Ольга Косарева - Шпаргалка по общей электронике и электротехнике
Опыты привели Кулона к установлению следующего закона: два физических точечных заряда q1 и q2, находясь в однородной среде с относительной электрической проницаемостью е на расстоянии r, действует один на другой с силой F, пропорциональной произведению этих зарядов и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. физически точечными заряды называются в том случае, если собственные размеры их малы по сравнению с расстоянием между ними. формула Кулона имеет вид: F =(q1q2)/(4??·?0r 2), где ?0=8,85 · 10–12Ф/м – электрическая проницаемость пустоты. ? – относительная электрическая проницаемость. Она показывает, во сколько раз при прочих равных условиях сила взаимодействия двух зарядов в какой-либо среде меньше, чем в пустоте. Относительная электрическая проницаемость – безразмерная величина.
Оценка интенсивности электрического поля производится по механическим силам, с которыми поле действует на заряженные тела. Так как по закону Кулона сила взаимодействия между зарядами в данной среде зависит от величины зарядов и расстояния между ними, то за количественную меру поля принимают механическую силу, с которой поле в данный момент пространства действует на единичный положительный заряд, помещенный в эту точку. Эта величина называется напряженностью электрического поля и обозначается Е. Согласно определению Е=F/q. Приравнивая единице один из зарядов в формуле Кулона, получим выражение для напряженности поля Е в точке, удаленной на расстоянии rот физического точечного заряда: Е = q/(4???0r2), а для пустоты, у которой относительная электрическая проницаемость равна единице: Е = q/(4??0r 2).
Единица измерения напряженности – В/м.
Электрическое поле, напряженность которого в разных точках пространства одинакова по величине и по направлению, называется однородным полем.
При изучении различных физических явлений приходится встречаться со скалярными и векторными величинами.
Положительный электрический заряд, внесенный в поле положительно заряженного тела шарообразной формы, удаленного от других зарядов, 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, получаем ряд радикальных прямых, расходящихся во все стороны. Эти воображаемые линии, по которым стремится двигаться положительный, лишенный инерции заряд, внесенный в электрическое поле, называются электрическими силовыми линиями. В электрическом поле можно провести любое число силовых линий. С помощью графических линий можно графически изобразить не только направление, но и напряженности электрического поля в данной точке.
Количество электричества, приходящееся на единицу поверхности заряженного тела, называется поверхностной плотностью электрического заряда. Она зависит от количества электричества на теле, а также от формы поверхности проводника.
53. ПРОВОДНИК И ДИЭЛЕКТРИК В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ
Если незаряженный изолированный проводник внести в электрическое поле, то в результате действия электрических сил поля в проводнике происходит разделение электрических зарядов. Свободные электроны проводника придут в движение в направлении, противоположном направлению электрического поля. В результате на конце проводника, обращенном к заряженному шару, окажется избыток электронов, обусловливающий отрицательный заряд этого конца, а на другом конце проводника окажется недостаток электронов, обусловливающий положительный заряд этой части проводника.
Разделение зарядов на проводнике под влиянием заряженного тела называется электризацией через влияние, или электростатической индукцией, а заряды на проводнике – индуцированными зарядами. По мере приближения проводника к заряженному шару количество индуцированных зарядов на проводнике увеличивается. Электрическое поле заряженного шара изменяется, как только в нем окажется проводник. Электрические силовые линии шара, расходившиеся ранее равномерно и радикально, теперь изогнутся в сторону проводника. Так как началами и концами электрических силовых линий являются электрические заряды, лежащие на поверхности проводников, то, начинаясь у поверхности с положительными зарядами, силовая линия кончается у поверхности с отрицательными зарядами. Внутри проводника электрическое поле существовать не может. В противном случае между отдельными точками проводника существовала бы разность потенциалов, в проводнике происходило бы движение зарядов (ток проводимости) и до тех пор, пока вследствие перераспределения зарядов потенциалы всех точек проводника не стали бы равными.
Этим пользуются, кода хотят оградить проводник от влияния внешних электрических полей. Для этого проводник окружают другим проводником, выполненным в виде сплошной металлической поверхности или проволочной сетки с мелкими отверстиями. Индуцированные заряды, образовавшиеся на проводнике в результате влияния на него заряженного поля, можно отделить один от другого, если разломить проводник пополам.
Диэлектрик отличается от проводника отсутствием свободных электронов. Электроны атомов диэлектрика прочно связаны с ядром атома.
Диэлектрик, внесенный в электрическое поле, так же как и проводник, электризуется через влияние. Однако между электризацией проводника и диэлектрика имеется существенная разность. Если в проводнике под влиянием сил электрического поля свободные электроны передвигаются по всему объему проводника, то в диэлектрике свободного перемещения электрических зарядов произойти не может. Но в пределах одной молекулы диэлектрика возникает смещение положительного заряда вдоль направления электрического поля и отрицательного заряда в обратном направлении. В результате влияния заряженного тела на поверхности диэлектрика возникнут электрические заряды. Это явление называется поляризациейдиэлектрика. Различают диэлектрики двух классов. 1. Молекула в нейтральном состоянии имеет положительный и отрицательный заряды, настолько близко расположенные один к другому, что действие их взаимно компенсируется. Под влиянием электрического поля положительные и отрицательные заряды в пределах молекулы несколько смещаются один относительно другого, образуя диполь. 2. Молекулы и в отсутствии электрического поля образуют диполи. Такие диэлектрики называют полярными.
Необходимость правильного выбора величины напряженности электрического поля в диэлектрике привела к созданию теории электрической прочности, имеющей важное значение для современной техники высоких напряжений.
54. ГЛАВНЕЙШИЕ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Асбест – минерал, имеющий волокнистое строение. Длина волокна – от десяти долей миллиметра до нескольких сантиметров. Из асбеста изготовляют пряжу, ленту, ткани, бумагу, картон и др. Ценным качеством является его высокая нагревостойкость. Нагрев до 300–400° не меняет свойств асбеста. Благодаря низкой теплопроводности асбест применяют в качестве тепловой изоляции при высоких температурах. Асбест обладает гигроскопичностью, которая уменьшается при пропитке его смолами, битумами и т. п. Электроизоляционные свойства асбеста невысоки. Поэтому он не применяется при высоких напряжениях.
Канифоль – хрупкая смола светло-желтого или коричневого цвета, получаемая путем обработки смолы хвойных деревьев. Канифоль растворяется в нефтяных маслах, жидких углеводородах, растительных маслах, спирте, скипидаре. Температура размягчения канифоли 50–70 °C. Употребляют для приготовления пропиточных и заливочных масс.
Парафин – воскообразное вещество, полученное из нефти. Хорошо очищенный парафин – кристаллическое вещество белого цвета. Применяется для пропитки дерева, бумаги, волокнистых веществ, для заливки высокочастотных катушек и трансформаторов, для приготовления изолирующих составов.
Слюда – минерал кристаллического строения. Благодаря своему строению легко расщепляется на отдельные листочки. Обладает высокой электрической прочностью, высокой нагревостойкостью, влагостойкостью, механической прочностью и гибкостью. Применяют два вида слюды: мусковит и флогопит, различающиеся по составу, цвету и свойствам. Лучшей слюдой является мусковит. Из листочков слюды штампуют прямоугольные пластинки для конденсато– ров, шайбы для электрических приборов и т. п.
Текстолит – пластмасса, представляющая собой многослойную ткань, пропитанную резольной смолой и спрессованную под большим давлением при 150". Положительные качества: малая хрупкость, высокие механические качества, стойкость к истиранию. Отрицательные качества: плохие электрические свойства, малая влагостойкость, более дорогой по цене.
