Katera polja imenujemo elektrostatična. Električno polje
Delovanje nekaterih nabitih teles na druga nabita telesa se izvaja brez neposrednega stika s pomočjo električnega polja.
Električno polje je snov. Obstaja neodvisno od nas in našega znanja o tem.
Električno polje ustvarjajo električni naboji in ga z uporabo električnih nabojev zaznamo z delovanjem določene sile nanje.
Električno polje se širi s končno hitrostjo 300.000 km / s v vakuumu.
Ker je ena glavnih lastnosti električnega polja njegovo delovanje na nabite delce z določeno jakostjo, je treba za uvedbo kvantitativnih značilnosti polja na preiskovano točko v vesolju postaviti majhno telo z nabojem q (preskusni naboj). Na to telo bo s strani polja delovala sila
|
|
|
Če na primer dvakrat spremenite vrednost preizkusnega naboja, se bo dvakrat spremenila tudi sila, ki deluje nanj.
Ko se vrednost preskusnega naboja spremeni za n-krat, se sila, ki deluje na naboj, spremeni tudi za n-krat.
Razmerje sile, ki deluje na preskusni naboj, nameščen na določeni točki polja, do vrednosti tega naboja je konstantna vrednost in ni odvisno niti od te sile, niti od velikosti naboja niti od tega, ali obstaja napolniti. To razmerje je označeno s črko in se vzame kot značilnost jakosti električnega polja. Pokliče se ustrezna fizikalna količina jakost električnega polja .
Napetost prikazuje, katera sila deluje s strani električnega polja na enoto naboja, nameščeno na določeni točki polja.
Da bi našli enoto napetosti, je treba v enačbo napetosti nadomestiti enote sile - 1 N in naboj - 1 C. Dobimo: [E] \u003d 1 N / 1 Cl \u003d 1 N / Cl.
Zaradi jasnosti so električna polja na risbah prikazana z uporabo silnic.
|
|
|
|
|
Električno polje lahko premika naboj iz ene točke v drugo. Torej, naboj, nameščen na določeni točki polja, ima rezervo potencialne energije.
Energijske značilnosti polja lahko vnašamo podobno kot uvedbo karakteristike sile.
Ko se spremeni vrednost preskusnega naboja, se ne spremeni le sila, ki deluje nanj, temveč tudi potencialna energija tega naboja. Razmerje med energijo preskusnega naboja, ki se nahaja na določeni točki polja, in vrednostjo tega naboja je konstantna vrednost in ni odvisno niti od energije niti od naboja.
Da dobimo enoto potenciala, moramo v vladajočo enačbo potenciala nadomestiti enote energije - 1 J in naboj - 1 C. Dobimo: [φ] \u003d 1 J / 1 C \u003d 1 V.
Ta enota ima svoje ime 1 volt.
Potencial polja točkovnega naboja je neposredno sorazmeren z velikostjo naboja, ki ustvarja polje, in je obratno sorazmeren razdalji od naboja do določene točke polja:
|
|
|
Električna polja na risbah je mogoče prikazati z uporabo površin z enakim potencialom, imenovane ekvipotencialne površine .
Ko se električni naboj premakne iz točke z enim potencialom v točko z drugačnim potencialom, je delo opravljeno.
Fizična veličina, enaka razmerju med delom premika naboja z ene točke polja na drugo, in vrednostjo tega naboja, se imenuje električna napetost :
Napetost kaže, čemu je enako delo električnega polja, ko se naboj 1 C premakne z ene točke polja na drugo.
Enota napetosti in potenciala je 1 V.
Napetost med dvema točkama polja, ki se nahajata na razdalji d, je odvisna od jakosti polja: 
|
|
|
V enakomernem električnem polju delo premika naboja iz ene točke polja v drugo ni odvisno od oblike trajektorije in je določeno le z velikostjo naboja in potencialno razliko med točkami polja.
Vsa telesa v naravi so sposobna elektrificirati, tj. pridobijo električni naboj. Prisotnost električnega naboja se kaže v tem, da nabito telo sodeluje z drugimi nabitimi telesi. Obstajata dve vrsti električnih nabojev, ki se običajno imenujejo pozitivni in negativni. Tako kot se obtožbe odbijajo, za razliko od obtožb privlačijo.
Električni naboj je lastnost nekaterih osnovnih delcev. Naboj vseh nabitih elementarnih delcev je enak absolutni vrednosti in je enak 1,6 × 10 –19 C. Nosilec elementarnega negativnega električnega naboja je na primer elektron. Proton nosi pozitiven naboj, nevtron nima električnega naboja. Atomi in molekule vseh snovi so zgrajeni iz protonov, nevtronov in elektronov. Običajno so protoni in elektroni prisotni v enakih količinah in so razporejeni v snovi z enako gostoto, zato so telesa nevtralna. Postopek elektrifikacije je sestavljen iz ustvarjanja presežka delcev istega znaka v telesu ali njihove prerazporeditve (ustvarjanje presežka naboja istega znaka v enem delu telesa; medtem ko telo kot celota ostane nevtralno).
Interakcija med počivajočimi električnimi naboji poteka s posebno obliko snovi, imenovano električno polje ... Vsak naboj spremeni lastnosti okoliškega prostora - v njem ustvari elektrostatično polje. To polje se kaže v silovitem delovanju na kateri koli električni naboj, nameščen v kateri koli točki. Izkušnje kažejo, da je razmerje med silo, ki deluje na točkovni naboj qpostavljena na določeno točko elektrostatičnega polja, je velikost tega naboja za vse naboje enaka. Ta odnos se imenuje napetosti električno polje in je njegova močnostna značilnost:
Eksperimentalno je bilo ugotovljeno, da za elektrostatično polje velja načelo superpozicije : elektrostatično polje, ki ga ustvarja več nabojev, je enako vektorski vsoti elektrostatičnih polj, ki jih ustvarja vsak naboj posebej:
Naboji, nameščeni v elektrostatičnem polju, imajo potencialno energijo. Izkušnje kažejo, da je razmerje med potencialno energijo W pozitivni točkovni naboj qpostavljen na določeno točko polja, do velikosti tega naboja obstaja konstantna vrednost. To razmerje je energijska značilnost elektrostatičnega polja in se imenuje potencial :
φ = W / q. (2.6.7)
Potencial elektrostatičnega polja je številčno enak delu, ki ga sile polja opravijo nad enoto pozitivnega naboja, ko se odstrani iz določene točke v neskončnost. Merska enota je volt (V). Dve značilnosti elektrostatičnega polja - jakost in potencial sta povezani z razmerjem [prim. z izrazom (2.6.4)]
Znak minus pomeni, da je vektor jakosti električnega polja usmerjen v zmanjšanje potenciala. Upoštevajte, da če imajo potenciali vseh točk v nekem območju vesolja enak potencial, potem
Elektrostatično polje lahko predstavimo tudi grafično z uporabo silnic in ekvipotencialnih površin.
Daljnovodelektrično polje imenujemo namišljena črta, tangenta na katero v vsaki točki sovpada s smerjo vektorja jakosti. Sile sil elektrostatičnega polja so odprto : lahko se začnejo ali končajo samo s polnjenjem ali pa gredo v neskončnost.
Za grafični prikaz potencialne porazdelitve elektrostatičnega polja uporabite ekvipotencialne površine - površine, na katerih ima potencial enako vrednost.
Enostavno je pokazati, da sila sila elektrostatičnega polja vedno seka ekvipotencialno površino pod pravim kotom. Na sliki 10 so prikazane silnice in ekvipotencialne površine točkovnih električnih nabojev.
Slika 10 - Linije sile in ekvipotencialne površine točkovnih nabojev
Magnetno polje
Izkušnje kažejo, da tako kot v prostoru, ki obdaja električne naboje, nastane elektrostatično polje, v prostoru, ki obdaja tokove in trajne magnete, nastane polje sile, imenovano magnetno . Prisotnost magnetnega polja se zazna s silovitim delovanjem na vodnike s trenutnimi in trajnimi magneti, ki so vanj vstavljeni. Ime "magnetno polje" je povezano z dejstvom usmerjenosti magnetne igle pod delovanjem polja, ki ga ustvarja tok (H. Oersted, 1820).
Električno polje deluje tako na mirujoče kot na električne naboje, ki se v njem gibljejo. Najpomembnejša značilnost magnetnega polja je, da deluje le na električne naboje, ki se gibljejo v tem polju.
Izkušnje kažejo, da ima magnetno polje usmerjevalni učinek na magnetno iglo in okvir s tokom in ju na določen način obrača. Smer magnetnega polja na določeni točki se vzame kot smer, po kateri je os tanke magnetne puščice prosto nastavljena v smeri od juga proti severu ali pozitivna normala do ravne konture s tokom.
Kvantitativna značilnost magnetnega polja je vektor magnetne indukcije ... Magnetna indukcija v dani točki je številčno enaka največjemu navoru, ki deluje na ravno ogrodje s tokom z magnetnim momentom str m \u003d 1 A × m 2:
B \u003d M največ / str m. (2.6.9)
Eksperimentalno je bilo ugotovljeno, da velja tudi za magnetno polje načelo superpozicije : magnetno polje, ki ga ustvarja več gibljivih nabojev (tokov), je enako vektorski vsoti magnetnih polj, ki jih ustvarja vsak naboj (tok) posebej.
E, kar je njegova značilnost jakosti: jakost elektrostatičnega polja kaže, kako močno deluje elektrostatično polje na en pozitiven električni naboj, nameščen na določeni točki polja. Smer napetostnega vektorja sovpada s smerjo sile, ki deluje na pozitivni naboj, in nasprotno smeri sile, ki deluje na negativni naboj.Elektrostatično polje je mirujoče (konstantno), če se njegova jakost s časom ne spremeni. Stacionarna elektrostatična polja ustvarjajo stacionarni električni naboji.
Elektrostatično polje je enakomerno, če je njegov vektor jakosti enak na vseh točkah polja, če je vektor jakosti na različnih točkah različen, je polje neenotno. Homogena elektrostatična polja so na primer elektrostatična polja enakomerno napolnjene končne ravnine in ravnega kondenzatorja daleč od robov njegovih plošč.
Ena temeljnih lastnosti elektrostatičnega polja je, da delovanje sil elektrostatičnega polja, ko se naboj premika iz ene točke polja v drugo, ni odvisno od poti gibanja, temveč je določeno le s položajem začetne in končne točke ter velikostjo naboja. Posledično je delovanje sil elektrostatičnega polja, ko se naboj premika po kateri koli zaprti poti, nič. Polja sile s to lastnostjo se imenujejo potencialna ali konzervativna. To pomeni, da je elektrostatično polje potencialno polje, katerega energijska značilnost je elektrostatični potencial, povezan z vektorjem jakosti E razmerje:
E \u003d -gradj.
Za grafični prikaz elektrostatičnega polja se uporabljajo silnice (napetostne črte) - namišljene črte, tangente na katere sovpadajo s smerjo vektorja jakosti na vsaki točki polja.
Pri elektrostatičnih poljih se upošteva načelo superpozicije. Vsak električni naboj ustvari električno polje v vesolju, ne glede na prisotnost drugih električnih nabojev. Jakost nastalega polja, ki ga ustvari sistem nabojev, je enaka geometrijski vsoti jakosti polj, ki jih na določeni točki ustvari vsak naboj posebej.
Vsak naboj v okoliškem prostoru ustvarja elektrostatično polje. Za zaznavanje polja na kateri koli točki je treba na opazovalno mesto postaviti točkovni preizkusni naboj - naboj, ki ne izkrivlja polja v preučevanju (ne povzroči prerazporeditve nabojev, ki ustvarjajo polje).
Polje, ustvarjeno z osamljenim točkovnim nabojem q, je sferno simetrična. Modul napetosti osamljenega točkovnega naboja v vakuumu po Coulombovem zakonu lahko predstavimo kot:
E \u003d q / 4pe približno r 2.
Kje e - električna konstanta, \u003d 8, 85. 10 -12 F / m.
Coulombov zakon, vzpostavljen s pomočjo torzijskih uteži, ki jih je ustvaril sam (glej Coulombove lestvice), je eden osnovnih zakonov, ki opisuje elektrostatično polje. Vzpostavi razmerje med silo medsebojnega delovanja nabojev in razdaljo med njimi: sila medsebojnega delovanja dvema točkovnima stacionarnima naelektrenima telesoma v vakuumu je sorazmerna z umnožkom modulov nabojev in obratno sorazmerna s kvadratom razdalje med njimi.
Ta sila se imenuje Coulomb, polje pa Coulomb. V Coulombovem polju je smer vektorja odvisna od predznaka naboja Q: če je Q\u003e 0, je vektor usmerjen po polmeru naboja, če je Q? krat (? je dielektrična konstanta medija) manjši kot v vakuumu.
Eksperimentalno uveljavljeni Coulombov zakon in načelo superpozicije omogočata popolno opis elektrostatičnega polja danega sistema nabojev v vakuumu. Lastnosti elektrostatičnega polja pa lahko izrazimo v drugi, bolj splošni obliki, ne da bi se zatekli k konceptu Coulombovega polja točkovnega naboja. Električno polje lahko označimo z vrednostjo pretoka vektorja jakosti električnega polja, ki ga lahko izračunamo v skladu z Gaussovim izrekom. Gaussov izrek vzpostavlja razmerje med pretokom jakosti električnega polja skozi zaprto površino in nabojem znotraj te površine. Pretok intenzitete je odvisen od porazdelitve polja na površini določenega območja in je sorazmeren z električnim nabojem znotraj te površine.
Če je izoliran vodnik postavljen v električno polje, potem na proste naboje q v prevodniku bo delovala sila. Posledično se v vodniku pojavi kratkotrajno gibanje prostih nabojev. Ta postopek se bo končal, ko lastno električno polje nabojev, ki so nastali na površini vodnika, popolnoma kompenzira zunanje polje, to pomeni, da se vzpostavi ravnotežna porazdelitev nabojev, pri katerem se elektrostatično polje znotraj vodnika obrne na nič: na vseh točkah znotraj vodnika E \u003d 0, to pomeni, da polja ni. Linije sile elektrostatičnega polja zunaj vodnika v neposredni bližini njegove površine so pravokotne na površino. Če ne bi bilo tako, potem bi obstajala komponenta poljske jakosti, tok bi tekel po površini vodnika in po površini. Naboji se nahajajo samo na površini vodnika, medtem ko imajo vse točke na površini vodnika enako potencialno vrednost. Površina vodnika je ekvipotencialna površina. Če je v vodniku votlina, je tudi električno polje v njem nič; na tem temelji elektrostatična zaščita električnih naprav.
Če je dielektrik postavljen v elektrostatično polje, potem v njem nastopi polarizacijski proces - postopek orientacije dipolov ali pojav dipolov, usmerjenih vzdolž polja pod vplivom električnega polja. V homogenem dielektriku je elektrostatično polje zaradi polarizacije (glej. Polarizacija dielektrikov) se zmanjša na? čas.
Električni naboj, nameščen na določeni točki v vesolju, spremeni lastnosti tega prostora. To pomeni, da naboj ustvari električno polje okoli sebe. Elektrostatično polje je posebna vrsta snovi.
Elektrostatično polje se s časom ne spremeni.
Močnostna značilnost električnega polja je jakost
Jakost električnega polja v dani točki je vektorska fizikalna veličina, ki je številčno enaka sili, ki deluje na enoto pozitivnega naboja, nameščeni na določeni točki polja.
Če na preskusni naboj delujejo sile iz več nabojev, so te sile neodvisne po načelu superpozicije sil in je rezultat teh sil enak vektorski vsoti sil. Načelo superpozicije (superpozicije) električnih polj: Jakost električnega polja sistema nabojev na določeni točki v vesolju je enaka vektorski vsoti jakosti električnih polj, ki jih na določeni točki v prostoru ustvari vsak naboj sistema posebej:ali
Primerno je grafično predstaviti električno polje z uporabo silnic.
Linije sile (črte jakosti električnega polja) se imenujejo črte, tangente na katere na vsaki točki polja sovpadajo s smerjo vektorja jakosti na določeni točki.
Linije sile se začnejo s pozitivnim nabojem in končajo z negativnim (Daljnovodi elektrostatičnih polj točkovnih nabojev.).
Gostota intenzivnih linij označuje jakost polja (bolj ko so črte gostejše, polje je močnejše).
Elektrostatično polje točkovnega naboja je nehomogeno (bližje naboju je polje močnejše).Linije sil elektrostatičnih polj neskončnih enakomerno nabitih ravnin.
Elektrostatično polje neskončnih enakomerno nabitih ravnin je homogeno. Električno polje, katerega jakost na vseh točkah je enaka, se imenuje enakomerno.
Daljnovodi elektrostatičnih polj dvotočkovnih nabojev.
Potencial je energijska značilnost električnega polja.
Potencial - skalarna fizikalna veličina, enaka razmerju med potencialno energijo, ki jo ima električni naboj v določeni točki električnega polja, in vrednostjo tega naboja.Potencial kaže, kakšno potencialno energijo bo imel enotni pozitivni naboj, nameščen na določeni točki električnega polja. φ \u003d W / q
kjer je φ potencial v dani točki polja, W potencialna energija naboja v dani točki polja.
Vzame se merska enota potenciala v sistemu SI [φ] \u003d B(1V \u003d 1J / C)
Za enoto potenciala se potencial vzame na taki točki, da se premakne, kamor je treba od neskončnosti električnega naboja 1 C opraviti delo, enako 1 J.
Glede na električno polje, ki ga ustvarja sistem nabojev, je treba uporabiti za določitev potenciala polja načelo superpozicije:
Potencial električnega polja sistema nabojev na določeni točki v vesolju je enak algebraični vsoti potencialov električnih polj, ki jih na določeni točki v prostoru ustvari vsak naboj sistema posebej:
Imenuje se namišljena površina, na kateri ima potencial enake vrednosti ekvipotencialna površina.Ko se električni naboj premika od točke do točke vzdolž ekvipotencialne površine, se njegova energija ne spremeni. Za določeno elektrostatično polje je mogoče izdelati neskončno množico ekvipotencialnih površin.
Vektor intenzivnosti na vsaki točki polja je vedno pravokoten na ekvipotencialno površino, potegnjeno skozi to točko polja.
Konstantno elektrostatično polje (ESP) je polje stacionarnih električnih nabojev, ki medsebojno delujejo
Statični tok je skupek pojavov, povezanih z nastankom in zadrževanjem prostega električnega naboja na površini in v glavnem dielektričnih in polprevodniških snovi, materialov, izdelkov ali na izoliranem vodniku.
Pojav nabojev statične elektrike se pojavi med deformacijami, drobljenjem snovi, relativnim gibanjem dveh teles v stiku, plasti tekočih in razsutih materialov, z intenzivnim mešanjem, kristalizacijo in tudi zaradi ind.
Za ESP je značilna napetost (B). Napetost. ESP je razmerje med silo, ki deluje na polje na točkovni električni naboj, in vrednostjo tega naboja. Merska enota za napetost. ESP je voltov na meter (V / m mm).
ESP nastajajo v elektrarnah in med električnimi procesi, odvisno od vira tvorbe, lahko obstajajo v obliki lastnega elektrostatičnega polja (polje stacionarnih nabojev) ali stacionarnega električnega polja (enosmernega električnega polja).
Kje se uporabljajo ESP?
ESP se pogosto uporabljajo pri elektroplinskem čiščenju, elektrostatičnem ločevanju materialov, elektrostatičnem nanašanju barv in lakov ter polimernih materialov in v drugih proizvodnih procesih
V elektronski industriji statični tok nastaja med transportom, brušenjem, poliranjem radijskih in televizijskih sprejemnikov, v prostorih računalniških centrov, pa tudi v drugih procesih, kjer se uporabljajo dielektrični materiali, ki so stranski in nezaželen proizvodni dejavnik.
ESP, ki nastane pri predelavi kemičnih vlaken, ima visoke dielektrične lastnosti. Raven napetosti. ESP na opremi za predenje in tkanje doseže 20-60 kV / m
V kemični industriji se pri proizvodnji plastičnih materialov in izdelkov iz njih (vrvica pnevmatik, linolej itd.) Tvorijo elektrostatični naboji in polja z močjo 240-250 kV / m
Kako ESP vpliva na človeško telo?
Biološko delovanje. ESP na človeškem telesu določa največjo občutljivost na elektrostatična polja živčnega, kardiovaskularnega, nevrohumoralnega in drugih telesnih sistemov
Delavci na področju električnega polja se srečujejo z različnimi pritožbami glede razdražljivosti, glavobola, motenj spanja, zmanjšanega apetita itd.
Pri prizadetih ljudeh. Za ESP je značilen videz nekakšnih "fobij" zaradi strahu pred čakanjem na izpust. Nagnjenost k "fobijam" spremlja predvsem povečana čustvena razdražljivost
Kako se izvaja higienska regulacija elektrostatičnih polj?
Jakost elektrostatičnega polja normalizira standard. GOST 121045-84 "Elektrostatična polja. Dovoljene ravni na delovnih mestih in zahteve za nadzor"
Ta standard velja za. ESP, ki izhaja iz obratovanja visokonapetostne enosmerne električne opreme in elektrifikacije dielektričnih materialov. Ta mednarodni standard določa dodatne dovoljene ravni jakosti elektrostatičnega polja na delovnih mestih ter splošne zahteve za nadzorno in zaščitno opremo.
Dovoljene stopnje napetosti. ESP so nameščeni glede na čas, preživet na delovnem mestu
Največja dovoljena raven napetosti. ESP (E, pa ") se sprejme v skladu s standardom 60 kV / m za eno uro
Če je jakost elektrostatičnih polj do 20 kV / m, je čas zadrževanja v. ESP ni urejen
V območju napetosti od 20 do 60 kV / m je dovoljeni čas bivanja delavcev pri. ESP brez zaščitne opreme (/, leto) se določi po formuli:
kje. E ^ - dejanska vrednost napetosti. ESP, kV / m
Za določitev napetosti. ESP je uporabil elektrostatični merilnik jakosti polja
Kakšna je zaščitna oprema pred učinki ESP?
Uporaba zaščitne opreme delavcev je obvezna v primerih dejanske stopnje napetosti. ESP na delovnih mestih presega 60 kV / m
Za zaščito pred izpostavljenostjo. Uporabljajo se ESP: zaščita virov polja na delovnem mestu, nevtralizatorji statičnega udara, omejevanje časa delovanja itd.
Pri izbiri sredstev za zaščito pred statično elektriko je treba upoštevati posebnosti tehnoloških procesov, fizikalne in kemijske lastnosti predelanih materialov, mikroklimo industrijskih prostorov itd. Ti dejavniki določajo diferenciran pristop pri razvoju zaščitne opreme.
Zmanjšanje nastajanja elektrostatičnih nabojev ali njihovo odstranjevanje iz elektrificiranih materialov dosežemo z:
1) ozemljitev kovinskih in električno prevodnih elementov tehnološke opreme;
2) povečanje površin in skupne prevodnosti dielektrikov;
3) namestitev nevtralizatorjev statične elektrike
Zaščitna ozemljitev se izvaja neodvisno od uporabe drugih zaščitnih metod. Niso samo elementi tehnološke opreme predmet ozemljitve, ampak. In izolirani električno prevodni deli tehnološke opreme.
Dovolj učinkovito sredstvo za zaščito je povečanje vlažnosti zraka do 65-75%, če je mogoče glede na pogoje tehnološkega procesa
Osebna zaščitna oprema vključuje antistatično obutev, antistatične halje, kombinezone, ozemljene ročne zapestnice in druga sredstva, ki lahko zagotavljajo elektrostatično ozemljitev človeškega telesa.
