Название: Электрическое поле 2
Вид работы: реферат
Рубрика: Коммуникации и связь
Размер файла: 532.18 Kb
Скачать файл: referat.me-167926.docx
Краткое описание работы: Реферат по дисциплине электротехника тема: «Электрическое поле» Выполнил: Секин Д.А. Проверил: преподаватель Торпищин А.А. Электрическое поле — особый вид материи, существующий вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом, а также в свободном виде при изменении магнитного поля (например, в электромагнитных волнах).
Электрическое поле 2
Реферат
по дисциплине электротехника
тема: «Электрическое поле»
Выполнил:
Секин Д.А.
Проверил: преподаватель
Торпищин А.А.
Электрическое поле — особый вид материи, существующий вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом, а также в свободном виде при изменении магнитного поля (например, в электромагнитных волнах). Электрическое поле непосредственно невидимо, но может наблюдаться благодаря его силовому воздействию на заряженные тела.
Электрическое поле можно рассматривать как математическую модель, описывающую значение величины напряжённости электрического поля в данной точке пространства Дуглас Джанколи писал так: «Следует подчеркнуть, что поле не является некой разновидностью вещества; правильнее сказать, это чрезвычайно полезная концепция… Вопрос о „реальности“ и существовании электрического поля на самом деле — это философский, скорее даже метафизический вопрос. В физике представление о поле оказалось чрезвычайно полезным — это одно из величайших достижений человеческого разума».
В классической физике, применимой при рассмотрении крупномасштабных (больше размера атома) взаимодействий электрическое поле рассматривается как одна из составляющих единого электромагнитного поля и проявление электромагнитного взаимодействия. В квантовой электродинамике — это компонент электрослабого взаимодействия.
Эффект поля заключается в том, что при воздействии электрического поля на поверхность электропроводящей среды в её приповерхностном слое изменяется концентрация свободных носителей заряда. Этот эффект лежит в основе работы полевых транзисторов.
Основным действием электрического поля является силовое воздействие на неподвижные (относительно наблюдателя) электрически заряженные тела или частицы. Если заряженное тело фиксировано в пространстве, то оно под действием силы не ускоряется. На движущиеся заряды силовое воздействие оказывает и магнитное поле (вторая составляющая силы Лоренца).
Для количественного определения электрического поля вводится силовая характеристика - напряженность электрического поля. Обозначается буквой E
и находится по формуле:
Напряженностью электрического поля называют векторную физическую величину, равную отношению силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд, помещённый в данную точку пространства, к величине этого заряда. Направление вектора совпадает в каждой точке пространства с направлением силы, действующей на положительный пробный заряд. В Международной системе единиц (СИ) напряженность электрического поля измеряется в вольтах на метр: в/м .
Напряженность электрического поля как любая механическая сила характеризуется как численным значением, так и направлением в пространстве (рис. 1), т. е. является векторной величиной.
Она изображается на чертеже отрезком, длина которого в определенном масштабе выражает числовое значение величины E
., а стрелка указывает ее направление.
Рис. 1 Напряженность электрического поля в точке А
Если в формуле Кулона один из зарядов принять равным единице, то мы получим силу, действующую на единицу заряда, т. е. напряженность электрического поля
На рис. 2а графически показана напряженность электрического поля в точках А и В, удаленных на расстояние r1 и r2 от положительного заряда q, помещенного в какой-либо среде.
а) б)
Рис 2 Напряженность электрического поля в разных точках пространства
Как видно из чертежа, напряженность поля достаточно малого (точечного) положительного заряда направлена от заряда вдоль радиуса. Напряженность поля в точках А и В, разноудаленных от заряда q, различна и убывает по мере удаления от заряда q обратно пропорционально квадрату расстояния. На рис. 2б графически показана напряженность электрического поля в точках А и В, удаленных на расстояние r1 и r2 от одиночного отрицательного заряда—q, находящегося в какой-либо среде. Напряженность поля в этом случае направлена вдоль радиуса к заряду.
Рассмотрим теперь, чему равна напряженность поля, созданного двумя электрическими зарядами +q1
и -q2
в некоторой точке А (рис. 3).
Рис. 3 Определение напряженности поля, образованного двумя зарядами
Если убрать заряд —q2 , то напряженность поля в точке А, созданная зарядом +q2 , будет E 1 , Наоборот, если убрать заряд +q1 . то напряженность поля в точке А, созданная зарядом —q2 , будет E 2 . Так как напряженности E 1 и E 2 направлены под углом одна к другой, то для получения результирующей напряженности поля E от совместного действия зарядов +q1 и —q2 необходимо напряженности E1 и E 2 сложить по правилу параллелограмма. Тем же способом можно вычислить и построить напряженность в любой точке поля при любом числе электрических зарядов.
Положительный электрический заряд, внесенный в поле положительно заряженного тела шарообразной формы, будет отталкиваться по прямой линии, являющейся продолжением радиуса заряженного тела.
Помещая электрический заряд в различные точки поля заряженного шара и отмечая траектории движения заряда под действием его электрических сил, мы получим ряд радиальных прямых, расходящихся от шара во все стороны. Эти воображаемые линии, по которым стремится двигаться положительный, лишенный инерции заряд, внесенный в электрическое поле, как было указано выше, называются электрическими силовыми линиями. Ясно, что в электрическом поле можно провести любое число силовых линий. С помощью силовых линий можно графически изобразить не только направление, но и величину напряженности электрического поля в данной точке. Если условиться проводить силовые линии так, чтобы через квадратный сантиметр поверхности, перпендикулярной к этим линиям в данной точке поля, проходило такое их количество, которое было бы равно напряженности поля в этой точке, то этот графический прием позволит нам судить о величине напряженности в данной точке поля по густоте силовых линий.
На рис. 4а
дано электрическое поле положительно заряженного шара, удаленного от других зарядов, а на рис. 4б
дано поле отрицательно заряженного шара.
а) б)
Рис 4 Силовые линии а) положительно и б) отрицательно заряженного шара
Рассмотрим более сложное электрическое поле между двумя разноименными точечными зарядами (рис. 5а ). Возьмем точку А и построим для нее вектор напряженности с учетом одновременного действия двух заряженных тел.
а)
б)
в)
Рис.5 Направление поля в различных точках пространства
На конце вектора напряженности E 1 ставим точку Б и строим вектор напряжения в этой точке. В точке В , установленной на конце вектора напряженности E 2 строим вектор напряженности и т. д. Ломаная линия АБВГД показывает направление электрического поля в точках А, Б, В, Г и Д. При большем числе промежуточных точек (рис. 5 б ) ломаная линия, соединяющая эти точки, будет точнее передавать направления поля.
Точное представление о направлении поля даст линия с бесконечно большим числом этих точек на ней. При этом ломаная линия переходит в некоторую плавную кривую (рис. 5 в ). Направление поля в данной точке совпадает с вектором напряженности и может быть указано направлением касательной к силовой линии в этой же точке.
На рис. 6а дано изображение электрического поля двух физически точечных разноименных зарядов, а на рис. 6б — двух одноименных зарядов.
а) б)
Рис. 6 Электрические поля двух разноименных(а) и двух одноименных(б)
Электрическое поле, напряженность которого в разных точках пространства одинакова по величине и по направлению, называется однородным, или равномерным. Практически однородное поле получается между большими параллельными пластинами (рис. 7).
Рис 7 Однородное электрическое поле
Однородное электрическое поле изображается параллельными линиями, расположенными на одинаковых расстояниях одна от другой.
Так как одноименные заряды взаимно отталкиваются, то электрический заряд сосредоточивается только на внешней поверхности проводника. Количество электричества, приходящееся на единицу поверхности заряженного тела, называется поверхностной плотностью электрического заряда. Величина плотности электрического заряда зависит от количества электричества на теле, а также от формы поверхности проводника. На телах правильной формы (шар, очень длинные проводники круглого сечения) электрический заряд распределяется равномерно. Поэтому поверхностная плотность электрического заряда во всех точках поверхности таких тел будет одинакова.
На проводниках неправильной формы заряд распределяется неравномерно. Большая плотность электричества будет на выступах, выпуклостях, меньшая — во впадинах, углублениях.
Особенно велика плотность электричества на остриях. Поэтому части заряда, находящиеся на острие тела неправильной формы, будут испытывать силы отталкивания, стремящиеся удалить эти части заряда с поверхности тела. Большая часть заряда, скопившаяся на острие проводника, может образовать в этом месте сильное электрическое поле, под влиянием которого воздух (или другой диэлектрик) будет ионизирован и станет проводящим. В этом случае электрический заряд, как говорят, начинает стекать с острия. Во избежание этого в электротехнике высоких напряжений на проводниках тщательно устраняют острые углы, концы, выступы.
Наблюдение электрического поля в быту
Для того, чтобы создать электрическое поле, необходимо создать электрический заряд. Натрите какой-нибудь диэлектрик о шерсть или что-нибудь подобное, например, пластиковую ручку о собственные чистые волосы. На ручке создастся заряд, а вокруг — электрическое поле. Заряженная ручка будет притягивать к себе мелкие обрывки бумаги. Если натирать о шерсть предмет большей ширины, например, резиновую ленту, то в темноте можно будет видеть мелкие искры, возникающие вследствие электрических разрядов.
Электрическое поле часто возникает возле телевизионного экрана при включении или выключении телеприёмника. Это поле можно почувствовать по его действию на волоски на руках или лице.
Электрическое поле внутри проводников с избыточными зарядами
Из опытов, приводимых в электростатике, известно, что избыточные заряды привнесённые в проводник извне, перемещаются к поверхности проводника и остаются у поверхности проводника. Само перемещение избыточных зарядов к поверхности проводника свидетельствует о наличии электрического поля внутри проводника в период перемещения к поверхности проводника.
Некоторые авторы признают наличие электрического поля внутри проводника в период перемещения зарядов к поверхности, но считают, что после периода перемещения избыточных зарядов к поверхности электрического поля нет. Если бы это было так, то избыточные заряды находились бы в состоянии безразличного равновесия и беспорядочно перемещались бы по всему объёму проводника подобно броуновскому движению молекул, но этого не происходит.
Литература
1. И.А. Данилов, П.М. Иванов
Общая Электротехника с основами электроники – Москва «Высшая Школа» 2000
2. Я.П. Терлицкий, Ю.П. Рыбаков
ЭлектроДинамика - Москва «Высшая школа» 1982
3. Л.А. Бессонов
Теоритеческие основы электротехники.Электромагнитное поле Москва «Гардарики» 2001
Похожие работы
-
Ёмкость плавного p-n перехода
Распределение электрического поля и потенциала Чтобы рассчитать распределение электрического потенциала в месте контакта, необходимо решитьуравнение Пуассона. Для одного измерения оно выглядит следующим образом:
-
Попов изобретатель Радио
После того как было открыто электричество, по проводам научились передавать электрические сигналы, переносившие телеграммы и живую человеческую речь. Но ведь телефонные и телеграфные провода не протянешь за судом или самолетом, за поездом или автомобилем.
-
Элементная база радиотехники
Понятие и общая характеристика приборов - излучателей или приемников электромагнитных волн. Описание детекторных радиоприемников, принципы работы диода и триода. Устройство транзистора, свойства полупроводников, особенности возникновения p-n перехода.
-
Модуляторы, дефлекторы, фильтры, процессоры, генератоы. Усилители и фазовозвращатели
Принцип действия фильтров на поверхностных акустических волнах (ПАВ). Фильтры на поверхностных акустических волнах имеют принципиальные преимущества перед другими фильтрами, основанными на эффекте преобразования электрических колебаний в акустические.
-
Расчет параметров электромагнитной волны в коаксиальном кабеле марки РК-50-3-11
Конструкция и основные элементы коаксиального кабеля, общая характеристика и преимущества коаксиальной линии, ее параметры и сферы применения. Электрические процессы, протекающие в коаксиальном кабеле. Расчет основных параметров кабеля марки РК 50–3–11.
-
Индустриальные помехи
Классификация источников индустриальных радиопомех. Среда их распространения. Подавление индустриальных радиопомех. Проявление их в радиопередатчике. Создание линиями передач и их оборудованием наибольшей напряженности поля индустриальных радиопомех.
-
Расчет усилителя на биполярном транзисторе
Расчетно-графическая работа по курсу электроники. Расчет однокаскадного усилителя. Вариант №25. Задание: Требуется рассчитать однокаскадный усилитель на биполярном транзисторе, схема которого приведена ниже. В этой схеме тип транзистора определяется полярностью заданного напряжения.
-
Моделирование работы МДП-транзистора в системе MathCad
Построение и обоснование компьютерной модели поведения обедненной области пространственного заряда МДП-транзистора в зависимости от напряжения, приложенного к стоку. Изучение классификации и принципа действия полевых транзисторов с индуцированным каналом.
-
Прямоугольный волновод
Построение амплитудно-частотной и фазо-частотной характеристики отрезка волновода в заданном диапазоне. Картина силовых линий электромагнитного поля, зависимость их продольных составляющих от поперечных координат. Изменение длительности импульса.
-
Физические основы полупроводниковых приборов
Полупроводниковые материалы, изготовление полупроводниковых приборов. Переход электрона из валентной зоны в зону проводимости. Незаполненная электронная связь в кристаллической решетке полупроводника. Носители зарядов, внешнее электрическое поле.