Câmpul electromagnetic este format din câmp electric(E) și câmp magnetic (H) (Fig. 1.1).

Particulele încărcate creează un câmp electric. Sub influența unui câmp electric, sarcinile se mișcă, formând un curent electric. Electricitate creează un câmp magnetic.

Intensitatea câmpului electric (E) este o mărime vectorială care caracterizează câmpul electric în fiecare dintre punctele sale (Fig. 1.1).

Tensiune electrică între două puncte (U) este egală cu munca forțelor de câmp asupra deplasării unei unități sarcină pozitivă dintr-un punct al câmpului în altul. Tensiunea se măsoară în volți.

Potenţial ( ) este tensiunea dintre orice punct al câmpului electric și pământ, al cărei potențial este convențional presupus a fi zero. Potențialul se măsoară în volți.

Tensiunea dintre două puncte ale câmpului electric (de exemplu, un punct DARși punct LAîn fig. 1.2) este egală cu diferența de potențial dintre aceste puncte:

Uav = а - в

 W = 0 – potenţialul pământului

U AZ = DAR -  W =  DAR

U VZ = LA -  W =  LA

U AB = DAR -  LA

1.2. capacitate electrică. Condensatoare

Condensator - acesta este un sistem de doi conductori (plăci) separate printr-un dielectric, adică un material care nu conduce curentul electric (Fig. 1.2). Simbolul condensatorului este prezentat în Figura 1.3, A- condensator fix b– capacitate variabilă.

Orez. 1.2 Condensator 1.3 Simbol Fig. 1.4 Condensator de hârtie

condensatoare pe circuite

Condensatorii au capacitatea de a acumula pe plăcile lor sarcini electrice egale ca mărime și diferite ca semne Q:

Q = C U 



Unde Q- sarcina fiecăreia dintre plăcile condensatorului, CL;

U - tensiune între plăci, LA;

DIN- capacitatea condensatorului, F(Farad).

Capacitatea condensatorului ( DIN) depinde de forma și dimensiunea plăcilor sale ( S - orez. 1.2), distanțele dintre ele ( d- orez. 1.2) și proprietățile dielectricului care separă plăcile. Condensatorii sunt hârtie, mica, ceramică etc. Condensatorii din hârtie (Fig. 1.4) constau din două benzi lungi de folie de aluminiu izolate cu benzi de hârtie cerată.

1.3. Conectarea condensatoarelor

Când sunt conectate în serie condensatoarele sunt conectate unul după altul (de exemplu, în Fig. 1.5 - C 1 și C 2).

Capacitatea echivalentă (totală) a condensatoarelor conectate în serie (C) este determinată de formula

. Pentru doi condensatori

.

Orez. 1.5 Secvenţial Fig. 1.6 Paralel 1.7 Mixt

conectarea condensatoarelor conectarea condensatoarelor conectarea condensatoarelor

Când este conectat în paralel toate plăcile de condensator încărcate pozitiv sunt conectate la un punct al circuitului, iar plăcile încărcate negativ la un alt punct (Fig. 1.6). Capacitatea echivalentă atunci când condensatoarele sunt conectate în paralel este determinată de formula:

Lucrarea de a muta o sarcină electrică

Să calculăm lucrul la mișcarea unei sarcini electrice într-un câmp electric uniform cu intensitate. Dacă sarcina sa deplasat de-a lungul liniei de intensitate a câmpului la o distanță (Fig. 134), atunci munca este egală cu

A = F e(d1-d2) = qE(d1-d2), (39.1)

Unde d 1 și d 2 - distante de la punctele de inceput si de sfarsit pana la placa LA.
În mecanică, s-a demonstrat că atunci când se deplasează între două puncte dintr-un câmp gravitațional, munca gravitației nu depinde de traiectoria corpului. Forțele de interacțiune gravitațională și electrostatică au aceeași dependență de distanță, vectorii de forță sunt direcționați de-a lungul liniei drepte care leagă corpurile punctuale care interacționează. De aici rezultă că atunci când o sarcină se mișcă într-un câmp electric dintr-un punct în altul, munca forțelor câmpului electric nu depinde de traiectoria mișcării sale.
Această concluzie este confirmată de cele mai precise experimente.
Când direcția de mișcare se schimbă cu 180°, munca forțelor câmpului electric, precum și munca gravitației, își schimbă semnul în sens opus. Dacă la mutarea unei încărcături q dintr-un punct LA exact DIN forțele câmpului electric funcționează DAR, apoi când încărcarea se mișcă q pe aceeași cale de la DIN exact LA ei fac treaba DAR. Dar, deoarece munca nu depinde de traiectorie, atunci când se deplasează de-a lungul traiectoriei CKB se face si munca DAR. Rezultă că atunci când sarcina se mișcă prima din punct LA exact DIN, iar apoi de la punct DIN exact LA, adică de-a lungul unei traiectorii închise, munca totală a forțelor câmpului electrostatic se dovedește a fi egală cu zero (Fig. 135).

Lucrarea forțelor câmpului electrostatic în timpul mișcării unei sarcini electrice de-a lungul oricărei traiectorii închise este egală cu zero.
Se numește un câmp al cărui lucru al forțelor de-a lungul oricărei traiectorii închise este egal cu zero potenţial camp. Gravitația și câmpuri electrostatice sunt câmpuri potențiale.

Potențial și tensiune într-un câmp electric

Pentru energia caracteristică fiecărui punct al câmpului electric se introduce conceptul de „potenţial”. Potențialul este notat prin literă φ.

Potențialul în fiecare punct al câmpului electric este caracterizat de energia W, care este cheltuită (sau poate fi cheltuită) de către câmp pentru a muta o unitate de sarcină pozitivă q dintr-un punct dat în afara câmpului, dacă câmpul este creat de o sarcină pozitivă sau din afara câmpului în punct dat, dacă câmpul este creat de o sarcină negativă (Fig. 1.7a).

Din definiția de mai sus rezultă că potențialul în punctul A este egal cu φ A= WA/q; la punctul B W V/q, iar potențialul în punctul C este W C/q.

Potențialul se măsoară în volți [ φ ] = = J/C = V.

Valoarea potențialului în fiecare punct al câmpului electric este determinată de expresie

φА =(1.12)

Potenţialul este o mărime scalară. Dacă câmpul electric este creat de mai multe sarcini, atunci potențialul în fiecare punct al câmpului este determinat de suma algebrică a potențialelor create în acel punct de fiecare sarcină.

Deoarece (Fig. 1. 7a) r A< r В < r С, то из (1.12) следует, что φ А >φ B > φ C, dacă câmpul este creat de o sarcină pozitivă.

Dacă o sarcină de test pozitivă este plasată în punctul A (Fig. 1.7a) al câmpului electric, atunci sub acțiunea forțelor câmpului se va deplasa din punctul A în punctul B și apoi în punctul C, adică. în direcția câmpului. Astfel, o sarcină de test pozitivă se deplasează dintr-un punct cu potențial mai mare într-un punct cu potențial mai scăzut. între puncte cu potenţiale egaleîncărcarea nu se va mișca. Prin urmare, pentru a muta o sarcină între două puncte ale câmpului electric, trebuie să existe o diferență de potențial în aceste puncte.

Diferența de potențial dintre două puncte ale câmpului electric caracterizează tensiunea dintre aceste puncte.

U AB \u003d φ A - φ B; U BC \u003d φ B - φ C; U AC \u003d φ A - φ C

Tensiunea dintre două puncte ale câmpului electric este caracterizată de energia cheltuită pentru deplasarea unei unități de sarcină pozitivă între aceste puncte, adică. U AB \u003d W AB / q

Tensiunea se măsoară în volți (V).

Există o relație între tensiune și intensitate într-un câmp electric uniform (Fig. 1.8)

U AB \u003d φ A - φ B \u003d W AB / q = Fl/q = El,

de unde rezultă

E \u003d U AB / l . (1.13)

Din această formulă se poate observa că puterea unui câmp electric uniform este determinată de raportul dintre tensiunea dintre două puncte ale câmpului și distanța dintre aceste puncte.

Unitatea de măsură a intensității câmpului electric este V/m (volți pe metru).

Potențialele în punctele câmpului electric au valori diferite. Totuși, într-un câmp electric, se pot distinge un număr de puncte cu același potențial. Suprafața care trece prin aceste puncte se numește echipotențial sau echipotențial. Un exemplu de astfel de suprafață este căptușeala unui condensator cilindric (Fig. 1.7b) și a unui condensator plat (Fig. 1.9). Au același potențial pe întreaga suprafață a fiecărei plăci și sunt suprafețe echipotențiale.

3. Electricitate este fenomenul de mișcare direcțională a purtătorilor sarcini electriceși (sau) fenomenul de modificare a câmpului electric în timp, însoțit de camp magnetic. În conductoarele metalice și în vid (în anumite condiții), curentul este format printr-un flux de electroni, iar în lichide și gaze - printr-un flux de ioni și electroni.

Corpurile care conduc bine electricitatea se numesc conductori.

Conductori. Foarte des, electronii (în special cei care sunt slab legați de nucleul unui atom) își pot părăsi orbita, intra în spațiul interatomic. Astfel de electroni se numesc liberi. Substanțele, în spațiul interatomic al cărora există întotdeauna electroni liberi, sunt conductoare de primul fel. iar curentul din conductor este creat de electroni liberi. Toate metalele sunt incluse. În practică, acestea sunt fire, miezuri de cablu, contacte relee, filamente electrice. lămpi, etc.

Soluțiile de acizi, săruri și alcalii (electroliți) sunt conductori de al doilea fel. Ionii pozitivi și negativi se formează continuu în electrolit. Curentul electric din electrolit este creat nu de electroni liberi, ci de ioni.

4. Forta electromotoare(EMF) - scalar cantitate fizica caracterizarea muncii forţelor externe (nepotenţiale) în surse de constante sau curent alternativ. Într-un circuit conductor închis, EMF este egal cu munca acestor forțe în deplasarea unei singure sarcini pozitive de-a lungul circuitului.

EMF poate fi exprimată în termeni de intensitatea câmpului electric al forțelor externe (). Într-o buclă închisă () atunci EMF va fi egal cu:

Unde este elementul lungimii conturului.

EMF, ca și tensiunea, se măsoară în volți. Poți vorbi despre forta electromotoare oriunde în lanț. Aceasta este munca specifică a forțelor externe nu în întregul circuit, ci numai în această secțiune. EMF-ul unei celule galvanice este munca forțelor externe atunci când se deplasează o singură sarcină pozitivă în interiorul celulei de la un pol la altul. Lucrarea forțelor externe nu poate fi exprimată în termeni de diferență de potențial, deoarece forțele externe sunt nepotențiale și munca lor depinde de forma traiectoriei. Deci, de exemplu, munca forțelor externe atunci când se deplasează o sarcină între bornele curente în afara sursei în sine este egală cu zero.

Caracteristici volt-amper(VAC) - un grafic al dependenței curentului printr-o rețea cu două terminale de tensiunea din această rețea cu două terminale. Caracteristica volt-amper descrie comportamentul unei rețele cu două terminale la curent continuu. Cel mai adesea considerat VAC elemente neliniare(gradul de neliniaritate este determinat de coeficientul de neliniaritate), deoarece pentru elementele liniare caracteristica I–V este o linie dreaptă și nu prezintă un interes deosebit.

Exemple tipice de elemente care au un CVC semnificativ neliniar: diodă, tiristor, diodă zener.

Pentru elementele cu trei poli (cum ar fi un tranzistor, tiristor sau triodă de tub), sunt adesea construite familii de curbe, care sunt caracteristicile curent-tensiune pentru un circuit cu două terminale cu parametri dați într-un fel sau altul la a treia ieșire a element.

Trebuie remarcat faptul că într-un circuit real, în special unul care funcționează la frecvențe relativ înalte (aproape de limitele intervalului de frecvență de funcționare) pentru un dispozitiv dat, dependența reală a tensiunii în timp poate parcurge traiectorii care sunt foarte departe de CVC „ideal”. Cel mai adesea acest lucru se datorează capacității sau altor proprietăți inerțiale ale elementului.

5. Muncă curentul electric arată cât de multă muncă a fost efectuată de un câmp electric atunci când se deplasează sarcini printr-un conductor.

Lucrul unui curent electric este egal cu produsul dintre curent și tensiune
iar pe durata curgerii curentului în circuit.

Unitatea de măsură pentru lucrul curentului electric în sistemul SI:
[A] = 1 J = 1A. b. c

Puterea curentului electric arată munca efectuată de curent pe unitatea de timp.
și este egal cu raportul dintre munca efectuată și timpul în care a fost efectuată această muncă.

(puterea în mecanică este de obicei indicată prin literă N, în electrotehnică - prin lit R)
deoarece A = IUt, atunci puterea curentului electric este egală cu:

Unitatea de măsură a puterii curentului electric în sistemul SI:

[P] = 1 W (watt) = 1 A. B

6. Cel mai simplu circuit electric (Fig. 12) conține o sursă energie electrica G, receptor de energie Pși două fire de linie L 1și L 2 conectarea sursei la receptorul de energie. Firele de linie sunt conectate la o sursă de energie electrică cu două cleme, numite poli pozitiv (+) și negativ (-).

Sursa de energie electrică transformă energia mecanică, chimică, termică sau alte tipuri de energie în energie electrică. Receptorul transformă energia electrică într-un alt tip de energie - mecanică, termică, chimică, luminoasă etc.

Sursele de energie electrică sunt generatoarele (mașini electrice acționate de orice motoare mecanică), bateriile și celulele galvanice, al căror simbol este prezentat în Fig. 13. Ca receptori de energie electrică se folosesc lămpi de iluminat, motoare electrice, radiatoare electrice etc.

Atât celulele galvanice, cât și acumulatorii sunt interconectate pentru a forma, în primul caz, o baterie de celule galvanice, iar în al doilea, o baterie de acumulatori. O sursă de energie electrică cu fire liniare conectate la ea și un receptor de energie formează un circuit închis. circuit electric, prin care are loc o mișcare continuă a energiei electrice, numită curent electric.

DCîn conductoarele metalice este o stare staționară mișcare înainte electroni liberi într-un circuit închis.

Forța curentului care circulă în doi conductori distanțați unul de celălalt la o anumită distanță provoacă forte mecanice acţionând asupra acestor conductoare. Unitatea de măsură a curentului este amperul ( A). LA sistem international unități (SI) amper- puterea unui curent neschimbător, care, trecând prin doi conductori rectilinii paraleli de lungime infinită și neglijabil sectiune rotunda situat la o distanta de 1 m unul de celălalt în vid, ar provoca între acești conductori o forță egală cu 2 10 -7 newtoni ( n) pe metru de lungime.

Unitatea de forță în Sistemul Internațional de Unități este newtonul (n); n= ,

Unde kg – kilogram de masă,

m - metru,

sec - al doilea.

Electricitate determină cantitatea de energie electrică care curge prin secțiunea transversală a conductorului pe unitatea de timp. Dacă într-un conductor circulă un curent de 1 A, atunci 1 k de energie electrică trece prin secțiunea transversală a acestui conductor timp de 1 secundă.

Cu un curent în conductor eu pe parcursul t prin sectiunea transversala a acestui conductor curge o cantitate de energie electrica egala cu

Această dependență este valabilă pentru cazul în care în timp t puterea curentă rămâne neschimbată.

Firele de linie și receptorul de energie constituie un circuit extern în care curentul circulă sub acțiunea unei diferențe de potențial la bornele sursei de energie și este direcționat dintr-un punct de potențial mai mare (borna pozitivă) către un punct de potențial mai mic (negativ). Terminal)

Legea lui Ohm pentru o secțiune de circuit si se scrie sub forma urmatoare:

Această expresie se citește după cum urmează: curentul este direct proporțional cu tensiunea și invers proporțional cu rezistența.

Ar trebui să știi că:

I este mărimea curentului care curge prin secțiunea circuitului;

U este valoarea tensiunii aplicate secțiunii circuitului;

R este valoarea rezistenței secțiunii circuitului luate în considerare.

Folosind legea lui Ohm pentru o secțiune de circuit, puteți calcula tensiunea aplicată secțiunii de circuit (Figura 1) sau tensiunea la bornele de intrare ale circuitului (Figura 2).

Figura 2. Circuit în serie care explică calculul tensiunii la bornele circuitului.

În acest caz, formula (1) va lua următoarea formă:

U = I*R

Dar, în același timp, este necesar să se cunoască curentul și rezistența secțiunii circuitului.

A treia versiune a legii lui Ohm pentru o secțiune de circuit, care vă permite să calculați rezistența unei secțiuni de circuit din valorile cunoscute ale curentului și tensiunii, are următoarea formă:

7. Când conductoarele sunt conectate în serie, puterea curentului în toți conductorii este aceeași. Când sunt conectate în serie, toate elementele sunt conectate între ele, astfel încât secțiunea circuitului care le include să nu aibă un singur nod.

În spațiul din jurul unui corp încărcat electric, există un electric

câmp, care este unul dintre tipurile de materie. Câmpul electric are energie, care se manifestă sub formă de forțe care acționează asupra corpurilor încărcate din câmp.

E

Câmpul electric este descris în mod convențional ca linii de forță care sunt îndreptate în direcția în care o particulă încărcată pozitiv s-ar mișca în câmp.

H intensitatea câmpului. Câmpul electric acționează asupra sarcinii introduse în el q (Fig. 4) cu o oarecare forță F . Prin urmare, intensitatea câmpului electric poate fi judecată după valoarea forței cu care o anumită sarcină electrică este atrasă sau respinsă. În inginerie electrică, intensitatea câmpului se caracterizează prin intensitatea câmpului electric E, care este înțeles ca raportul de forță F , acționând asupra unui corp încărcat într-un punct dat al câmpului, la sarcină q acest organism:

E = F / q

Pe măsură ce vă îndepărtați de corpul încărcat, liniile câmpului electric sunt mai puțin frecvente, adică intensitatea câmpului. E scade (Fig. 3, a, b și c). Numai într-un câmp electric uniform (Fig. 3d) intensitatea este aceeași în toate punctele sale.

Potential electric. Câmpul electric are o anumită cantitate de energie, adică capacitatea de a efectua un lucru care poate fi realizat dacă se introduce orice sarcină în el. Această taxă se va deplasa în direcția linii de forță făcând ceva de lucru. Pentru a caracteriza energia stocată în fiecare punct al câmpului electric, a fost introdus un concept special - Potential electric. Potential electric φ câmpuri la un punct dat este egal cu munca, pe care forțele acestui câmp le pot face atunci când se deplasează o unitate de sarcină pozitivă din acest punct în afara câmpului.

Potențialul zero este considerat convențional ca potențial pe care îl are suprafața pământului.

E

tensiune electrică. Diferite puncte ale câmpului electric au potențiale diferite. De obicei, suntem puțin interesați de valoarea absolută a potențialelor punctelor individuale ale câmpului electric, este mai important să cunoaștem diferența de potențial φ 1 -φ 2 între două puncte ale câmpului DAR și B (Fig. 5). Diferenta potentiala φ 1 și φ 2 două puncte ale câmpului caracterizează munca depusă de forțele câmpului pentru a muta sarcina dintr-un punct al câmpului cu un potențial mare în altul - un punct cu un potențial mai mic și se numește electric

Voltaj. Tensiunea electrică este indicată prin literă U .

Unitatea de măsură a tensiunii electrice este Volt (V).

3. Curentul electric și conductivitatea electrică a materiei.

Într-o substanță plasată într-un câmp electric are loc un proces de mișcare dirijată a purtătorilor elementari de electricitate. Particulele încărcate sunt electroni sau ioni. Mișcarea acestor particule încărcate electric se numește curent electric.

Unitatea de măsură a intensității curentului este Amperi (A). Acesta este un astfel de curent la care o cantitate de electricitate trece prin secțiunea transversală a conductorului în fiecare secundă, egală cu 1 cl. În formule, curentul este notat cu litera eu .

În inginerie electrică, atât curentul continuu, cât și cel alternativ sunt utilizate pe scară largă. Se numește un curent constant, a cărui valoare și direcție rămân în orice moment neschimbate (Fig. 6, a). Curenții, a căror valoare și direcție nu rămân constante, se numesc variabile sau variabile.

Proprietatea unei substanțe de a conduce un curent electric sub influența unui câmp electric se numește conductivitate electrică. Conductivitatea electrică a diferitelor substanțe depinde de concentrația particulelor libere încărcate electric. Cu cât sunt mai multe, cu atât conductivitatea electrică a unei substanțe date este mai mare. Toate substanțele, în funcție de conductibilitatea electrică, se împart în trei grupe: conductori, dielectrici (materiale izolante) și semiconductori.

Conductivitatea electrică ridicată a metalelor se explică prin teoria electronică a structurii atomului, conform căreia atomii de metal au o structură în care electronii din ultima orbită a electronilor sunt legați relativ slab de nucleele atomilor. Prin urmare, se mișcă liber între atomi, trecând de la unul la altul și umplând spațiul dintre ei. Acești electroni se numesc gratuit .

Dacă introduceți un conductor metalic într-un câmp electric, atunci electronii liberi sub acțiunea forțelor de câmp vor începe să se deplaseze spre polul pozitiv, creând un curent electric. În acest fel, curentul electric din conductorii metalici se numește ordonat (directional)mișcarea electronilor liberi.