Электростатика

Теоретические основы электротехники (ТОЭ).

Мир в свете системных представлений.

Этот вопрос рассматривается самостоятельно на практическом занятии. Студенты рассматривают системы разной природы в рамках творческой работы.

Вопросы по теме 1:

1. Охарактеризуйте структуру системности.

2. Дайте характеристику основных этапов возникновения и развития теории систем.

3. Дайте характеристику основным источникам системных представлений.

4. Кто является основоположником общей теории систем? Каковы его основные идеи?

5. Какова структура общей теории систем?

6. Назовите имена ученых, внесших существенный вклад в развитие системных представлений.

[1] Философ, политический деятель, писатель, врач и один из организаторов системы здравоохранения в СССР. Основал первый в мире институт переливания крови. Погиб, проводя на себе рискованный опыт.

[2] Раздел математики, который изучает наиболее общие свойства геометрических фигур (в переводе с греч. – место, местносьь + наука)

Существуют следующие типы физического взаимодействия: 1) гравитационное, 2) электромагнитное, 3) сильное ядерное, 4) слабое ядерное.

В данном курсе мы будем рассматривать электромагнитные взаимодействия и связанные с ним электромагнитные эффекты.

Обратите внимание, что мы объединяем электричество и магнетизм в одно явление. Именно так устроена природа. Начнем с изучения чисто электрических явлений, но обнаружим позже, что магнетизм может вызываться электрическими токами.

Электрическое взаимодействие ответственно за большинство явлений повседневной жизни (за удержание электронов и ядер друг около друга и образование атомов, за различные типы молекулярных связей, за взаимодействия внутри биологических клеток и передачу между ними сигналов и т.д.).

Далее, электромагнитная энергия может излучаться. Мы сталкиваемся с этим в форме света, теплового (инфракрасного) и рентгеновского излучений, радио и телевидения и т.п.

Невозможно объяснить все эти явления сразу. Поэтому их подразделяют на три класса: в первом из них электрические заряды, которые являются источниками взаимодействия, будут находиться в покое как друг относительно друга, так и относительно наблюдателя. Данный раздел называется электростатикой.

Во втором – электрические заряды движутся с постоянной средней скоростью в электрической цепи. Этот раздел называется электрический ток.

Третий класс – заряды движутся с ускорением. В этом случае энергия излучается в пространство.

Опытным путем установлено, что во всяком теле содержится большое количество электрически заряженных частиц вещества. Эти частицы или входят в состав молекул, или являются “свободными” (не входят в состав молекул). В обычных условиях в теле находится в среднем равное количество положительно и отрицательно заряженных частиц и тело является электрически нейтральным. Если же в теле преобладают положительные или отрицательные заряды, то тело называется электрически заряженным.

Если вблизи заряженного тела (частицы) находится другое заряженное тело (частица), то между ними возникают силы электрического взаимодействия.

Разноименные заряженные частицы притягиваются друг к другу, одноименные отталкиваются. Взаимодействие заряженных частиц объясняется тем, что каждая из них неразрывно связана с окружающим ее электрическим полем. Электрическое поле обладает энергией, которую называют электрической энергией. Электрическое поле неподвижных зарядов называют электростатическим.

Если в электрическое поле заряженной частицы внести другую заряженную частицу, то последняя будет испытывать действие силы поля, в свою очередь электрическое поле второй частицы будет действовать на первую частицу.

По силе взаимодействия можно определить величины электрических зарядов. Электрический заряд обозначается буквой Q и измеряется в кулонах. Один кулон численно равен количеству электричества, проходящего через поперечное сечение проводника при токе 1А за одну секунду (1 с.).

Напряженность электрического поля.

Каждая точка электрического поля характеризуется напряженностью электрического поля, т.е. силой с которой поле действует на единичный пробный заряд.

Напряженность электрического поля рассматривают как векторную величину. За направление вектора напряженности принимают направление силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд, помещенный в данную точку поля.

Поле изображают линиями со стрелками, которые указывают направление силы, действующей на единичные пробные заряды.

Примеры:

Опыты Шарля Кулона (1736-1806 г.г.) показали, что сила взаимодействия пропорциональна произведению зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния R между ними, кроме того она зависит от среды в которой расположены оба заряда.

- закон Кулона

Силы взаимодействия неподвижных электрических зарядов называют электростатическими.

Электрический потенциал, разность потенциалов (напряжение)

Возьмем положительный пробный заряд и переместим его от нижней до верхней пластины плоского конденсатора, как показано на рисунке. Действующая на этот пробный заряд электрическая сила постоянна и направлена в сторону, противоположную перемещению. Эта сила равна .

Работа, совершенная этой силой при перемещении электрического заряда, равна

где d- перемещение заряда между пластинами.

Работа, совершаемая при перемещении единичного положительного заряда, равна . Эта работа, совершаемая над единичным зарядом при перемещении его из одной точки электрического поля в другую, называется разностью электрических потенциалов (или просто разностью потенциалов) в начальной и конечной точках. Разность потенциалов двух точек электростатического поля называется также электрическим напряжением (обозначение U) между этими точками.

Единица разности потенциалов называется вольтом.

, 1кВ=1000В.

Обратите внимание, что разность потенциалов характеризует не силу, действующую на заряды, а энергию, сообщаемую каждому кулону заряда при перемещении его от отрицательного полюса к положительному.

Накопление электрических зарядов- электрическая емкость

Электрическая емкость заряженного тела равна

, Ф

Электрическая емкость характеризует способность тела накапливать электрические заряды, измеряется в фарадах.

Чаще всего для накопления электрических зарядов используют конденсаторы. Они представляют собой два проводника расположенные близко друг к другу и разделенные слоем диэлектрика. Емкость конденсатора можно вычислить по формуле:

, где с- емкость,Ф;

S- площадь поперечного сечения пластин, м²;

d- расстояние между пластинами, м

Е_а- абсолютная диэлектрическая проницаемость изоляции

, где ^-12 - электрическая постоянная, Е- относительная диэлектрическая проницаемость.

Табл. 1 Значения относительной диэлектрической проницаемости ряда веществ, используемых в конденсаторе

Материал	Е
Бумага парафинированная	4,3
Вода дистиллированная	80,4
Масло минеральное	2,2
Мрамор	8,3
Резина	2,7
Слюда	6-7,5
Фарфор	5,8
Титанат стронция
Титанат бария	6000-12000 (!!!)
Воздух	1,00059

Дата добавления: 2014-01-13