Измерение потенциала: разность потенциалов в электротехнике и физике

Электрическим током называют упорядоченное движение заряженных частиц (тел). За направление движение электрического тока условно принимают направление движения положительных зарядов.

Проходящий через какую-то поверхность электрический ток характеризуется силой тока I.

Сила тока является скалярной величиной, численно равная количеству электричества, проходящего через площадь S за единицу времени:

  • Измерение потенциала: разность потенциалов в электротехнике и физике
  • Если за любые равные промежутки времени через любое сечение проводника проходит одинаковое количество электричества с неизменным направлением зарядов, то такой ток называется постоянным:
  • Измерение потенциала: разность потенциалов в электротехнике и физике
  • Сила тока в Международной системе единиц (СИ) является основной и носит название Ампер. Из уравнения (1а) следует определение единицы заряда:
  • Измерение потенциала: разность потенциалов в электротехнике и физике
  • В системе СГС сила тока измеряется в СГСI, согласно (1а) получим:
  • Измерение потенциала: разность потенциалов в электротехнике и физике
  • Распределение электрического тока по сечению проводника характеризуют плотностью тока, которую можно выразить формулой:
  • Измерение потенциала: разность потенциалов в электротехнике и физике
  • В случае постоянного тока его плотность будет одинакова и равна:
  • Измерение потенциала: разность потенциалов в электротехнике и физике
  • Плотность тока j является векторной величиной, направленной вдоль тока и численно  равная количеству электричества, протекающему через единицу площади, ориентированной перпендикулярно направлению протекания тока, за единицу времени, в системе СИ плотность тока измеряют в А/м2.

Важно отметить, что различают несколько видов электрического тока. Предположим, что в пространстве перемещается какое-то заряженное макроскопическое тело (шар, например).

Поскольку вместе с этим телом будут перемещаться и заряды, то возникнет направленное движение электрических зарядов – электрический ток.

Электрический ток, связанный с движением заряженных макроскопических тел называют конвекционным.

Если огромное количество заряженных частиц упорядоченно перемещаются внутри какого-нибудь тела вследствие того, что в нем создано электрическое поле, то данное явление будет носить название ток проводимости.

Для его получения необходимо наличие источника тока и  замкнутой цепи. Вектор напряженности поля Е имеет направление от положительного заряда к отрицательному.

Отсюда следует, что находящиеся внутри проводника отрицательные заряженные частицы будут двигаться против поля, а положительные – по полю.

  1. Если электрические заряды движутся под влиянием внешнего поля в вакууме, то данное явление называют электрический ток в вакууме.
  2. Более детально остановимся на отдельных закономерностях, которые больше характерны для тока проводимости.
  3. Представим, что на концах определенного проводника длиной l существует разность потенциалов Δφ = φ1 – φ2, которая создает внутри этого проводника электрическое поле Е, направленное в сторону падения потенциала (рисунок ниже):
  4. Измерение потенциала: разность потенциалов в электротехнике и физике
  5. Согласно формуле:
  6. Измерение потенциала: разность потенциалов в электротехнике и физике
  7. При этом в проводнике возникнет электрический ток, который будет идти от большего потенциала (φ1) к меньшему (φ2).

Движение зарядов от φ1 к φ2 приводит к выравниванию потенциалов во всех точках. При этом в проводнике исчезает электрическое поле, и протекание электрического тока прекращается.

Отсюда следует, что обязательным условием существования электрического тока является наличие разности потенциалов Δφ = φ1 – φ2 ≠ 0, а для его поддержания необходимо специальное устройство, которое будет поддерживать данную разницу потенциалов. Это устройство называют источник тока.

В качестве источников тока могут использовать электрические генераторы, аккумуляторы, термоэлементы и гальванические элементы. Источник тока также выполняет еще одну задачу – замыкает электрическую цепь, по которой и осуществляется непрерывное движение заряженных частиц.

Электрический ток протекает по внутренней части – источнику тока, и внешней – проводнику. В источнике тока имеется два полюса – положительный с более высоким потенциалом и отрицательный с более низким потенциалом.

При разомкнутой внешней цепи на положительном полюсе источника образуется недостаток электронов, а на отрицательном наоборот – переизбыток.

В источнике тока разделение зарядов производят с помощью сторонних сил – направленных против кулоновских сил, действующих на разноименные заряды в проводниках самого источника тока. Сторонние силы могут иметь самое различное происхождение – химическое, биологическое, тепловое, механическое и другое.

  • Если электрическая цепь замкнута, то по ней протекает электрический ток и при этом совершается работа сторонних сил. Данная работа складывается из работы, совершаемой внутри самого источника тока против сил электрического поля (Аист), и работы, совершаемой против механических сил сопротивления среды источника (А/), то есть:
  • Измерение потенциала: разность потенциалов в электротехнике и физике
  • Электродвижущая сила источника тока – это величина, которая равна отношению работы, совершаемой сторонними силами при перемещении положительного точечного заряда вдоль всей электрической цепи, включая и источник тока, к заряду:
  • Измерение потенциала: разность потенциалов в электротехнике и физике
  • По определению работа против сил электрического поля равна:
  • А/ = 0 если полюсы источника разомкнуты, и тогда из формулы (5) следует:
  • Отсюда следует, что электродвижущая сила источника тока при разомкнутой внешней цепи будет равна разности потенциалов на его полюсах.

Источник: https://elenergi.ru/sila-toka-elektrodvizhushhaya-sila-raznost-potencialov.html

Электрический потенциал

Электрический потенциал – это скалярная физическая величина, характеризующая напряжённость поля. Через параметр также выражается электрическое напряжение.

Физический смысл электрического поля

Учёные давно ломают голову над субстанциями электрического и магнитного полей, но пока сие для них загадка, как и гравитация. существование не оспаривается, но суть неясна. Не секрет электричество люди знали задолго до нашей эры, а к изучению не стремились.

Главные достижения по изучению электричества случились бы минимум на 20 лет раньше, нежели в действительности.

До Эрстеда влияние провода с током на магнитную стрелку отмечал Джованни Доменико Романьози в 1802 году.

Это подтверждённые официальными изданиями данные, а собственно событие, возможно, произошло раньше. Заслуга Эрстеда лишь в заострении внимания общественности на замеченном факте.

Подобных примеров тьма. Порой учёные вне зависимости друг от друга делали открытия, изобретения. Встречались случаи, когда муж науки думал, что его измышления не новы.

Потом удивлялся, когда оказывалось, что авторство теперь принадлежит постороннему человеку, хотя собственное открытие случилось раньше по времени. Замалчивание гарантировало переход доли известности к описавшему событие.

Так происходило в XIX веке – учёные постоянно сотрудничали, что-то обсуждали, порой тяжело найти концы.

К примеру, Фарадея упрекали за плагиат конструкции первого человеческого двигателя, а Википедия приписала ему авторство катушки индуктивности, придуманной Лапласом, на которое Майкл не претендовал. Впрочем, когда речь заходит о материи полей, учёные хранят дружное молчание. Единственным исключением стал Никола Тесла, утверждавший, что все во Вселенной состоит из гармонических колебаний.

Итак, учёные не знают о поле ничего, а электрический потенциал это характеристика поля. Субстанцию никто не видел, долго не могли зарегистрировать и с трудом представляют поныне! Не верите – попробуйте нарисовать в воображении электромагнитную волну:

  1. Известно, что колебание представляет суперпозицию электрического и магнитного полей, изменяющихся во времени.
  2. Вектор напряжённости магнитный перпендикулярен вектору электрическому, связаны через константу среды (некая физическая величина).
  3. На вид это две перпендикулярные волны… стоп! Что такое волна?

Так выглядит современная физика. Никто точно не знает, как выглядят поле, колебание, волна, как это нарисовать. Понятно лишь: картинки из учебника слабо описывают происходящее.

Дело усугубляется неспособностью человека видеть и чувствовать электромагнитное излучение. Колебание не выглядит синусоидальным, рассматривается для одной точки, линии, фронта и пр.

Это, скорее, уплотнение и растяжение эфира, нечто напоминающее трёхмерную неописуемую фигуру.

Длинное предисловие свидетельствует, насколько неизведанным остаётся то, что используется в повседневной жизни. И порой таит реальную опасность для человека.

К примеру, доказано, что излучение СВЧ печи постепенно «портит» пищу. Человек, регулярно питающийся из микроволновки, рискует получить в собственное распоряжение обширный список недугов.

В первую очередь – болезни крови. Небезопасна для людей и сетевая частота 50 Гц.

Характеристики электрического поля

Человек быстро понял, что электрическое поле есть, уже в XVIII веке – либо раньше – нарисована опилками его картина. Люди увидели линии, выходившие из полюсов. По аналогии стали пытаться изобразить электрическое поле.

К примеру, Шарль Кулон на исходе восемнадцатого столетия открыл закон притяжения и отталкивания зарядов.

Записав формулу, понял, что эквипотенциальные линии силы взаимодействия концентрически расходятся вокруг точечного скопления электричества, а траектории движения – прямолинейны.

Так оказалась изображена первая картина электрического поля. Напоминает картину, как исследователи представляли магнитное, но с гигантской разницей: в природе нашлись заряды обоих знаков. Линии напряжённости уходят в бесконечность (в теории, безусловно, закончатся). А магнитные заряды поодиночке не найдены, линии их всегда замыкаются в видимой области пространства.

Измерение потенциала: разность потенциалов в электротехнике и физике

Первая картина электрического поля

В остальном нашлось много общего, к примеру, заряды одинакового знака отталкиваются, а разных – притягиваются. Это справедливо для магнитов и электричества.

Гильберт заметил, что магнетизм – сильная субстанция, которую сложно экранировать или уничтожить, а электричество легко разрушается влагой и прочими веществами.

Дёгтя в бочку добавил Кулон, который, следуя Бенджамину Франклину, присвоил электронам отрицательный заряд. Хотя речь шла о количестве флюида. И избыток электронов следовало назвать положительным.

Как результат, линии напряжённости поля располагаются в направлении обратном правильному. Потенциал растёт не туда… Главными характеристиками электрического поля считаются:

  1. Напряжённость – показывает, какая сила действует на положительный единичный заряд в данной точке со стороны поля.
  2. Потенциал – показывает, какую работу способно затратить поле, чтобы переместить единичный пробный положительный заряд в бесконечно удалённую точку.
  3. Напряжение – разность потенциалов между двумя точками. Напряжение определяется исключительно относительно некоторого уровня.

Наиболее вероятно происхождение терминов из латинского языка. Напряжённость ввёл в обиход, предположительно, Алессандро Вольта, а потенциал называется по наименованию типа поля, которое указанной величиной характеризуется: работа по перемещению заряда не зависит от траектории, равна разнице потенциалов начальной и конечной точки. Следовательно, на замкнутой траектории равна нулю.

Нулевой потенциал и потенциальное поле

Электрическое поле считается потенциальным, значит, работа по перемещению в нем заряда не зависит от траектории и определяется единственно потенциалом. Потенциал – универсальное физическое понятие, часто применяемое. К примеру, для гравитационного поля Земли, происхождение которого поныне необъяснимо. Известно, что массы притягиваются по закону, напоминающему выведенный Шарлем Кулоном.

Измерение потенциала: разность потенциалов в электротехнике и физике

Зарисовка напряжённости поля

В электрическом поле Земной шар становится началом отсчёта. Нет разницы, относительно чего исчислять потенциал, но люди быстро поняли, что смоляное электричество бьётся, стеклянное кусается током, а грунт не причиняет вреда. Следовательно, в полном соответствии с логикой принят за нуль.

Читайте также:  Формула расчета сопротивления при параллельном соединении резистора

В этом плюс: Земля громадная по объёму, на планету стекают без труда гигантские токи, статические и переменные. Доказано, что на теле заряд пытается распределиться взаимно на максимальной дистанции. Что соответствует поверхности планеты.

При таком раскладе плотность заряда получается несущественной, много меньше, чем на любом наэлектризованном теле.

На Земле потенциал за редким исключением измеряется относительно грунта, значение называют электрическим напряжением. Из контекста становится понятно, что напряжение бывает положительным и отрицательным.

Впрочем, не всегда. На ЛЭП порой считается выгодным использовать схемы с изолированной нейтралью. Тогда потенциал любой точки не считается относительно Земли, отсутствует нейтраль.

Это становится возможным в трёхфазных цепях.

На местной подстанции ставят разделительный трансформатор, нейтраль вторичной обмотки которого заземляют, чтобы поставлять потребителям фазное напряжение 220 В, а не линейное.

Порой люди наивно думают, что планета единая, следовательно, не нужна нейтраль, ток всё равно потечёт. Но потечёт через грунт, вызывая немалый экономический ущерб и представляя опасность для людей созданием шагового напряжения.

Медный нулевой проводник – называли в первой половине XIX века возвратным – имеет малое сопротивление и гарантированно не причинит вреда.

В цепях с изолированной нейтралью потенциал не отсчитывается относительно уровня грунта, а напряжение измеряется между двумя точками.

Уместно упомянуть, что по закону Ома ток, протекая через проводник, создаёт разность потенциалов. Поэтому нельзя браться при аварии за контур заземления.

Малое сопротивление способно оказаться причиной образования здесь немалой разницы потенциалов. А человек обязан помнить об опасности напряжения прикосновения.

Однако цепи с изолированной нейтралью используются и в целях безопасности.

Если напряжение создаётся между двумя точками вторичной обмотки разделительного трансформатора, ток на землю через неосторожно взявшегося за оголённый провод человека не пойдёт – разница потенциалов относительно грунта меньше. Следовательно, разделительный трансформатор становится мерой защиты и часто используется на практике.

Падение потенциала во внешней электрической цепи

Внешней электрической цепью называется участок, находящийся за пределами источника. На практике ЭДС вырабатывается на вторичных обмотках трёхфазного трансформатора подстанции, считаясь источником. Начиная с вывода, идёт внешняя цепь.

На ней потенциал падает от фазного напряжения до нейтрали. Речь идёт о рядовых потребителях. Когда в дом приходит электричество, это неизменно система трёхфазного тока. Нейтраль глухо заземлена, чтобы обеспечить нужный уровень безопасности.

Жилой дом не гарантирует равномерную загрузку всех фаз, через нейтраль потечёт ток. Если цепь использовать для защиты, не возникает полной гарантии безопасности: путь тока способен пролечь через человека, неожиданно взявшегося за заземлитель.

Следовательно, нужно обеспечить два нулевых проводника: рабочий и защитный. Через первый производится зануление металлических частей объекта, через второй – заземление.

Причём за рубежом принято делить две ветви на две разные линии, а в РФ они объединяются в районе контура заземления. Первое сделано для надёжной защиты, второе – для возможности работы в здании трёхфазного оборудования (вдруг пригодится!).

Если в промышленной установке оставить лишь заземление корпуса, это плохо окончится для неудачника, попавшего под электрический потенциал.

Следовательно, западная система хороша для однофазного оборудования. Но за счёт унифицированности система РФ сложнее. Импортное оборудование плохо сочетается с российскими условиями: фильтры питания рассчитаны так, чтобы защитный и рабочий нулевые проводники не пересекались. Причина в электрическом потенциале:

  1. На защитном проводнике всегда потенциал грунта – нуль.
  2. На рабочем допустимо иное значение за счёт падения напряжения на проводах линии электроснабжения.

Измерение потенциала: разность потенциалов в электротехнике и физике

Система TN-C-S

Чтобы выровнять разницу, линии на входе в здание объединяют и заводят на контур громоотвода. Что для импортной техники не становится идеальным решением, предприятия-поставщики электроэнергии несут потери. Это известная система TN-C-S, применяющаяся в РФ. Дома, возведенные ещё в СССР, понемногу переоборудуются.

Источник: https://VashTehnik.ru/enciklopediya/elektricheskij-potencial.html

Измерение потенциала проводника

Как уже неоднократно отмечалось, напряженность поля внутри проводника равна нулю. Из этого следует, что проводник эквипотенциален по всему объему, то есть во всех точках проводника потенциалы одинаковы, значит, разность потенциалов двух любых точек проводника равна:

Значение потенциала, равное во всех точках проводника называют потенциалом проводника.

Допустим, что мы имеем изолированный, заряженный проводник. Заряд этого проводника создаёт электрическое поле в веществе вокруг проводника. Примем нормировку потенциала на ноль в бесконечности. В таком случае потенциал проводника выразим как:

где путь интегрирования начинается в любой точке проводника и заканчивается в бесконечности.

Как измерить потенциал проводника

Прибором для измерения разности потенциалов между двумя проводниками может служить электроскоп, листочки или стрелка которого окружены металлической оболочкой, при этом его называют электрометром. При этом один проводник соединяют с шариком электрометра, другой с оболочкой (рис. 1).

Стрелка электрометра примет потенциал тела (1), а оболочка — потенциал тела (2). Возникнет электрическое поле, силовые линии которого идут от оболочки к стрелке или в обратном направлении. При этом угол отклонения стрелки определен напряженностью и конфигурацией возникшего поля.

При этом поле внутри замкнутой оболочки из металла ни как не зависит от внешнего поля. Оно определяется разностью потенциалов между оболочкой и стрелкой.

Измерение потенциала: разность потенциалов в электротехнике и физике

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Значит, угол отклонения стрелки есть мера разности потенциалов тел (1) и (2).

Подобный прибор можно градуировать в вольтах. Очень часто в качестве второго тела используют Землю, то есть оболочку электрометра заземляют. В таком случае электрометр покажет потенциал тела (1) относительно Земли.

Измерение потенциала: разность потенциалов в электротехнике и физике

Рис. 1

Не имеет принципиального значения, какое из тел заземлять, оболочку или шарик. От этого зависит только направление силовых линий. Угол отклонения стрелки в обоих случаях будет одним. Понятно, что электрометр может служить измерительным прибором для потенциала тела, только если его стрелка защищена не полностью от внешних полей.

Но при этом связь стрелки с внешними телами должна быть слабой. Для этого отверстие в оболочке металлического экрана (шарика) и наружная часть стержня, которая соединяет шарик со стрелкой, должны быть небольшими. В противном случае, на этих частях электрометра могут возникать существенные заряды, которые индуцируются посторонними внешними телами.

Они вносили бы искажения при переходе на стрелку, и разность потенциалов измерялась бы неверно. Провода, которые соединяют тела (1) и (2) по такой же причине должны быть тонкими. Используя электрометр легко убедиться, что поверхность проводника всегда является эквипотенциальной.

Если соединять электрометр с разными точками заряженного проводника, то отклонение стрелки его изменяться не будет.

Метод электрического зонда

Для измерения разности потенциалов в жидком или газообразном диэлектрике используют метод электрического зонда. Зонд состоит из небольшого металлического тельца (например, шарик или диск), которое соединено проволочкой с шариком электрометра. Оболочка электрометра заземлена.

Зонд помещают в точку диэлектрика, потенциал которой измеряют. При этом электрометр покажет разность потенциалов между стрелкой и оболочкой (тоже самое: между зондом и Землей). При этом необходимо заметить, что зонд существенно изменяет потенциал точки, в которую он помещается.

Причиной этому являются индукционные заряды, которые появляются на зонде и шарике электрометра. Поэтому для того, чтобы была возможность истинного измерения потенциала надо, чтобы при внесении зонда в исследуемую точку зонд и соединенный с ним шарик электроскопа приняли потенциал, который был в нашей точке до внесения зонда.

Это достигается если убрать индукционные заряды с зонда. Так, например, в капельном зонде телом служит маленькое ведерко, которое наполняется проводящей жидкостью. В дне ведерка есть очень маленькое отверстие. Капли жидкости, стекающие из этого отверстия, уносят индукционный заряд, который возникает на зонде.

Заряды противоположного знака переходят на стрелку электрометра. Угол отклонения стрелки изменяется. В стационарном состоянии, когда зонд не заряжен, потенциал зонда равен потенциалу окружающего пространства. Так как зонд соединен проводником с шариком электрометра, то потенциал шарика измерительного прибора будет таким же.

В результате электрометр покажет потенциал, который необходимо измерить. Индукционные заряды удаляют и другими методами, например, используют «пламенный зонд». В этом случае зондом является кончик металлической проволоки, который выступает из диэлектрической трубки, которая играет роль газовой горелки.

Из-за высокой температуры пламени воздух вокруг нее слегка ионизируется и становится проводящим. Ионы уносят индукционные заряды с зонда с потоком газа. Похожая идея реализуется и в радиоактивном зонде.

Пример 1

Задание: Опыты показали, что земной шар заряжен отрицательно. В среднем напряженность поля около самой поверхности Земли составляет 130$frac{В}{м}$. Разность потенциалов уровней у ног человека и у головы составляет примерно 200 В. Почему при таких условиях человек не поражается электрическим током?

Решение:

Человеческое тело является хорошим проводником. Как и любой другой проводник, тело человека сильно искажает электрическое поле. При помещении тела человека происходит перераспределение зарядов на поверхности его тела, но это перемещение идет короткий промежуток времени и оно очень слабо.

Силовые линии поля подходят к поверхности тела перпендикулярно, а эквипотенциальные поверхности огибают его, так же как металлический предмет. Весь объем тела человека эквипотенциален, то есть все точки тела имеют равные потенциалы. Напряженность поля зависит от разности потенциалов поля, если разность потенциалов равна нулю, значит и напряженность поля нуль.

Поэтому человек не чувствует разности потенциалов электрического поля Земли.

Пример 2

Задание: Если коснуться электроскопа пальцем, то он разрядится. Будет ли разряжаться электроскоп, если недалеко от него поместить изолированное от Земли заряженное тело?

Решение:

Если к электроскопу поднести заряженное тело, то на стержне прибора возникнут индуцированные заряды. Причем на внешнем конце заряды будут иметь противоположный знак по отношению к зарядам тела, на внутреннем конце такой же знак, что и заряд тела. Следовательно, электроскоп не разрядится на электрометре останется индуцированный заряд.

Пример 3

Задание: Измерения электрическим зондом показывают, что изменение потенциала электрического поля Земли изменяется в среднем на 100 В на каждый метр подъема от поверхности. Вычислите заряд Земли, если считать, что поле создается этим зарядом. Радиус Земли принять равным R=6400 км.

  • Решение:
  • Изменение модуля напряженности поля можно связать c изменением потенциала Земли в нашей задаче с помощью формулы:
  • судя по размерности в нашей задаче указан именно $left|E
    ight|$.
  • По теореме Остроградского — Гаусса запишем, что:
  • где $S=4pi R^2$, где поверхность, через которую рассмотрен поток вектора напряженности, совпала со сферой радиуса Земли. Выразим искомый заряд:
Читайте также:  Принцип работы автоматики газового котла

[left|E
ight|=frac{ riangle varphi }{ riangle x}(3.1)] [ES=frac{q}{varepsilon {varepsilon }_0}left(3.2
ight),] [q=ESvarepsilon {varepsilon }_0 left(3.3
ight).]

Будем считать, что $varepsilon =1$, подставим в (3.3) выражение (1.1), учтем, что$ S=4pi R^2$ получим:

[q=frac{ riangle varphi }{ riangle x}4pi R^2varepsilon {varepsilon }_0.]

Переведем радиус Земли в СИ, получим: $R=6,4cdot {10}^6м.$ Проведем вычисления заряда Земли:

[q=frac{100cdot 4cdot 3,14cdot 8,85cdot {10}^{-12}cdot {left(6,4cdot {10}^6
ight)}^2}{1}approx 4,55cdot {10}^5 left(Кл
ight).]

Ответ: Заряд Земли равен $4,55cdot {10}^5Кл $.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/elektrostatika/izmerenie_potenciala_provodnika/

Что такое разность потенциалов

Во многих случаях для того, чтобы правильно уяснить суть вопроса, касающегося электротехники, необходимо точно знать, что такое разность потенциалов.

Определение разности потенциалов

Общее понятие состоит в электрическом напряжении, образованном между двумя точками, и представляющем собой работу электрического поля, которую необходимо совершить для перемещения из одной точки в другую положительного единичного заряда.

Таким образом, в равномерном и бесконечном электрическом поле положительный заряд под воздействием этого поля будет перемещен на бесконечное расстояние в направлении, одинаковым с электрическим полем.

Потенциал конкретной точки поля представляет собой работу, производимую электрическим полем при перемещении из этой точки положительного заряда в точку, удаленную бесконечно.

При перемещении заряда в обратном направлении, внешними силами производится работа, направленная на преодоление электрической силы поля.

Разность потенциалов на практике

Разность потенциалов, существующая в двух различных точках поля, получила понятие напряжения, измеряемого в вольтах. В однородном электрическом поле очень хорошо просматривается зависимость между электрическим напряжением и напряженностью электрического поля.

Точки с одинаковым потенциалом, расположенные вокруг заряженной поверхности проводника, полностью зависят от формы этой поверхности. При этом разность потенциалов для отдельных точек, лежащих на одной и той же поверхности имеет нулевое значение. Такая поверхность проводника, где каждая точка обладает одинаковым потенциалом носит название эквипотенциальной поверхности.

Когда происходит приближение к заряженному телу, происходит быстрое увеличение потенциала, а расположение эквипотенциальных поверхностей становится более тесным относительно друг друга.

При удалении от заряженных тел, расположение эквипотенциальных поверхностей становится более редким.

Расположение электрических силовых линий всегда перпендикулярно с эквипотенциальной поверхностью в каждой точке.

Определение электрического тока

В заряженном проводнике все точки на его поверхности обладают одинаковым потенциалом. То же значение имеется и во внутренних точках проводника.

Проводники, имеющие различные потенциалы, соединенные между собой с помощью металлической проволоки. На ее концах появляется напряжение или разность потенциалов, поэтому вдоль всей проволоки наблюдается действие электрического поля. Свободные электроны начинают двигаться в направлении увеличения потенциала, что вызывает появление электрического тока.

Падение потенциала вдоль проводника

Источник: https://electric-220.ru/news/chto_takoe_raznost_potencialov/2014-01-05-482

Электрическое напряжение и потенциал

А В

В поле заряда Q
поместим пробный заряд q.
Под действием электрического поля Q,
q
начнет двигаться от точки А до
бесконечности, значит электрическое
поле совершает работу, то есть обладает
энергией. Энергетическими характеристиками
поля является потенциал и напряжение.

  • Электрические
    потенциал — это работа совершаемая
    силами поля по перемещению единичного
    заряда из одной точки поля в бесконечность.
  • φ
    потенциал измеряется в вольтах (В)
  • Запишем потенциал
    точек А и В ;.
  • Электрическое
    напряжение

    это работа, совершаемая силами поля по
    перемещению единичного заряда из одной
    точки поля в другую.

Электрический ток

Электрический
ток —
это
направленное движение зарядов под
действием электрического поля.

Чтобы ток шел нужно
иметь замкнутую цепь, состоящую из
источника и приемника электрической
энергии и соединительных проводов. За
направление тока принимаем направление
движение положительного заряда. Поэтому
во внешней цепи ток направлен от зажима
«+» к зажиму «-», а внутри источника
наоборот.

  1. [I]=A
  2. 1 мА=10-3А
  3. 1мкА=10-6А
  4. Сила тока —
    количество
    электричества, проходящего через
    поперечное сечение проводника за 1с.
  5. ;
    ;
    Ток равен скорости изменения зарядасимвол
    производной.
  6. При прохождении
    тока проводник нагревается и совершается
    работа.
  • 1 мВт =10-3Вт
  • 1 мкВт =10-6Вт
  • 1 кВт =103Вт
  • Тестовые задания:
Задание Варианты ответов
1.Является ли электрический потенциал энергетической характеристикой электрического поля? Да;Нет.

Понятие об источниках

  1. Источник- это
    устройство,
    которое выдает в цепь электрическую
    энергию.
  2. Различают источники
    напряжения и источники тока.
  3. Источник напряжения
    — это источник, ЭДС которого не зависит
    от сопротивления нагрузки.
  4. Е

    png» width=»70″>-
    ЭДС;

  5. Ri-внутреннее
    сопротивление источника.
  6. Схемное изображение
  7. источника напряжения
  8. Источник тока-
    это источник,
    ток которого не зависит от сопротивления
    нагрузки.

xYyt/img-61EpkS.png» width=»18″>

Схемное изображение

источника тока

Источниками тока
являются электронные лампы, транзисторы.
Чтобы получить источник тока на практике
надо к источнику напряжения подключить
очень большое внутреннее сопротивление.

При расчетах
возникает необходимость преобразовать
источник тока в источник напряжений и
наоборот.

Рис. Схема с
источником напряжения

Параметры электрических сигналов

Сигналы бывают
периодическими и непериодическими.
Периодические повторяются через
определенные промежутки времени.
Непериодические возникают один раз и
больше не повторяются.

  • 1 Мгновенным
    называется значение сигнала в любой
    момент времени u,
    i,
    e;
  • 2 Максимальными
    называется наибольшее из мгновенных
    значений Um,
    Im,
    Em;
  • 3 Размах
    это разность между максимальным и
    минимальным значением сигнала Up,Ip,
    Ep,

4 Период
— это наименьший промежуток времени.
через который, значение переменной
повторяется [T]=с;

5 Циклическая
частота

это количество колебаний переменной
за 1 с.

  1. 1кГц=103Гц
  2. 1МГц=106Гц
  3. Сигналы различной
    формы
  4. 1 Сигнал не
    изменяющийся во времени — это постоянное
    напряжение или ток.

2 Сигнал гармонической
формы изменяется по закону sin
или cos

3 Сигнал треугольной
формы.

4 Сигнал пилообразной
формы.

5 Сигнал прямоугольной
формы (биполярный импульс)

6 Однополярный
импульс

  • tu
    длительность импульса
  • скважность
    отношение периода к длительности
    импульса
  • 7 Сигнал на выходе
    однополупериодного выпрямителя

8 Сигнал на выходе
двухполупериодного выпрямителя

Тестовые задания:

Задание Варианты ответов
1Является ли скважность понятием, которое характеризует гармонический сигнал? Да;Нет.
2 Укажите какой отрезок на временной диаграмме соответствует размаху сигнала?
Задание Виды сигналов Временные диаграммы
4.Укажите какие временные диаграммы соответствуют перечисленным видам сигналов.
  1. однополярный импульс;
  2. гармонический сигнал;
  3. сигнал пилообразной формы;
  4. сигнал треугольной формы.
  1. ЭЛЕМЕНТЫ
    ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ
  2. Резистивное
    сопротивление —
    это
    участок цепи, в которой происходит
    процесс необратимого преобразования
    электрической энергии в тепловую.
  3. [R]=Ом
  4. 1кОм=103
    Ом
  5. 1МОм=106
    Ом
  6. Элемент, который
    обладает электрическим сопротивлением,
    называется
    резистор
  • где ρ
    удельное сопротивление
  • l
    длина проводника.
  • S
    площадь поперечного сечения
  • Электрическая
    проводимость-
    это
    способность тела проводить электрический
    ток.
  • [G]=
    См (Сименс)
  1. Индуктивность-
    это способность
    тела накапливать энергию магнитного
    поля.
  2. [L]=Гн
    (Генри)
  3. 1мГн= 10-3Гн
  4. 1мкГн= 10-6Гн
  5. Формула индуктивности
    , где;-
    потокосцепление катушки
  6. Ф
    магнитный поток, N
    число витков катушки
  7. Элемент который
    обладает индуктивностью, называется
    катушка индуктивности.

Для тороидальной
катушки запишем расчетную формулу ее
индуктивности

lср
длина средней магнитной силовой линии


магнитная постоянная, μ
относительная магнитная проницаемость.

  • Емкость- это
    способность тела накапливать энергию
    электрического поля
  • [C]
    Ф
    (фарад)
  • С
    электрическая емкость.
  • 1мкФ=10-6
    Ф
  • 1нФ=10-9Ф
  • 1пФ=10-12
    Ф

Элемент обладающий
емкостью называют
конденсатором. Конденсатор —
это
две металлические пластины, разделенные
слоем диэлектрика.

  1. ε
    электрическая постоянная, ε=
    8,85
    ·10-12Ф/м
  2. ε
    относительная диэлектрическая
    проницаемость
  3. d
    расстояние между пластинами
  4. S
    площадь одной пластины

Тестовые задания:

Задание Варианты ответов
2.Укажите какие из приведенных математических выражений соответствуют понятию индуктивность. а) ; б); в); г); д);
3.Выберите из перечисленных величин величины, соответстствующие 25мкФ.
  • а) 25·10-6 Ф; б) 25·106 Ф;
  • в) 25·103 нФ; г) 25·106 пФ;
  • д) 25·10-9 нФ; е) 25·10-12 пФ.

Источник: https://studfile.net/preview/5241444/

Ответы@Mail.Ru: Объясните что такое ПОТЕНЦИАЛ в электрике? Выравнивание потенциалов?

Потенциалом данной точки поля называется работа, которую затрачивает электрическое поле, когда оно перемещает положительную единицу заряда из данной точки поля в бесконечно удаленную точку. Чтобы переместить заряд +q из бесконечно удаленной точки снова в точку М, внешние силы должны произвести работу А, идущую на преодоление электрических сил поля.

Напряжение относительно общей точки.

Это скорее их раздела «электрохимическая защита от коррозии». Почитайте этот раздел. Все станет ясно.

http://dic.academic.ru/dic.nsf/ushakov/963642

По сравнению с жидкостями, это — уровень.
Разность уровней- разность потенциалов.

Потенциал-это работоспособность электрического поля по созданию электротока. Уравнивание потенциалов-это защитная мера электробезопасности. Видели, наверное, в санузлах квартир желто-зеленые провода, подведенные к металлическим трубам, чугунным ваннам. Эти провода в итоге снижают разность потенциалов (шагового напряжения)

Есть разность потенциалов — может быть совершена работа (полезная или вредная, по обстоятельствам). Аналогия: есть разность уровней воды — может потечь, нет — то нет (хоть никакого сопротивления, т. е. перегородки не будет). Любой потенциал относителен, т. к. это разность.

Напряжение и потенциал. Прежде чем начать говорить о напряжении, нужно разобраться с понятием потенциал. Слово потенциал произошло от латинского слова «potentia» — возможность, сила. Если провести аналогию с механикой, то это слово сходно с понятием энергии. Подняв груз некоторой массы на определенную высоту, он будет обладать энергией.

Эта энергия и есть потенциал данного тела. Согласитесь, что тело будет падать, пока есть разница между высотой, на которой находится тело и высотой места падения. Ведь тело, которое лежит на поверхности не падает! Таким образом, для падения важен не сам по себе потенциал, а именно разница потенциалов.
Что – то подобное происходит и в микромире.

Электрический ток подобен «падению». Под потенциалом в электричестве понимается избыток или недостаток свободных электронов. А разница (уже электрическая, а не механическая) между двумя потенциалами есть электрическое напряжение. Отсюда следует, что само понятие напряжения имеет смысл только для двух точек.

U = φa – φb
Теперь попытаемся разобраться в понятии напряжения поглубже. Возьмем лампочку от карманного фонаря и соединим ее с батарейкой. Лампочка горит. Теперь возьмем более мощную лампу накаливания, для освещения квартир. Гореть от простой батарейки она не будет, нужен более мощный источник. Таким источником может быть розетка.

Если амперметром (прибором для измерения силы тока) измерить ток в каждой из вышеописанных цепей, можно увидеть, что показания одинаковы. Т. е. сила тока и соответственно заряды в секунду равны. Выходит, что есть еще одна величина, от которой зависит работа, совершаемая электрическим током. Эта величина, как раз, напряжение.

Как объяснить это явление? Для этого можно провести аналогию с водой в шланге. Роль проводника выполняет сам шланг, электрических зарядов – вода. Теперь количество выпускаемой воды будет в роли силы тока, а напор в роли напряжения. Здесь, кроме количества воды, работу совершает напор воды. Похожая ситуация и с электричеством.

Таким образом, можно сделать вывод, что напряжение это работа, совершаемая зарядом.
U=A/q
, где U — напряжение, А — работа, q — заряд.
Единица измерения напряжения Вольт = 1 Дж/1 Кл.
Чтобы лучше представлять, что такое Вольт, приведем примеры для сравнения.

Напряжение батареек и аккумуляторов, используемых в маломощных бытовых приборах, составляет не более 10 В. Для человека, во влажной среде, опасно 12 В. В сырых помещениях — 36 В. В городских квартирах напряжение составляет 220 В. На подстанции, которая обслуживает жилой район или энергоемкий объект 440 В.

Дальше по городу идут распределительные линии 6 – 10 кВ (1 кВ = 1000 В). Для линий электропередач предназначенных на дальние расстояний напряжение колеблется от 35, 110, 220 и 500 кВ. Но самым высоким напряжение обладает молния. Ее напряжение иногда свыше 1 000 000 кВ!

Потенциалом данной точки поля называется работа, которую затрачивает электрическое поле, когда оно перемещает положительную единицу заряда из данной точки поля в бесконечно удаленную точку. Чтобы переместить заряд +q из бесконечно удаленной точки снова в точку М, внешние силы должны произвести работу А, идущую на преодоление электрических сил поля.

Источник: https://touch.otvet.mail.ru/question/188117145

Потенциал электрического поля

Важным свойством электрического поля, как поля не имеющего вихрей и созданного одними неподвижными источниками, является его потенциальность.

Электрическое поле называется потенциальным, если работа, которую совершает носитель заряда в таком поле, при перемещении его по любому замкнутому контуру равняется нулю.

Гравитационное поле силы тяжести также является потенциальным.

Если поднять груз определенной массы на некоторую высоту, а затем опустить его обратно на поверхность Земли, в прежнюю точку, то полная механическая работа будет также равна нулю.

Причем, совершенно не важно по какой траектории осуществлялся подъем и спуск груза. Источником такого гравитационного поля является в этом примере Земля (тело с массой во много раз большей чем масса поднимаемого груза).

Электростатическое поле, то есть такое поле, которое образовано неподвижными электрическими зарядами, также обладает аналогичной потенциальностью.

Работа носителя заряда при его перемещении по замкнутому контуру в электростатическом поле будет равняться нулю.

Траектория такого перемещения замкнута и называется контуром и эта траектория может быть любого вида, принципиальное значение имеет ее замкнутость, а не форма.

На рисунке изображены разные траектории движения заряда в электростатическом поле плоского конденсатора. Не имеет значения по какому маршруту двигался заряд (картинка слева), совершенная им работа будет одинаковой, то есть A1=A2=A3.

На правом изображении показано движение заряда по замкнутому контуру. Начальная и конечная точки поля совпадают. Заряд двигался из точки 1, затем 2, 3, и снова прибыл в точку 1, тем самым образовав замкнутую траекторию, то есть контур.

В этом случае говорят, что совершенная им механическая работа равна нулю.

Потенциал

Так как электростатическое поле является потенциальным, то в нем каждая точка пространства имеет потенциал характеризующий это поле. Для гравитационного поля это будет гравитационный потенциал, а для электрического — электрический потенциал. Что же такое потенциал и как он определяется?

Потенциалом φ точки электрического поля называется работа, которую нужно затратить, чтобы переместить заряд +q в количестве одного Кулона из бесконечности в данную точку поля, или же работа по перемещению этого же заряда +q из данной точки в бесконечность.

Из определения потенциала получается, что потенциал — это показатель характеризующий работу заряда, то есть это по-сути энергетическая характеристика поля. Что же следует понимать под бесконечностью? Это всё-таки некоторое расстояние, а не математическое понятие ∞.

Под бесконечностью в определении потенциала следует понимать такое расстояние в пространстве, на котором поле можно считать равным нулю, то есть напряженность поля в ней настолько мала, что ее можно принять за ноль.

Силовые линии электрического поля одиночного заряда уходят в бесконечность и даже в этой бесконечности с противоположной стороны вполне может встретится заряд противоположного знака, и тогда эти две бесконечности встретятся. Вот такое место встречи и есть то место, где влияние поля одиночного заряда равно нулю.

Это место нулевого потенциала, где потенциал φ=0, после перехода этой зоны нулевого потенциала его значения поменяют свой знак. В реальной природе, во вселенной, каждый заряд имеет свою противоположную пару и потому точка бесконечности — это точка равновесия, баланса.

Из практических соображений бывает удобно принять некоторую линию или поверхность (эквипотенциальную) равной нулю. Это значит, что относительно некоторого источника электрического поля она всё же имеет некоторое значение, но принимается за ноль из практической необходимости. Получается обоснованная относительная система отсчета потенциалов поля.

На этот счёт есть аналогия с гравитационным полем Земли (отсчет от уровня моря), когда влияние гравитации Солнца несущественно, но для высоких орбит космических спутников следует учитывать и гравитацию Солнца.

При значительном приближении космического аппарата к Луне, влияние гравитационного потенциала Луны станет первостепенным и потребуется лунная система отсчета. Подобным образом обстоят дела и с электрическим полем Земли.

Если в физике при рассмотрении теоретических вопросов выбирают бесконечность, то в электротехнике поступают иначе, и принимают за нулевой потенциал поверхность Земли. Соответственно на определенной высоте от поверхности Земли, в атмосфере, потенциал будет иметь некоторое отличное от нуля значение.

В каком случае понятие потенциала теряет смысл? Если при движении заряда по разным траекториям будет совершатся разная работа, то есть она будет зависеть от формы пути, то здесь потенциал поля не имеет смысла. Итак, понятие потенциала относится только к потенциальному полю.

Потенциальная энергия

Известное в механике понятие потенциальной энергии также относится к потенциальному полю. При отсутствии потенциального поля не может быть никакой речи о потенциальной энергии.

Потенциальной энергией тела мы как раз и называем ту работу, которую необходимо затратить, чтобы переместить это тело из бесконечности в данную точку. Иначе говоря, требуется затратить энергию, чтобы перенести тело из области с нулевым потенциалом в область с высоким потенциалом.

Опять же, если затрачиваемая работа зависит от формы пути, то нет потенциального поля, а значит невозможно говорить о потенциальной энергии.

Как было уже сказано выше, потенциал — это энергетическая характеристика поля и потому достаточно легко определить потенциальную энергию через потенциал.

Потенциальная энергия Up равна произведению заряда q на потенциал φ.

Дата: 01.05.2015

© Valentin Grigoryev (Валентин Григорьев)

Источник: http://electricity-automation.com/page/potentsial-elektricheskogo-polya

Разность потенциалов — это… что такое разность потенциалов?

  • Разность потенциалов — электрическая (для потенциального электрического поля то же, что напряжение электрическое) между двумя точками пространства (цепи); равна работе электрического поля по перемещению единичного положительного заряда из одной точки поля в другую. В… …   Иллюстрированный энциклопедический словарь
  • разность потенциалов — Электрическое напряжение в безвихревом электрическом поле, характеризующееся независимостью от выбора пути интегрирования. [ГОСТ Р 52002 2003] Тематики электротехника, основные понятия Синонимы разность электрических потенциалов …   Справочник технического переводчика
  • РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ — РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ, (электрическое напряжение), разность в НАПРЯЖЕНИИ (ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОТЕНЦИАЛЕ) между двумя точками в цепи или в электрическом поле. Обычно выражается в ВОЛЬТАХ. Равна работе по перемещению единичного электрического заряда из… …   Научно-технический энциклопедический словарь
  • РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ — электрическая (электрическое напряжение) между двумя точками равна работе электрического поля по перемещению единичного положительного заряда из одной точки поля в другую …   Большой Энциклопедический словарь
  • РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ — между двумя точками стационарного электрич. или гравитац. поля измеряется работой, совершаемой силами поля при перемещении единичного положит. заряда или, соответственно, единичной массы из точки с большим потенциалом в точку с меньшим… …   Физическая энциклопедия
  • разность потенциалов — elektrinių potencialų skirtumas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Apibrėžtį žr. priede. priedas( ai) Grafinis formatas atitikmenys: angl. electric potential difference; potential difference vok. elektrische… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
  • разность потенциалов — potencialų skirtumas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. potential difference; voltage difference vok. Potentialdifferenz, f; Potentialunterschied, m rus. разница потенциалов, f; разность потенциалов, f pranc. différence des… …   Automatikos terminų žodynas
  • разность потенциалов — между двумя точками электрического поля (электрическое напряжение), равна работе электрического поля по перемещению единичного положительного заряда из одной точки поля в другую. * * * РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ электрическая… …   Энциклопедический словарь
  • разность потенциалов — potencialų skirtumas statusas T sritis chemija apibrėžtis Dydis, lygus elektrinio lauko darbui, kurio reikia perkelti vienetinį teigiamą elektros krūvį iš vieno lauko taško į kitą. atitikmenys: angl. potential difference rus. разность потенциалов …   Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
  • разность потенциалов — potencialų skirtumas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. potential difference vok. Potentialdifferenz, f; Potentialunterschied, m rus. разность потенциалов, f pranc. différence de potentiel, f …   Fizikos terminų žodynas

Источник: https://dic.academic.ru/dic.nsf/enc1p/40010

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector