Дать понятие силовой и энергетической характеристики электрического поля.

Шпоры по дисциплине

«Теоретические Основы Электротехники».

1. Дать понятие о формах материи: вещество и поле. Охарактеризовать электромагнитное поле как особую форму материи.

Материя - общий термин, определяющийся множеством всего содержимого пространства-времени и влияющее на его свойства.

Вещество и поле - фундаментальные физические понятия, обозначающие два основных вида материи на макроскопическом уровне.

Вещество - совокупность дискретных образований, обладающих массой покоя (атомы, молекулы и то, что из них построено).

Поле - вид материи, характеризующейся непрерывностью и имеющей нулевую массу покоя:

· электромагнитное поле;

· поле тяготения (гравитационное поле).

Поле, в отличие от вещества, не имеет внутренних пустот, обладает абсолютной плотностью.

Электромагнитное поле (ЭМП) - это особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между заряженными частицами. Переменное электромагнитное поле представляет собой совокупность магнитного и электрического полей. Электрическое поле возникает при наличии напряжения на токоведущих частях, а магнитное – при прохождении тока по токоведущим частям.

Электромагнитное поле обладает энергией и распространяется в виде электромагнитных волн. Скорость распространения колебаний в воздухе v равна скорости света 3*10⁸ м/с.

Область распространения электромагнитных волн от источника излучения условно разделяют на три зоны: ближнюю (имеющую радиус менее 1/6 длины волны), промежуточную и дальнюю (расположенную на расстоянии более 1/6 длин волн от источника).

В ближней и промежуточной зонах электромагнитная волна еще не сформирована, поэтому интенсивность ЭМП в этих зонах оценивается раздельно напряженностью электрической Е (В/м) и магнитной Н (А/м) составляющих поля.

Дать понятие силовой и энергетической характеристики электрического поля.

Электрическое поле — одна из двух компонент электромагнитного поля, представляющая собой векторное поле, существующее вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом, а также возникающее при изменении магнитного поля (например, в электромагнитных волнах). Электрическое поле непосредственно невидимо, но может быть обнаружено благодаря его силовому воздействию на заряженные тела.

Характеристики электрического поля:

· Силовая характеристика - напряженность (Е, вектор);

· Энергетическая характеристика - потенциал (Фи, скаляр).

Силовую характеристику электрического поля определяет его напряженность.

Основная силовая характеристика электрического поля – это напряжённость электрического поля (Е), определяемая силой (F), действующей на точечный (единичный) электрический заряд (Q), помещенный в данную точку поля.

В общем случае напряженность поля Е = F/Q. Т. е. напряженность в данной точке пространства есть отношение силы, действующей на заряд, помещенный в эту точку к величине этого заряда.

С помощью величины напряженности представляется возможным оценивать интенсивность электрического поля и определять силу, действующую со стороны поля на заряженную частицу.

Энергетическая характеристика электрического поля – потенциал электрического поля.

Он представляет собой работу которую нужно совершить против сил электрического поля для того чтобы переместить единичный положительный точечный заряд находящийся на бесконечности в данную точку поля.

Измеряется потенциал электрического поля в вольтах.

Потенциал электрического поля представляет собой отношение потенциальной энергии к заряду. Как известно электрическое поле является потенциальным. Следовательно, любое тело, находящееся в этом поле обладает потенциальной энергией. Любая работа, которая будет совершаться полем, будет происходить за счет уменьшения потенциальной энергии.

3. Сформулировать закон Кулона. Охарактеризовать основные характеристики электрического поля: напряженность, электрический потенциал, электрическое напряжение.

Электрическое поле — одна из двух компонент электромагнитного поля, представляющая собой векторное поле, существующее вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом, а также возникающее при изменении магнитного поля (например, в электромагнитных волнах).

Основные характеристики электрического поля:

· Напряжённость - векторная физическая величина, характеризующая электрическое поле в данной точке и численно равная отношению силы F, действующей на неподвижный точечный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда q:

.

Напряженность электрического поля — это отношение силы, действующей на заряд, к величине заряда.

· Электрический потенциал - временная компонента четырёхмерного электромагнитного потенциала, называемый также иногда скалярным потенциалом (скалярным — в трёхмерном смысле; скаляром в релятивистском смысле — инвариантом группы Лоренца — он не является, то есть не является неизменным при смене системы отсчёта).

Через электрический потенциал φ выражается напряжённость электрического поля:

где

где — оператор градиента (набла),

— векторный потенциал, через который выражается (также) магнитное поле.

· Электрическое напряжение - физическая величина, которая равна работе электрического поля по перемещению единичного заряда из одной точки в другую.

Напряжение (U) равно отношению работы электрического поля по перемещению заряда

к величине перемещаемого заряда на участке цепи: U=

Единица измерения напряжения в системе СИ: [U] = 1 B

Закон Кулона - это закон, описывающий силы взаимодействия между неподвижными точечными электрическими зарядами.

Был открыт Шарлем Кулоном в 1785 г. Проведя большое количество опытов с металлическими шариками, Шарль Кулон дал такую формулировку закона: Модуль силы взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме прямо пропорционален произведению модулей этих зарядов и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними.

Современная формулировка: Сила взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме направлена вдоль прямой, соединяющей эти заряды, пропорциональна их величинам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Она является силой притяжения, если знаки зарядов разные, и силой отталкивания, если эти знаки одинаковы.