Происхождение термина «электричество»
Древние учёные заметили, что янтарь (окаменевшая смола хвойных деревьев, которые росли на земле много сотен тысяч лет назад) при натирании его шерстью начинает притягивать к себе различные тела. По-гречески янтарь – «электрон» , отсюда произошёл термин
«ЭЛЕКТРИЧЕСТВО»
Электрический заряд
Существует два рода электрических зарядов
«положительные»
«отрицательные»
и
Тела, имеющие заряды одинакового знака, взаимно отталкиваются, а тела, имеющие заряды противоположного знака, взаимно притягиваются
Электрическое поле
В пространстве, где находится электрический заряд, существует
Сила, с которой электрическое поле действует на внесённый в него электрический заряд, называется
«электрической силой»
За единицу электрического заряда принят
«КУЛОН»
«электрическое поле»
Напряженность электрического поля
Характеристикой электрического поля является напряженность электрического поля.
Напряженностью электрического поля называется отношение силы, с которой поле воздействует на точечный заряд, к величине этого заряда
𝐸 𝐸𝐸 𝐸 = 𝐹 𝑞 𝐹 𝐹𝐹 𝐹 𝐹 𝑞 𝑞𝑞 𝐹 𝑞
Направление вектора напряженности совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд
𝐸 𝐸𝐸 𝐸 ⇈ 𝐹 𝐹𝐹 𝐹
Электрическое поле и его напряженность
Понятием «электрическое поле» мы обозначаем пространство, в котором проявляются действия электрического заряда
Q
q
Q – заряд, создающий электрическое поле;
q – пробный заряд, нанесенный, например, на легкий шарик, подвешенный на шелковой нити
Проводники – это вещества, в которых имеются свободные носители электрических зарядов. К проводникам относятся:- металлы; жидкие растворы и расплавы электролитов; плазма
Проводники - вещества, хорошо проводящие электрический ток, т.к. частицы этих веществ (молекулы или атомы) легко разделяются на отдельные заряженные частицы
Е = 0
перераспределение заряженных частиц внутри вещества приводит к появлению внутреннего индуцированного электрического поля, которое полностью компенсирует внешнее поле;
напряженность электрического поля внутри проводника обращается в 0
Eвнеш = Eвнутр
ПРОВОДНИКИ
ВЫВОД:
Внутри проводника электрического поля нет.
Весь статический заряд проводника сосредоточен на его поверхности.
Виды диэлектриков
Полярные
Состоят из молекул, у которых не совпадают центры распределения положительных и отрицательных зарядов
поваренная соль, спирты, вода и др.
Неполярные
Состоят из молекул, у которых совпадают центры распределения положительных и отрицательных зарядов.
инертные газы, О2, Н2, бензол, полиэтилен и др.
свободные носители электрического заряда не образуются;
области концентрации положительных и отрицательных зарядов имеют единый центр
НЕПОЛЯРНЫЕ ДИЭЛЕКТРИКИ
ПОЛЯРНЫЕ ДИЭЛЕКТРИКИ
NaCl
Na
Cl
+
-
свободные носители электрического заряда не образуются;
области концентрации положительных и отрицательных зарядов расположены в разных точках, поэтому каждая молекула обладает собственным электрическим полем
ДИЭЛЕКТРИКИ
ВЫВОД:
В электрическое поле связанные заряды диэлектрика смещаются в противоположные стороны, происходит поляризация диэлектрика.
Поляризованный диэлектрик сам создает электрическое поле.
Диэлектрическая проницаемость веществ
Вещество | ε | Вещество | ε |
Газы и водяной пар |
| Кислород жидкий (при t= –192,4 ºС) | 1,5 |
Работа электростатического поля
++++++++
-------
+
Поместим заряд +q в электрическое поле.
Под действием поля заряд переместится по направлению силовых линий.
Из рисунка находим:
r = d1 – d2
Во время движения на заряд действует сила F =qE, которая совершает работу:
A = Frcos(0°) = qE(d1 – d2) = -(qEd2 – qEd1)
Wп = qEd
A=- WП
= -(WП2 – WП1)
Эквипотенциальные поверхности
Однородное поле
Поле точечного заряда
Поверхность, все точки которой имеют равный потенциал, называется эквипотенциальной
При перемещении заряда перпендикулярно силовым линиям электрического поля A = q(φ1 – φ2) = 0, следовательно, φ1 = φ2
+
+
φ1
φ2
𝜑 1 𝜑 1 𝜑𝜑 𝜑 1 1 𝜑 1 𝜑 1
𝜑 2 𝜑 2 𝜑𝜑 𝜑 2 2 𝜑 2 𝜑 2
Итоги:
Напряженность | Разность потенциалов |
𝐸 𝐸𝐸 𝐸 , В м В м В В м м В м В м = Н Кл Н Кл Н Н Кл Кл Н Кл Н Кл | U, [В] |
силовая характеристика поля | энергетическая характеристика поля |
𝐸 = 𝐹 𝑞 𝐸=𝑘 𝑄 𝑟 2 | 𝑈= 𝜑 1 − 𝜑 2 = 𝐴 𝑞 |
𝐸= 𝑈 ∆𝑑 |
Работа электрического поля | A=𝑞𝑞𝐸𝐸∆𝑑𝑑=−∆ 𝑊 п 𝑊𝑊 𝑊 п п 𝑊 п | [Дж] |
Потенциальная энергия заряда в электрическом поле | 𝑊 п 𝑊𝑊 𝑊 п п 𝑊 п =𝑞𝑞𝐸𝐸𝑑𝑑 | |
Потенциал точки электрического поля | 𝜑𝜑= 𝑊 п 𝑞 𝑊 п 𝑊𝑊 𝑊 п п 𝑊 п 𝑊 п 𝑞 𝑞𝑞 𝑊 п 𝑞 =𝐸𝐸𝑑𝑑 | [В] |
Возьмем небольшой металлический полый шар и наденем его на электрометр (рис.). И будем равными порциями q переносить заряды на шар.
Если заряд проводника будет q, 2q, 3q, ..., nq, то его потенциал соответственно будет φ, 2φ, 3φ, ..., nφ, т.е. потенциал проводника прямо пропорционален величине его заряда.
Отношение заряда проводника к его потенциалу для данного проводника есть величина постоянная:
Величину, определяемую этим отношением, назвали электроемкостью проводника.
Электроемкость - это скалярная величина, характеризующая способность проводника накапливать электрический заряд
𝑪= 𝒒 𝝋
Емкостью 1 Ф обладал бы уединенный шар, находящийся в вакууме и имеющий радиус R9106 км, что примерно в 1400 раз больше радиуса Земли (электроемкость Земли С0,7 мФ).
Следовательно, фарад — очень большая величина, поэтому на практике используются дольные единицы - миллифарад (мФ), микрофарад (мкФ), нанофарад (нФ), пикофарад (пФ).
С 0,7 мФ
Как видно, для того чтобы проводник обладал большой емкостью, он должен иметь очень большие размеры. На практике, однако, необходимы устройства, обладающие способностью при малых размерах и небольших относительно окружающих тел потенциалах накапливать значительные по величине заряды, иными словами, обладать большой емкостью. Эти устройства получили название конденсаторов.
Конденсатор представляет собой два проводника, разделенные слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников.
Конденсатор
диэлектрик
обкладки
обкладки
Электроемкость не зависит ни от сообщенного проводникам заряда, ни от возникающей между ними разности потенциалов.
Емкость конденсатора зависит от геометрических размеров проводников, их формы, расположения и диэлектрической проницаемостью диэлектрика.
ε - диэлектрическая проницаемость диэлектрика,
ε0 =8,854*10-12 Ф/м- электрическая постоянная,
S - площадь обкладки (м2),
d - расстояние между обкладками конденсатора (м)
Область применения:
1) радиотехника и электротехника: колебательный контур, выпрямитель
2) в фототехнике всем известная фотовспышка
3) в лазерной технике
4) в элементах памяти ЭВМ и компьютере
5) при измерении влажности воздуха и древесины
6) емкостные датчики систем охраны
7) в системе защиты от короткого замыкания
Чтобы зарядить конденсатор, нужно совершить работу по разделению положительных и отрицательных зарядов. Согласно закону сохранения энергии эта работа равна энергии конденсатора
𝑊 П 𝑊𝑊 𝑊 П П 𝑊 П = 𝑞 2 2𝐶 𝑞 2 𝑞𝑞 𝑞 2 2 𝑞 2 𝑞 2 2𝐶 2𝐶𝐶 𝑞 2 2𝐶 = 𝑞∙𝑈 2 𝑞𝑞∙𝑈𝑈 𝑞∙𝑈 2 2 𝑞∙𝑈 2 = 𝐶∙ 𝑈 2 2 𝐶𝐶∙ 𝑈 2 𝑈𝑈 𝑈 2 2 𝑈 2 𝐶∙ 𝑈 2 2 2 𝐶∙ 𝑈 2 2
Электрический ток
означает движение или течение чего-либо
это упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц
представляет собой упорядоченное движение
свободных электронов
Слово «ток»
«Электрический ток»
«Электрический ток в металлах»
Постоянный и переменный ток
называется ток, который с течением времени не изменяется ни по величине, ни по направлению
называется ток, который с течением времени
изменяется и по величине и по направлению
Постоянным током
Переменным током
Сила тока
это отношение электрического заряда
«q»
прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени его прохождения
«t»
«Сила тока»
За единицу силы тока принят
I= 𝒒 𝒕
«АМПЕР»
Закон Ома
Закон Ома - один из основных физических законов
сила тока участка цепи
«I»
прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка
«U»
и обратно пропорциональна его сопротивлению
«R»
I = 𝑼 𝑹
66
Электроэнергия — энергия, передаваемая электрическим током, физический термин, широко распространённый в технике и в быту для определения количества электрической энергии, выдаваемой генератором в электрическую сеть или получаемой из сети потребителем.
Электроэнергия
Электроэнергия - способность электромагнитного поля совершать работу под действием приложенного напряжения в технологическом процессе её производства, передачи, распределения и потребления
Электрическая энергия является товаром.
Цена выражается в рублях за киловатт-час.
Электрическая цепь
Источник тока, приёмник, замыкающее устройство, соединённые между собой проводами, составляют простейшую электрическую цепь
Электрическая система состоит из источников и потребителей электроэнергии
Электрические машины
Электрическими машинами в электротехнике называют устройства, служащие для выработки электроэнергии и для преобразования её в другие виды энергии
«Генератор»
устройство, служащие для выработки
электроэнергии
«Электродвигатель»
устройство, служащие для преобразования электроэнергии
в механическую
работу
Трансформаторы
«Трансформатор»
устройство, служащее для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения без изменения частоты тока
Аккумуляторы
«Аккумуляторы»
гальванические источники тока
(от латинского слова «аккумуляре» - накоплять)
в гальваническом элементе происходят химические реакции, и их внутренняя энергия, выделяющаяся при этих реакциях, превращается в электрическую энергию
В основу полупроводниковых электротехнических устройств заложена способность некоторых материалов, пропускать электрический ток только в одном направлении
К таким материалам относятся:
«Германий»
«Кремний»
«Селен»
Полупроводниковые электротехнические
устройства
применяют для
преобразования
переменного тока в
постоянный ток
Полупроводниковые электрические устройства
© ООО «Знанио»
С вами с 2009 года.