18.

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

• Безграничный
• Безграничный

цели обучения

• Сравнить электропроводность и удельное сопротивление идеального проводника, комментируя наличие идеальных проводников в природе

Идеальный проводник — это тот, который существует только в мире теории. Это тот, который обладает определенными «идеальными» свойствами, которые упрощают расчеты электрического потенциала и поля, а также других свойств; это по существу устраняет необходимость «поправок» для учета небольших отклонений от так называемого «идеала». Эти идеальные свойства:

\[\mathrm{\sigma = \infty}\]

Проводимость (σ) является обратной величиной сопротивления, измеряемой в единицах силы тока на разность потенциалов. В идеальном проводнике проводимость материала бесконечна, а его сопротивление приближается к 0. Это означает, что в идеале требуется незначительное напряжение (разность потенциалов), чтобы пропускать чрезвычайно большую силу тока (ток). Принцип почти нулевого сопротивления аналогичен принципу поверхностей без трения: t. Теоретически при малейшей силе (напряжении) объект (ток) по поверхности без трения (проводник с нулевым сопротивлением) может двигаться без ограничений.

\[\mathrm{E_{tan} = D_{tan} = 0}\]

Электрическое поле (E _tan ) и плотность электрического потока (D _tan ) по касательной к поверхности проводника должны быть равны 0. Это связано с тем, что любое такое поле или поток, касательный к поверхности проводника также должно существовать внутри проводника, который по определению касается тангенциального поля или плотности в одной точке.

Если внутри металла существует электрическое поле, должно быть падение напряжения между любыми двумя точками на поверхности металла. В идеальном проводнике этого перепада быть не должно, потому что это подразумевает меньшую, чем бесконечную проводимость.

\[\mathrm{D_n = заряд \; Плотность_{поверхность}}\]

Плотность электрического потока по нормали к поверхности проводника равна поверхностной плотности заряда. По существу это означает, что заряд проводника существует на его поверхности, а не внутри.

\[\ mathrm{\overrightarrow{E}_{int} = 0}\]

Это означает, что электрическое поле внутри идеального проводника равно 0. Все заряды вдоль поверхности действуют одинаково и противоположно друг другу, и их сумма в любой точке равна 0,9.0006

\[\mathrm{\Phi_{поверхность} = константа}\]

Распределение заряда может варьироваться в зависимости от формы, но потенциал на поверхности идеального проводника при электростатическом равновесии постоянен повсюду.

Распределение заряда на проводнике с неровной поверхностью : Кривизна заставляет линии электрического поля расширяться таким образом, что они все больше удаляются друг от друга по мере увеличения расстояния от поверхности проводника. Таким образом, заряды (и силовые линии) собираются вокруг областей кривизны.

Электрический потенциал человека

Электрические потенциалы обычно обнаруживаются в организме, через клеточные мембраны и при возбуждении нейронов.

цели обучения

• Приведите примеры электрических потенциалов в организме человека

Электрические потенциалы не ограничиваются неорганическими процессами. Фактически, их можно часто увидеть в живых организмах. У людей они обнаруживаются в клеточных мембранах и, в частности, в нервных импульсах.

Клеточные мембраны

Клеточные мембраны только полупроницаемы; вода может свободно входить и выходить, но ионы могут проходить через них избирательно. В результате в клетке может содержаться концентрация данного иона, отличная от той, которая существует снаружи. Таким образом, по обе стороны мембраны создается потенциал, называемый потенциалом покоя.

Типичные ионы, используемые для создания потенциала покоя, включают калий, хлорид и бикарбонат.

Мембранный потенциал покоя приблизительно равен -95 мВ в клетках скелетных мышц, -60 мВ в клетках гладкой мускулатуры, от -80 до -90 мВ в астроглии и от -60 до -70 мВ в нейронах.

Потенциалы могут изменяться по мере движения ионов через клеточную мембрану. Это может происходить пассивно, когда ионы диффундируют через ионные каналы в мембране. Для этого не требуется энергии, поэтому ионы могут перемещаться только из областей с более высокой концентрацией в области с более низкой концентрацией.

Также возможен активный транспорт ионов через клеточную мембрану. Это включает в себя ионные насосы, использующие энергию для перемещения иона из области с более низкой концентрацией в область с более высокой концентрацией.

Нервные импульсы

Когда мозг принимает решение о действии, он посылает каскадный импульс к конечности, где мышца сокращается.

Нейроны получают импульс на дендритах. Этот импульс передается через аксон, длинный отросток клетки, в виде электрического потенциала, создаваемого различной концентрацией ионов натрия и калия по обе стороны от мембраны аксона.

Нейрон : Нейроны получают импульс на дендритах. Этот импульс передается через аксон, длинный отросток клетки, в виде электрического потенциала, создаваемого различной концентрацией ионов натрия и калия по обе стороны от мембраны аксона.

Когда сигнал достигает конца аксона, высвобождаются нейротрансмиттеры, которые затем принимаются дендритами следующего нейрона. Следующий нейрон повторяет описанный выше процесс.

Эквипотенциальные линии

Эквипотенциальные линии изображают одномерные области, в которых электрический потенциал, создаваемый одним или несколькими соседними зарядами, является постоянным.

цели обучения

• Описать форму эквипотенциальных линий для нескольких конфигураций заряда

Эквипотенциальные линии изображают одномерные области, в которых электрический потенциал, создаваемый одним или несколькими соседними зарядами, имеет постоянное значение. Это означает, что если заряд находится в какой-либо точке данной эквипотенциальной линии, то не потребуется никакой работы для его перемещения из одной точки в другую на этой же линии.

Параллельные пластины и эквипотенциальные линии : Краткий обзор параллельных пластин и эквипотенциальных линий с точки зрения электростатики.

Эквипотенциальные линии могут быть прямыми, изогнутыми или неправильной формы, в зависимости от ориентации зарядов, которые их вызывают. Поскольку они расположены радиально вокруг заряженного тела, они перпендикулярны силовым линиям электрического поля, которые проходят радиально от центра заряженного тела.

Одноточечный заряд

Для одиночного изолированного точечного заряда формула для потенциала ( V ) функционально зависит от заряда ( Q ) и обратно пропорциональна радиальному расстоянию от заряда ( r ):

\[\mathrm{V=\dfrac{kQ}{r}}\]

Радиальная зависимость означает, что в любой точке на некотором расстоянии от точечного заряда потенциал будет одинаковым. Следовательно, эквипотенциальные линии для одиночного точечного заряда имеют круглую форму с точечным зарядом в центре.

Эквипотенциальные линии : Изолированный точечный заряд Q с линиями электрического поля (синие) и эквипотенциальными линиями (зеленые)

Многоточечные заряды

При взаимодействии нескольких дискретных зарядов их поля перекрываются. Объединение полей также приводит к объединению потенциалов, что приводит к перекосу эквипотенциальных линий в областях, достаточно близких к обоим зарядам, чтобы «чувствовать» воздействие обоих полей.

Эквипотенциальные линии с несколькими зарядами : Эквипотенциальные линии приобретают неправильную форму, когда несколько зарядов находятся рядом друг с другом. В точке между зарядами тестовый заряд может «почувствовать» действие обоих зарядов.

Непрерывный заряд

Если заряды распределены по двум проводящим пластинам в статическом равновесии, при котором заряды непрерывны и распределены по прямой линии, эквипотенциальные линии будут приблизительно прямыми. Это связано с тем, что непрерывность зарядов приводит к непрерывности действия на любую точку на определенном расстоянии от любой пластины.

Эквипотенциальные линии между двумя пластинами : Когда заряды выстроены непрерывно на проводящих пластинах, эквипотенциальные линии проходят прямо между ними. Единственным исключением является искривление линий вблизи краев проводниковых пластин.

Однако эта непрерывность нарушается ближе к концам пластин, что вызывает искривление в этих областях. Эта кривизна известна как «краевые эффекты». ”

Ключевые моменты

• В идеальном проводнике проводимость считается бесконечной (при приближении удельного сопротивления к 0).
• Электрическое поле (Etan) и плотность электрического потока (Dtan) по касательной к поверхности проводника должны быть равны 0,
• Плотность электрического потока по нормали к поверхности проводника равна поверхностной плотности заряда. По существу это означает, что заряд проводника существует на его поверхности, а не внутри.
• Электрическое поле внутри идеального проводника равно 0. Все заряды вдоль поверхности действуют одинаково и противоположно друг другу, и их сумма в любой точке равна 0,
• Распределение заряда может варьироваться в зависимости от формы, но потенциал на поверхности идеального проводника при электростатическом равновесии постоянен повсюду.
• Потенциал покоя — это потенциал, создаваемый дисбалансом ионов по обе стороны клеточной мембраны.
• Потенциал покоя можно изменить за счет пассивной диффузии (не требующей энергии) или активного транспорта ионов через клеточную мембрану.
• Когда мозг принимает решение о действии, он посылает импульс, каскадом идущий к конечности, где сокращается мышца. Вдоль аксона нейрона этот импульс проявляется в потенциале, создаваемом дисбалансом ионов натрия и калия через мембрану.
• Для одиночного изолированного точечного заряда потенциал обратно пропорционален радиальному расстоянию от заряда. Следовательно, эквипотенциальные линии для одиночного точечного заряда имеют круглую форму с точечным зарядом в центре.
• При взаимодействии нескольких отдельных зарядов их поля перекрываются, то есть их потенциалы объединяются. Это приводит к перекосу эквипотенциальных линий в областях, которые находятся достаточно близко к обоим зарядам, чтобы «почувствовать» эффекты обоих полей.
• Если заряды распределены по двум проводящим пластинам в статическом равновесии, в котором заряды непрерывны и распределены по прямой линии, эквипотенциальные линии будут приблизительно прямыми.

Ключевые термины

• проводник : Материал, содержащий подвижные электрические заряды.
• плотность потока : Мера скорости потока жидкости, частиц или энергии на единицу площади.
• нейрон : Клетка нервной системы, проводящая нервные импульсы; состоит из аксона и нескольких дендритов. Нейроны связаны синапсами.
• аксон : нервное волокно, представляющее собой длинный тонкий отросток нервной клетки, проводящий нервные импульсы от тела клетки к синапсу.
• клеточная мембрана : Полупроницаемая мембрана, окружающая цитоплазму клетки.
• эквипотенциальный : Область, каждая точка которой имеет одинаковый потенциал.
• статическое равновесие : физическое состояние, при котором все компоненты системы находятся в состоянии покоя, а результирующая сила равна нулю во всей системе

ЛИЦЕНЗИИ И ПРЕДПИСАНИЯ

CC ЛИЦЕНЗИОННОЕ СОДЕРЖИМОЕ, ​​РАСПРОСТРАНЕННОЕ

• Курирование и доработка. Предоставлено : Boundless.com. Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike

CC ЛИЦЕНЗИОННОЕ СОДЕРЖИМОЕ, ​​КОНКРЕТНОЕ АВТОРСТВО

• Электропроводность. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/Electrical_conductivity . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• проводник. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/conductor . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
плотность потока
• . Предоставлено : Викисловарь. Расположен по адресу : en.wiktionary.org/wiki/flux_density . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Колледж OpenStax, проводники и электрические поля в статическом равновесии. 9 января 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42317/latest/ . Лицензия : CC BY: Attribution
• Нейрон. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/Neuron . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Потенциал покоя. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/Resting_potential . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• нейрон. Предоставлено : Викисловарь. Расположен по адресу : en.wiktionary.org/wiki/neuron . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• аксон. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/axon . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• клеточная мембрана. Предоставлено : Викисловарь. Расположен по адресу : en.wiktionary.org/wiki/cell_membrane . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Колледж OpenStax, проводники и электрические поля в статическом равновесии. 9 января 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42317/latest/ . Лицензия : CC BY: Attribution
• Полная схема нейронных клеток en. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en. Wikipedia.org/wiki/File:Complete_neuron_cell_diagram_en.svg . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Колледж OpenStax, Эквипотенциальные линии. 17 сентября 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42331/latest/ . Лицензия : CC BY: Attribution
• эквипотенциальный. Предоставлено : Викисловарь. Расположен по адресу : en.wiktionary.org/wiki/equipotential . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• статическое равновесие. Предоставлено : Викисловарь. Расположен по адресу : en.wiktionary.org/wiki/static_равновесие . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Колледж OpenStax, проводники и электрические поля в статическом равновесии. 9 января 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42317/latest/ . Лицензия : CC BY: Attribution
• Полная схема нейронных клеток en. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/File:Complete_neuron_cell_diagram_en.svg . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Колледж OpenStax, Эквипотенциальные линии. 4 января 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42331/latest/ . Лицензия : CC BY: Attribution
• Колледж OpenStax, Эквипотенциальные линии. 4 января 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42331/latest/ . Лицензия : CC BY: Attribution
• Колледж OpenStax, Эквипотенциальные линии. 6 января 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42331/latest/ . Лицензия : CC BY: Attribution
• Параллельные пластины и эквипотенциальные линии. Расположен по адресу : http://www.youtube.com/watch?v=EJ910SiVha0 . Лицензия : Общественное достояние: Нет данных Copyright . Условия лицензии : Стандартная лицензия YouTube

Эта страница под названием 18.2: Equipotential Surfaces and Lines распространяется по незаявленной лицензии и была создана, изменена и/или курирована Boundless.

alexxlab