсированные заряды расталкиваются под воздействием кулоновских сил.
Суммарный заряд во внутреннем объеме равен нулю по теореме Остроградского-Гаусса.

Определение напряженности в непосредственной близости

напряженность электрического поля

Перпендикулярным к определенному участку dS будет вектор напряженности и его аналог электрического смещения D. Последний показатель пропорционален значению Е. Все это обеспечивает нулевое значение потока D через боковую поверхность.

Нулевым остается и поток вектора электрического смещения Фd через dS» благодаря размещению последнего внутри. Сопоставляя эти значения с параметрами формулы Остроградского-Гаусса: dФd = dq = σdS, можно сделать однозначный вывод о прямой зависимости напряженности вблизи проводника от плотности поверхностных зарядов.

Как проверяется распределение заряда

распределение заряда

Особенности расхождения бумажных лепестков в зонах с неодинаковой напряженностью:

  • Самое большое отклонение на участке с меньшей кривизной радиуса наблюдается по бокам.
  • В остальных точках можно констатировать равномерное распределение заряда, ведь здесь q = const.

Измерение потенциала электрометром показывает его максимальное значение на острие и плавное понижение через боковые поверхности до нуля с внутренней стороны.

Измерение потенциала электрометром

Нежелательным является утечка заряда и возникающая вследствие этого ионизация в месте расположения острия. Разносящийся из этой зоны поток частиц называют ионным ветром. Для создания электростатического двигателя подобное явление остается хорошей основой. Примерами демонстрации этого процесса служат колесо Франклина и сбивание пламени свечки, поднесенной к острию.

ионный ветер

Выравнивание потенциалов заряженного шарика из металла при соприкосновении с каким-либо проводником происходит благодаря частичной передаче заряда между телами. А вот при контакте с внутренней зоной полого проводника распределение заряда происходит лишь на внешней части.

Разница потенциалов при этом процессе не играет никакой роли. Выравнивание происходит даже в ситуации, когда данные показатели полого проводника больше, чем у шарика.

Можно говорить о перетекании большего потенциала к меньшему, что подтверждает вывод о его принадлежности к электрическим характеристикам.

Роберт Ван Де Грааф

Роберт Ван Де Грааф

Знаменитый американский физик провел ряд теоретических исследований и реализовал идею электростатического генератора, названного его именем.

электростатический генератор

Описанный выше эксперимент с полой сферой и заряженным шаром лежит в основе действия изобретения. Единственное отличие – процесс выполняется автоматически.

Положительный заряд ленты обеспечивается высоковольтным источником постоянного типа. Во внутреннюю часть сферы из металла заряд доставляется движением ленты. Распределение по внешней поверхности – функциональная обязанность острия. В результате по сравнению с землей появляется потенциал в миллионы вольт.

Это изобретение используется во многих ускорительных генераторах, применяемых в НИИ ядерной физики.

Конденсаторы и электрическая емкость

Появляющийся у разных проводников потенциал φ имеет разные значения. На величину данного параметра влияют габариты и форма проводника, но он всегда остается пропорциональным заряду.

потенциал

Это значение именуется коэффициентом пропорциональности, более известным, как электроемкость.

Обычно этой величиной обозначается заряд, необходимый для изменения потенциала проводника на единицу.
Расположенные в непосредственной близости проводники, представляющие из себя обкладки, называются конденсаторами. Линия электрического смещения между этими элементами имеет начало на положительно заряженном конденсаторе и оканчивается на отрицательном.

Емкость плоского конденсатора

Емкость плоского конденсатора

S – площадь обкладок; q – заряд конденсатора; σ — плотность заряда; ε – диэлектрическая проницаемость диэлектрика между обкладками; ε0 – диэлектрическая проницаемость вакуума.

Энергия конденсатора в заряженном состоянии

При замыкании обкладок проволокой часто происходит практически мгновенное расплавление перемычки. Следовательно, можно говорить о запасе энергии в конденсаторе. Ее количество определяется формулой:

Здесь, кроме показателя емкости С, имеется параметр мгновенного значения напряжения U на обкладках при выполняемой разрядке.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.

Наверх