Основы электротехники

Основы Электротехники Тема 1

Электрические свойства тел объясняются присутствием в них заряженных частиц. Такие частицы, как электрон и протон, имеют равные по абсолютному значению заряды, при этом заряд электрона отрицателен, а заряд протона положителен. Указанные частицы вместе с нейтронами входят о состав атомов вещества, однако они могут находиться и в свободном состоянии. Если тело заряжено, то в нем преобладают положительные или отрицательные заряды; если число тех и других зарядов одинаково, то тело в электрическом отношении нейтрально. Тела с одноименными зарядами отталкиваются, тела с разноименными зарядами притягиваются. Электрически заряженное тело неразрывно связано с окружающим его электрическим полем, через которое и осуществляется взаимодействие электрически заряженных тел. Электрическое поле – одна из двух сторон электромагнитного поля, характеризующаяся воздействием на электрически заряженную частицу с силой, пропорциональной заряду частицы и не зависящей от ее скорости.

Закон Кулона. Напряженность электрического поля Взаимодействие точечных заряженных тел описывается законом Кулона. Сила взаимодействия F между точечными заряженными телами Q и q, расположенными в данной среде на расстоянии R друг от друга (см. рис.), прямо пропорциональна произведению зарядов этих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними: где Q и q – значения зарядов, Кл (1 Кл = 6,3*1018 зарядов электрона);  – относительная диэлектрическая проницаемость среды, показывающая, во сколько раз сила взаимодействия в данной среде меньше, чем в вакууме (величина безразмерная); 0 = 8,8610–12 Ф/м – электрическая постоянная. Напряженность электрического поля в данной точке определяется силой, действующей на помещенное в эту точку пробное тело, обладающее единичным положительным зарядом. Единица напряженности [E] = Н/Кл (ньютон на кулон).

Потенциал. Электрическое напряжение Пусть уединенное неподвижное точечное заряженное тело е зарядом Q расположено в произвольной точке горизонтальной плоскости (см. рис.). Если в точке А окажется пробное заряженное тело с зарядом q, то под действием силы FA оно станет перемешаться. При этом за счет энергии поля заряда Q будет совершаться определенная работа. Потенциалом электрического поля заряда Q в данной точке называют величину, численно равную работе, которую совершает поле, перемещая пробное тело, обладающее единичным положительным зарядом, из данной точки в бесконечность: Единица потенциала [] = 1 Дж / 1 Кл = 1 В. Потенциал данной точки поля равен 1 В, если при переносе пробного тела с зарядом в 1 Кл из данной точки в бесконечность совершается работа в 1 Дж. В том случае, когда заряженное тело, создающее поле, имеет отрицательный заряд, поле будет препятствовать удалению пробного заряженного тела, т. е. потенциал поля будет отрицательным. Электрическим напряжением или разностью потенциалов между двумя точками поля называют величину, численно равную работе, которую совершает поле, перемещая между этими точками пробное тело, обладающее единичным положительным зарядом.

Понятие электрической емкости Если изолированному проводнику сообщить электрический заряд, то вокруг такого проводника образуется электрическое поле, а сам проводник приобретет потенциал. Чем больше величина заряда Q, тем выше потенциал  проводника и тем большей потенциальной энергией обладает электрическое поле. Для данного проводника, находящегося в неизменной среде, отношение заряда к потенциалу есть величина постоянная. Эта величина называется электрической емкостью или просто емкостью данного проводника и обозначается буквой С и определяется по формуле: Единицей емкости служит фарад (Ф). Фарад – это емкость такого проводника, потенциал которого повышается на 1 В при сообщении проводнику заряда 1 Кл. Фарад – крупная единица, поэтому часто емкость выражают в микрофарадах (1 мкФ= 10–6 Ф) и пикофарадах (1 пФ = 10–12 Ф). Емкость проводника не зависит от массы проводника и от того, из какого материала он сделан. Но емкость проводника находится в прямой зависимости от диэлектрической проницаемости среды.

Электрическая емкость конденсатора Конденсатор представляет собой устройство, состоящее из двух металлических пластин или проводников произвольной формы (обкладок), разделенных диэлектриком. Простейший по устройству плоский конденсатор образуется плоскими параллельно расположенными металлическими пластинами, разделенными слоем изоляции (см. рис.). Если пластины конденсатора присоединить к источнику питания с постоянным напряжением U, то на них образуются равные по величине, но противоположные по знаку электрические заряды +Q и –Q. Явление накопления заряда в конденсаторе связано с возникновением электрического поля в его диэлектрике. Под действием сил поля на поверхностях диэлектрика, прилегающих к его обкладкам, возникают связанные заряды. Они отталкивают одноименные заряды обкладок и притягивают разноименные. В результате на одной обкладке конденсатора образуется положительный заряд, а на другой – отрицательный. Емкостью конденсатора называется величина, численно равная заряду, который нужно сообщить одной из обкладок, чтобы разность потенциалов (напряжение) между ними повысилась на единицу, т. е.