Site Loader

Содержание

Напряжённость электрического поля — это… Что такое Напряжённость электрического поля?

Напряжённость электри́ческого по́ля — векторная физическая величина, характеризующая электрическое поле в данной точке и численно равная отношению силы действующей на неподвижный[1]пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда :

.

Из этого определения видно, почему напряженность электрического поля иногда называется силовой характеристикой электрического поля (действительно, всё отличие от вектора силы, действующей на заряженную частицу, только в постоянном[2] множителе).


В каждой точке пространства в данный момент времени существует свое значение вектора (вообще говоря — разное[3] в разных точках пространства), таким образом, — это векторное поле. Формально это выражается в записи

представляющей напряженность электрического поля как функцию пространственных координат (и времени, т.

к. может меняться со временем). Это поле вместе с полем вектора магнитной индукции представляет собой электромагнитное поле[4], и законы, которым оно подчиняется, есть предмет электродинамики.

Напряжённость электрического поля в СИ измеряется в вольтах на метр [В/м] или в ньютонах на кулон.

Напряжённость электрического поля в классической электродинамике

Из сказанного выше ясно, что напряженность электрического поля — одна из основных фундаментальных величин классической электродинамики. В этой области физики можно назвать сопоставимыми с ней по значению только вектор магнитной индукции (вместе с вектором напряженности электрического поля образующий тензор электромагнитного поля) и электрический заряд. С некоторой точки зрения столь же важными представляются потенциалы электромагнитного поля (образующие вместе единый электромагнитный потенциал).

Приведем краткий обзор основных контекстов классической электродинамики в отношении напряженности электрического поля.

Сила, с которой действует электромагнитное поле на заряженные частицы

Полная сила, с которой электромагнитное поле (включающее вообще говоря электрическую и магнитную составляющие) действует на заряженную частицу, выражается формулой силы Лоренца:

где q — электрический заряд частицы, — ее скорость, — вектор магнитной индукции (основная характеристика магнитного поля), косым крестом обозначено векторное произведение. Формула приведена в единицах СИ.

Как видим, эта формула полностью согласуется с определением напряженности электрического поля, данном в начале статьи, но является более общей, т.к. включает в себя также действие на заряженную частицу (если та движется) со стороны магнитного поля.

В этой формуле частица предполагается точечной. Однако эта формула позволяет рассчитать и силы, действующие со стороны электромагнитного поля на тела любой формы с любым распределением зарядов и токов — надо только воспользоваться обычным для физики приемом разбиения сложного тела на маленькие (математически — бесконечно маленькие) части, каждая из которых может считаться точечной и таким образом входящей в область применимости формулы.

Остальные формулы, применяемые для расчета электромагнитных сил (такие, как, например, формула силы Ампера) можно считать следствиями[5] фундаментальной формулы силы Лоренца, частными случаями ее применения итп.

Однако для того, чтобы эта формула была применена (даже в самых простых случаях, таких, как расчет силы взаимодействия двух точечных зарядов), необходимо знать (уметь рассчитывать) и чему посвящены следующие параграфы.

Уравнения Максвелла

Достаточным вместе с формулой силы Лоренца теоретическим фундаментом классической электродинамики являются уравнения электромагнитного поля, называемые уравнениями Максвелла. Их стандартная традиционная форма представляет собой четыре уравнения, в три из которых входит вектор напряженности электрического поля:

Здесь — плотность заряда, — плотность тока, — универсальные константы (уравнения здесь записаны в единицах СИ).

Здесь приведена наиболее фундаментальная и простая форма уравнений Максвелла — так называемые «уравнения для вакуума» (хотя, вопреки названию, они вполне применимы и для описания поведения электромагнитного поля в среде).

Подробно о других формах записи уравнений Максвелла — см. основную статью.

Этих четырех уравнений вместе с пятым — уравнением силы Лоренца — в принципе достаточно, чтобы полностью описать классическую (то есть не квантовую) электродинамику, то есть они представляют ее полные законы. Для решения конкретных реальных задач с их помощью необходимы еще уравнения движения «материальных частиц» (в классической механике это законы Ньютона), а также зачастую дополнительная информация о конкретных свойствах физических тел и сред, участвующих в рассмотрении (их упругости, электропроводности, поляризуемости итд итп), а также о других силах, участвующих в задаче (например, о гравитации), однако вся эта информация уже не входит в рамки электродинамики как таковой, хотя и оказывается зачастую необходимой для построения замкнутой системы уравнений, позволяющих решить ту или иную конкретную задачу в целом.

«Материальные уравнения»

Такими дополнительными формулами или уравнениями (обычно не точными, а приближенными, зачастую всего лишь эмпирическими), которые не входят непосредственно в область электродинамики, но поневоле используются в ней ради решения конкретных практических задач, называемыми «материальными уравнениями», являются, в частности:

  • Закон Ома,
  • Закон поляризации
  • в разных случаях многие другие формулы и соотношения.

Связь с потенциалами

Связь напряженности электрического поля с потенциалами в общем случае такова:

где — скалярный и векторный потенциалы. Приведем здесь для полноты картины и соответствующее выражение для вектора магнитной индукции:

В частном случае стационарных (не меняющихся со временем) полей, первое уравнение упрощается до:

Это выражение для связи электростатического поля с электростатическим потенциалом.

Электростатика

Важным с практической и с теоретической точек зрения частным случаем в электродинамике является тот случай, когда заряженные тела неподвижны (например, если исследуется состояние равновесия) или скорость их движения достаточно мала чтобы можно было приближенно воспользоваться теми способами расчета, которые справедливы для неподвижных тел. Этим частным случаем занимается раздел электродинамики, называемый электростатикой.

Как мы уже заметили выше, напряженность электрического поля в этом случае выражается через скалярный потенциал как

или

то есть электростатическое поле оказывается потенциальным полем.

( в этом случае — случае электростатики — принято называть электростатическим потенциалом).

  • Также и обратно

Уравнения поля (уравнения Максвелла) при этом также сильно упрощаются (уравнения с магнитным полем можно исключить, а в уравнение с дивергенцией можно подставить ) и сводятся к уравнению Пуассона:

а в областях, свободных от заряженных частиц — к уравнению Лапласа:

Учитывая линейность этих уравнений, а следовательно применимость к ним принципа суперпозиции, достаточно найти поле одного точечного единичного заряда, чтобы потом найти потенциал или напряженность поля, создаваемого любым распределением зарядов (суммируя решения для точечного заряда).

Теорема Гаусса

Очень полезной в электростатике оказывается теорема Гаусса, содержание которой сводится к интегральной форме единственного нетривиального для электростатики уравнения Максвелла:

где интегрирование производится по любой замкнутой поверхности S (вычисляя поток через эту поверхность), Q — полный (суммарный) заряд внутри этой поверхности.

Эта теорема дает крайне простой и удобный способ расчета напряженности электрического поля в случае, когда источники имеют достаточно высокую симметрию, а именно сферическую, цилиндрическую или зеркальную+трансляционную. В частности, таким способом легко находится поле точечного заряда, сферы, цилиндра, плоскости.

Напряжённость электрического поля точечного заряда
В единицах СИ

Для точечного заряда в электростатике верен закона Кулона

или

.
.

Исторически закон Кулона был открыт первым, хотя с теоретической точки зрения уравнения Максвелла более фундаментальны. С этой точки зрения он является их следствием. Получить этот результат проще всего исходя из теоремы Гаусса, учитывая сферическую симметрию задачи: выбрать поверхность S в виде сферы с центром в точечном заряде, учесть, что направление будет очевидно радиальным, а модуль этого вектора одинаков везде на выбранной сфере (так что

E можно вынести за знак интеграла), и тогда, учитывая формулу для площади сферы радиуса r: , имеем:

откуда сразу получаем ответ для E.

Ответ для получается тогда интегрированием E:

Для системы СГС

Формулы и их вывод аналогичны, отличие от СИ лишь в константах.

Напряженность электрического поля произвольного распределения зарядов

По принципу суперпозиции для напряженности поля совокупности дискретных источников имеем:

где каждое

Подставив, получаем:

Для непрерывного распределения аналогично:

где V — область пространства, где расположены заряды (ненулевая плотность заряда), или всё пространство, — радиус-вектор точки, для которой считаем , — радиус-вектор источника, пробегающий все точки области V при интегрировании, dV — элемент объема. Можно подставить x,y,z вместо , вместо , вместо dV.

Системы единиц

В системе СГС напряжённость электрического поля измеряется в СГСЭ единицах, в системе СИ — в ньютонах на кулон или в вольтах на метр (русское В/м, международное V/m).

Литература

Примечания

  1. На движущийся заряд действует также магнитное поле, если, конечно, оно имеется (не равно нулю), поэтому в определение напряженности электрического поля вносится условие неподвижности пробного заряда; при условии гарантированного отсутствия магнитного поля неподвижность пробного заряда перестает быть обязательной, однако требование отсутствия магнитного поля в общем случае невозможно (а возможно только в частных классах задач).
  2. Для любой частицы ее электрический заряд постоянен. Измениться он может только если от частицы что-то заряженное отделится или если к ней что-то заряженное присоединится.
  3. Хотя иногда его значения могут оказываться и одинаковыми в разных точках пространства; если одинаков всюду в пространстве (или какой-то области пространства), говорят об однородном электрическом поле — это всего лишь частный случай электрического поля, хотя и наиболее простой; притом что в реальности электрическое поле может быть однородным лишь приближенно, то есть различия в разных точках пространства есть, но иногда они небольшие и ими можно пренебречь в рамках некоторого приближения.
  4. Электромагнитное поле может быть выражено и по-другому, например через электромагнитный потенциал или в несколько иной математической записи (прячущей вектор напряженности электрического поля вместе с вектором магнитной индукции внутрь тензора электромагнитного поля), однако все эти способы записи тесно связаны между собой, таким образом, утверждение о том, что поле — одна из основных составляющих электромагнитного поля не утрачивает смысла.
  5. Хотя исторически многие из них были открыты раньше.

См. также

Напряжённость электрического поля — это… Что такое Напряжённость электрического поля?

Напряжённость электри́ческого по́ля — векторная физическая величина, характеризующая электрическое поле в данной точке и численно равная отношению силы действующей на неподвижный[1]пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда :

.

Из этого определения видно, почему напряженность электрического поля иногда называется силовой характеристикой электрического поля (действительно, всё отличие от вектора силы, действующей на заряженную частицу, только в постоянном[2] множителе).


В каждой точке пространства в данный момент времени существует свое значение вектора (вообще говоря — разное[3] в разных точках пространства), таким образом, — это векторное поле. Формально это выражается в записи

представляющей напряженность электрического поля как функцию пространственных координат (и времени, т.к. может меняться со временем). Это поле вместе с полем вектора магнитной индукции представляет собой электромагнитное поле[4], и законы, которым оно подчиняется, есть предмет электродинамики.

Напряжённость электрического поля в СИ измеряется в вольтах на метр [В/м] или в ньютонах на кулон.

Напряжённость электрического поля в классической электродинамике

Из сказанного выше ясно, что напряженность электрического поля — одна из основных фундаментальных величин классической электродинамики. В этой области физики можно назвать сопоставимыми с ней по значению только вектор магнитной индукции (вместе с вектором напряженности электрического поля образующий тензор электромагнитного поля) и электрический заряд. С некоторой точки зрения столь же важными представляются потенциалы электромагнитного поля (образующие вместе единый электромагнитный потенциал).

Приведем краткий обзор основных контекстов классической электродинамики в отношении напряженности электрического поля.

Сила, с которой действует электромагнитное поле на заряженные частицы

Полная сила, с которой электромагнитное поле (включающее вообще говоря электрическую и магнитную составляющие) действует на заряженную частицу, выражается формулой силы Лоренца:

где q — электрический заряд частицы, — ее скорость, — вектор магнитной индукции (основная характеристика магнитного поля), косым крестом обозначено векторное произведение. Формула приведена в единицах СИ.

Как видим, эта формула полностью согласуется с определением напряженности электрического поля, данном в начале статьи, но является более общей, т.к. включает в себя также действие на заряженную частицу (если та движется) со стороны магнитного поля.

В этой формуле частица предполагается точечной. Однако эта формула позволяет рассчитать и силы, действующие со стороны электромагнитного поля на тела любой формы с любым распределением зарядов и токов — надо только воспользоваться обычным для физики приемом разбиения сложного тела на маленькие (математически — бесконечно маленькие) части, каждая из которых может считаться точечной и таким образом входящей в область применимости формулы.

Остальные формулы, применяемые для расчета электромагнитных сил (такие, как, например, формула силы Ампера) можно считать следствиями[5] фундаментальной формулы силы Лоренца, частными случаями ее применения итп.

Однако для того, чтобы эта формула была применена (даже в самых простых случаях, таких, как расчет силы взаимодействия двух точечных зарядов), необходимо знать (уметь рассчитывать) и чему посвящены следующие параграфы.

Уравнения Максвелла

Достаточным вместе с формулой силы Лоренца теоретическим фундаментом классической электродинамики являются уравнения электромагнитного поля, называемые уравнениями Максвелла. Их стандартная традиционная форма представляет собой четыре уравнения, в три из которых входит вектор напряженности электрического поля:

Здесь — плотность заряда, — плотность тока, — универсальные константы (уравнения здесь записаны в единицах СИ).

Здесь приведена наиболее фундаментальная и простая форма уравнений Максвелла — так называемые «уравнения для вакуума» (хотя, вопреки названию, они вполне применимы и для описания поведения электромагнитного поля в среде). Подробно о других формах записи уравнений Максвелла — см. основную статью.

Этих четырех уравнений вместе с пятым — уравнением силы Лоренца — в принципе достаточно, чтобы полностью описать классическую (то есть не квантовую) электродинамику, то есть они представляют ее полные законы. Для решения конкретных реальных задач с их помощью необходимы еще уравнения движения «материальных частиц» (в классической механике это законы Ньютона), а также зачастую дополнительная информация о конкретных свойствах физических тел и сред, участвующих в рассмотрении (их упругости, электропроводности, поляризуемости итд итп), а также о других силах, участвующих в задаче (например, о гравитации), однако вся эта информация уже не входит в рамки электродинамики как таковой, хотя и оказывается зачастую необходимой для построения замкнутой системы уравнений, позволяющих решить ту или иную конкретную задачу в целом.

«Материальные уравнения»

Такими дополнительными формулами или уравнениями (обычно не точными, а приближенными, зачастую всего лишь эмпирическими), которые не входят непосредственно в область электродинамики, но поневоле используются в ней ради решения конкретных практических задач, называемыми «материальными уравнениями», являются, в частности:

  • Закон Ома,
  • Закон поляризации
  • в разных случаях многие другие формулы и соотношения.

Связь с потенциалами

Связь напряженности электрического поля с потенциалами в общем случае такова:

где — скалярный и векторный потенциалы. Приведем здесь для полноты картины и соответствующее выражение для вектора магнитной индукции:

В частном случае стационарных (не меняющихся со временем) полей, первое уравнение упрощается до:

Это выражение для связи электростатического поля с электростатическим потенциалом.

Электростатика

Важным с практической и с теоретической точек зрения частным случаем в электродинамике является тот случай, когда заряженные тела неподвижны (например, если исследуется состояние равновесия) или скорость их движения достаточно мала чтобы можно было приближенно воспользоваться теми способами расчета, которые справедливы для неподвижных тел. Этим частным случаем занимается раздел электродинамики, называемый электростатикой.

Как мы уже заметили выше, напряженность электрического поля в этом случае выражается через скалярный потенциал как

или

то есть электростатическое поле оказывается потенциальным полем. ( в этом случае — случае электростатики — принято называть электростатическим потенциалом).

  • Также и обратно

Уравнения поля (уравнения Максвелла) при этом также сильно упрощаются (уравнения с магнитным полем можно исключить, а в уравнение с дивергенцией можно подставить ) и сводятся к уравнению Пуассона:

а в областях, свободных от заряженных частиц — к уравнению Лапласа:

Учитывая линейность этих уравнений, а следовательно применимость к ним принципа суперпозиции, достаточно найти поле одного точечного единичного заряда, чтобы потом найти потенциал или напряженность поля, создаваемого любым распределением зарядов (суммируя решения для точечного заряда).

Теорема Гаусса

Очень полезной в электростатике оказывается теорема Гаусса, содержание которой сводится к интегральной форме единственного нетривиального для электростатики уравнения Максвелла:

где интегрирование производится по любой замкнутой поверхности S (вычисляя поток через эту поверхность), Q — полный (суммарный) заряд внутри этой поверхности.

Эта теорема дает крайне простой и удобный способ расчета напряженности электрического поля в случае, когда источники имеют достаточно высокую симметрию, а именно сферическую, цилиндрическую или зеркальную+трансляционную. В частности, таким способом легко находится поле точечного заряда, сферы, цилиндра, плоскости.

Напряжённость электрического поля точечного заряда
В единицах СИ

Для точечного заряда в электростатике верен закона Кулона

или

.
.

Исторически закон Кулона был открыт первым, хотя с теоретической точки зрения уравнения Максвелла более фундаментальны. С этой точки зрения он является их следствием. Получить этот результат проще всего исходя из теоремы Гаусса, учитывая сферическую симметрию задачи: выбрать поверхность S в виде сферы с центром в точечном заряде, учесть, что направление будет очевидно радиальным, а модуль этого вектора одинаков везде на выбранной сфере (так что E можно вынести за знак интеграла), и тогда, учитывая формулу для площади сферы радиуса r: , имеем:

откуда сразу получаем ответ для E.

Ответ для получается тогда интегрированием E:

Для системы СГС

Формулы и их вывод аналогичны, отличие от СИ лишь в константах.

Напряженность электрического поля произвольного распределения зарядов

По принципу суперпозиции для напряженности поля совокупности дискретных источников имеем:

где каждое

Подставив, получаем:

Для непрерывного распределения аналогично:

где V — область пространства, где расположены заряды (ненулевая плотность заряда), или всё пространство, — радиус-вектор точки, для которой считаем , — радиус-вектор источника, пробегающий все точки области V при интегрировании, dV — элемент объема. Можно подставить x,y,z вместо , вместо , вместо dV.

Системы единиц

В системе СГС напряжённость электрического поля измеряется в СГСЭ единицах, в системе СИ — в ньютонах на кулон или в вольтах на метр (русское В/м, международное V/m).

Литература

Примечания

  1. На движущийся заряд действует также магнитное поле, если, конечно, оно имеется (не равно нулю), поэтому в определение напряженности электрического поля вносится условие неподвижности пробного заряда; при условии гарантированного отсутствия магнитного поля неподвижность пробного заряда перестает быть обязательной, однако требование отсутствия магнитного поля в общем случае невозможно (а возможно только в частных классах задач).
  2. Для любой частицы ее электрический заряд постоянен. Измениться он может только если от частицы что-то заряженное отделится или если к ней что-то заряженное присоединится.
  3. Хотя иногда его значения могут оказываться и одинаковыми в разных точках пространства; если одинаков всюду в пространстве (или какой-то области пространства), говорят об однородном электрическом поле — это всего лишь частный случай электрического поля, хотя и наиболее простой; притом что в реальности электрическое поле может быть однородным лишь приближенно, то есть различия в разных точках пространства есть, но иногда они небольшие и ими можно пренебречь в рамках некоторого приближения.
  4. Электромагнитное поле может быть выражено и по-другому, например через электромагнитный потенциал или в несколько иной математической записи (прячущей вектор напряженности электрического поля вместе с вектором магнитной индукции внутрь тензора электромагнитного поля), однако все эти способы записи тесно связаны между собой, таким образом, утверждение о том, что поле — одна из основных составляющих электромагнитного поля не утрачивает смысла.
  5. Хотя исторически многие из них были открыты раньше.

См. также

3. Требования к проведению инструментального контроля ЭМП ПЧ на рабочих местах / КонсультантПлюс

3. Требования к проведению инструментального контроля

ЭМП ПЧ на рабочих местах

3.1. Контроль на рабочих местах должен осуществляться:

— при приемке в эксплуатацию, изменении конструкции источников ЭМП ПЧ и технологического оборудования, их включающего;

— при организации новых рабочих мест;

— в порядке производственного контроля.

3.2. Измерения уровней ЭМП на рабочих местах должны осуществляться после выведения работника из зоны контроля.

3.3. Не допускается проведение измерений при наличии атмосферных осадков, а также при температуре и влажности воздуха, выходящих за предельные параметры средств измерений.

3.4. При проведении контроля за уровнями ЭМП ПЧ на РМ должны соблюдаться установленные требованиями безопасности при эксплуатации электроустановок предельно допустимые расстояния от оператора, проводящего измерения, и измерительного прибора до токоведущих частей, находящихся под напряжением. Должно быть выполнено защитное заземление всех изолированных от земли предметов, конструкций, частей оборудования, машин и механизмов, к которым возможно прикосновение работающих в зоне влияния ЭП. Необходимо исключить возможность воздействия электрических разрядов на персонал, с этой целью использовать приборы, в которых предусмотрена электрическая развязка между антенной и блоком индикации, например, путем соединения их с помощью волоконно-оптической линии связи.

3.5. Инструментальный контроль ЭМП частотой 50 Гц осуществляется раздельно для электрического поля (ЭП) и магнитного поля (МП).

3.6. Измерения напряженности ЭМП проводятся в точках, выбираемых согласно требованиям СанПиН 2.2.4.1191-03 к контролю ЭМП ПЧ и разработанному плану измерений. Контроль уровней ЭП и МП частотой 50 Гц должен осуществляться во всех зонах (контролируемых зонах, КЗ) возможного нахождения человека при выполнении им работ, связанных с эксплуатацией и ремонтом электроустановок.

3.7. Измерения напряженности ЭП и МП в каждой контролируемой зоне должны проводиться на высоте 0,5, 1,5 и 1,8 м от поверхности земли, пола помещения или площадки обслуживания оборудования и на расстоянии 0,5 м от оборудования и конструкций, стен зданий и сооружений.

3.8. На рабочих местах, расположенных на уровне земли и вне зоны действия экранирующих устройств, напряженность ЭП частотой 50 Гц допускается измерять только на высоте 1,8 м.

3.9. При расположении РМ над источником МП напряженность (индукция) МП должна измеряться на уровне земли, пола помещения, кабельного канала или лотка.

3.10. В каждой точке измерения проводятся не менее 3 раз. По ним вычисляется среднее значение для каждой высоты измерений. В качестве результата, определяющего поле в контролируемой зоне (КЗ), выбирается максимум из средних значений.

3.11. Измерения и расчет напряженности ЭП частотой 50 Гц должны

производиться при наибольшем рабочем напряжении электроустановки, или

измеренные значения должны пересчитываться на это напряжение путем

умножения измеренного значения на отношение: U / U, где U —

max max

наибольшее рабочее напряжение электроустановки, U — напряжение

электроустановки при измерениях.

3.12. Измерения и расчет напряженности (индукции) МП частотой 50 Гц

должны производиться при максимальном рабочем токе электроустановки, или

измеренные значения должны пересчитываться на максимальный рабочий ток

(I ) путем умножения измеренных значений на отношение I / I, где I —

max max

ток электроустановки при измерениях.

3.13. В электроустановках с однофазными источниками ЭМП контролируются

_ _

действующие (эффективные) значения ЭП и МП: Е = Е / \/2 и Н = Н / \/2,

m m

где Е и Н — амплитудные значения изменения во времени напряженностей ЭП и

m m

МП.

3.14. В электроустановках с двух- и более фазными источниками ЭМП

контролируются действующие (эффективные) значения напряженностей Е и

max

Н , где Е и Н — действующие значения напряженностей по большей

max max max

полуоси эллипса или эллипсоида.

3.15. При проведении измерений следует исключить источники дополнительной погрешности, которыми могут являться:

— отклонения в выборе точек измерения;

— колебания датчика в пространстве при измерении;

— неверное расположение направленной (дипольной) антенны;

— недостаточное время для установления показаний СИ;

— наличие в зоне измерения между объектом и датчиком СИ посторонних предметов, особенно металлических, а также людей;

— неверный учет режима работы оборудования;

— использование СИ за пределами возможностей, указанных в спецификации прибора;

— наличие других источников электрических и магнитных полей, способных повлиять на регистрируемые показатели;

— искажение ЭП, обусловленное влиянием оператора, производящего измерения.

СР «Электрическая напряженность» 11 класс

Электрическая напряжённость, потенциал, разность потенциалов (1)

1. Задание 15 № 1319. На рисунке показано расположение двух неподвижных точечных электрических зарядов  и . В какой из трех точек — АB или C — модуль вектора напряженности суммарного электрического поля этих зарядов максимален?

  1) в точке А

2) в точке B

3) в точке C

4) во всех трех точках модуль напряженности поля имеет одинаковые значения.

2. Задание 15 № 1429. Модуль напряженности однородного электрического поля равен 100 В/м. Каков модуль разности потенциалов между двумя точками, расположенными на одной силовой линии поля на расстоянии 5 см?

  1) 5 В

2) 20 В

3) 500 В

4) 2 000 В

3. Задание 15 № 1922. На рисунке изображен вектор напряженности Е электрического поля в точке С, которое создано двумя неподвижными точечными зарядами  и .

 

  Чему равен заряд , если заряд ?

  1) 

2) 

3) 

4) 

4. Задание 15 № 3376. Напряженность электрического поля измеряют с помощью пробного заряда . Если величину пробного заряда уменьшить в n раз, то модуль напряженности измеряемого поля

  1) не изменится

2) увеличится в n раз

3) уменьшится в n раз

4) увеличится в  раз

5. Задание 15 № 4769. Как изменится ускорение заряженной пылинки, движущейся в электрическом поле, если напряжённость поля увеличить в 2 раза, а заряд пылинки в 2 раза уменьшить? Силу тяжести не учитывать.

  1) не изменится

2) увеличится в 2 раза

3) увеличится в 4 раза

4) уменьшится в 2 раза

6. Задание 15 № 5399. По какой из стрелок 1–4 направлен вектор напряжённости  электрического поля, созданного двумя разноимёнными неподвижными точечными зарядами в точке О (см. рисунок, q>0, точка О равноудалена от зарядов)?

 

1) 1

2) 2

3) 3

4) 4

7. Задание 15 № 5364. По какой из стрелок 1–4 направлен вектор напряжённости электрического поля  созданного двумя разноимёнными неподвижными точечными зарядами в точке О (см. рисунок, 0)? Точка О равноудалена от зарядов.

 

1) 1

2) 2

3) 3

4) 4

8. Задание 15 № 5399. По какой из стрелок 1–4 направлен вектор напряжённости  электрического поля, созданного двумя разноимёнными неподвижными точечными зарядами в точке О (см. рисунок, q>0, точка О равноудалена от зарядов)?

  1) 1

2) 2

3) 3

4) 4

9. Задание 15 № 6083. Возле первой клеммы батарейки нарисован знак «−», а возле второй клеммы — знак «+». Потенциал первой клеммы

  1) выше потенциала второй клеммы

2) ниже потенциала второй клеммы

3) равен потенциалу второй клеммы

4) равен нулю

10. Задание 15 № 1304. Плоский воздушный конденсатор имеет емкость C. Как изменится его емкость, если расстояние между его пластинами уменьшить в 3 раза?

  1) увеличится в 3 раза

2) уменьшится в 3 раза

3) увеличится в 9 раз

4) уменьшится в 9 раз

11. Задание 15 № 1321. Расстояние между двумя точечными электрическими зарядами увеличили в 2 раза, и оба заряда увеличили в 2 раза. Сила взаимодействия между зарядами

  1) уменьшилась в 4 раза

2) уменьшилась в 8 раз

3) уменьшилась в 16 раз

4) не изменилась

12. Задание 15 № 1337. Как надо изменить заряд на обкладках плоского конденсатора, чтобы после увеличения зазора между обкладками в 3 раза, напряженность электрического поля в зазоре уменьшилась в итоге вдвое?

  1) увеличить в 4 раза

2) оставить прежним

3) уменьшить в 2 раза

4) увеличить в 2 раза

13. Задание 15 № 3226. К положительно заряженному электрометру поднесли положительно заряженный предмет. Показание электрометра

  1) не изменится 3) уменьшится

Электрическая напряжённость, потенциал, разность потенциалов(2)

1. Задание 15 № 1306. Какова разность потенциалов между точками поля, если при перемещении заряда 12 мкКл из одной точки в другую электростатическое поле совершает работу 0,36 мДж?

 

1) 0,3 В

2) 3 В

3) 30 В

4) 300 В

2. Задание 15 № 1309. На рисунке представлено расположение двух неподвижных точечных электрических зарядов  и   .

Направлению вектора напряженности электрического поля этих зарядов в точке A соответствует стрелка

 

1) 1

2) 2

3) 3

4) 4

3. Задание 15 № 1319. На рисунке показано расположение двух неподвижных точечных электрических зарядов  и . В какой из трех точек — АB или C — модуль вектора напряженности суммарного электрического поля этих зарядов максимален?

 

 

 

1) в точке А

2) в точке B

3) в точке C

4) во всех трех точках модуль напряженности поля имеет одинаковые значени

4. Задание 15 № 1906. В электрическую цепь включена медная проволока длиной . При напряженности электрического поля  сила тока в проводнике равна 2 А. К концам проволоки приложено напряжение

 

1) 10 В

2) 20 В

3) 30 В

4) 40 В

5. Задание 15 № 3377.

Металлическому полому телу, сечение которого представлено на рисунке, сообщен отрицательный заряд. Каково соотношение между потенциалами точек 1, 2 и 3, если тело помещено в однородное электростатическое поле?

 

1) 

2) 

3) 

4) 

6. Задание 15 № 3378.

Положительный заряд перемещается в однородном электростатическом поле из точки 1 в точку 2 по разным траекториям. При перемещении по какой траектории электрическое поле совершает наименьшую работу?

 

1) I

2) II

3) III

4) работа одинакова при движении по всем траекториям

7. Задание 15 № 3709. При перемещении точечного заряда +2 нКл из точки A с потенциалом 12 В в точку B с потенциалом 8 В потенциальная энергия этого заряда в электростатическом поле

  1) увеличивается

2) уменьшается

3) не изменяется

4) может и увеличиваться, и уменьшаться в зависимости от траектории, по которой заряд перемещается из точки A в точку B

8. Задание 15 № 4122. Металлическое тело заряжено положительным электрическим зарядом. На каком рисунке правильно показано направление вектора напряжённости электростатического поля вблизи поверхности проводника снаружи от тела?

  1) 1

2) 2

3) 3

4) 4

9. Задание 15 № 4734. Как изменится ускорение заряженной пылинки, движущейся в электрическом поле, если её заряд увеличить в 2 раза, а напряжённость поля уменьшить в 2 раза? Силу тяжести не учитывать.

  1) увеличится в 2 раза

2) не изменится

3) увеличится в 4 раза

4) уменьшится в 2 раза

10. Задание 15 № 1432. Плоский конденсатор зарядили и отключили от источника тока. Как изменится энергия электрического поля внутри конденсатора, если увеличить в 2 раза расстояние между обкладками конденсатора?

  1) увеличится в 2 раза

2) увеличится в 4 раза

3) уменьшится в 2 раза

4) уменьшится в 4 раза

2) увеличится 4) может как увеличиться, так и уменьшиться

Напряженность электрического поля в вакууме

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО

Лекция № 16

НАПРЯЖЕННОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ В ВАКУУМЕ

План

  1. Понятие электростатического поля. Закон Кулона. Напряженность электрического поля. Концепция близко- и дальнодействия. Принцип суперпозиции электрических полей. Силовые линии электростатического поля.

  2. Поток напряженности. Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме.

  3. Применение теоремы Гаусса в интегральной форме для расчета полей.

  4. Теорема Гаусса в дифференциальной форме.

1. Понятие электростатического поля.

Все тела в природе способны электризоваться, т.е. приобретать заряд. Наличие электрического заряда проявляется в том, что заряженные тела взаимодействуют друг с другом. Существует два типа электрических зарядов, условно названных отрицательными и положительными. Носителями отрицательного заряда являются в основном электроны; ядра атомов заряжены положительно. Полагают, что существование этих двух типов заряда является проявлением симметрии природы (как, например, левое и правое). Другим фундаментальным свойством заряда является его дискретность, его кратность, хоть и малой, но вполне определенной величине. В электрически изолированной системе общий заряд системы не изменяется (закон сохранения заряда). Поле, создаваемое электрическими зарядами и обнаруживающее себя воздействием на другие заряды называется электрическим полем. Если заряды неподвижны и поле не изменяется, то поле называется электростатическим.

Взаимодействие зарядов описывается законом Кулона. Если расстояние между заряженными телами много больше размеров тел, заряды можно считать точечными.

Закон Кулона. Сила взаимодействия точечных неподвижных зарядов в вакууме прямо пропорциональна величине зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Для одноименных зарядов (рис. 16.1)

, — величины электрических зарядов; – расстояние между зарядами; – единичный вектор; – сила, действующая на заряд со стороны заряда . Знак «-» обусловлен тем, что сила направлена противоположно вектору .

Пример использования закона Кулона.

Решение. Разобьем стержень (рис. 16.2) на дифференциально малые элементы длиной с зарядом , которые мы можем считать точечными. Сила взаимодействия заряда с по закону Кулона . Представим как заряд, приходящийся на единицу длины , умноженный на длину элемента , т.е. , тогда . Интегрируя по длине стержня, получим .

Заметим, что при , т.е. стержень уже можно считать точечным зарядом.

Напряженность электрического поля – это его силовая характеристика, векторная величина, определяемая отношением силы, действующей на заряд в данной точке поля, к величине заряда.

Размерность .

Концепция дальнодействия заключается в том, что при изменении положения одного заряда относительно другого заряда сила взаимодействия изменяется мгновенно.

Концепция близкодействия. При изменении положения одного заряда относительно другого сила взаимодействия изменяется с конечной скоростью (в вакууме – со скоростью света). Взаимодействие осуществляется при помощи посредника – электрического поля, создаваемого зарядами. Это концепция современной физики. Она пришла на смену концепции дальнодействия.

Принцип суперпозиции электрических полей. Как следует из опыта, сила, действующая на некоторый заряд со стороны системы зарядов, равна векторной сумме сил, с которыми каждый из зарядов системы действует на данный заряд . Поделив последнее выражение на величину заряда, получим: .

Из определения напряженности следует

Принцип суперпозиции электрических полей: напряженность поля, создаваемого системой зарядов в некоторой точке, равна векторной сумме напряженностей, создаваемых в отдельности каждым зарядом системы в данной точке.

Напряженность электрического поля, создаваемого точечным неподвижным зарядом в некоторой точке на расстоянии от него, можно получить с помощью закона Кулона:

Силовые линии. Для наглядности электрические поля изображают с помощью силовых линий, т.е. воображаемых линий, в каждой точке которых напряженность направлена по касательной. На рисунке 16.3 изображены картины силовых линий для некоторых случаев:

а)

б)

в)

г)

Рис. 16.3

а) и б) – одиночные заряды разных знаков,

в) система двух разноименных зарядов,

г) система двух одноименных зарядов.

2. Поток напряженности электрического поля. Потоком напряженности электрического поля через некоторую площадку (рис.16.4) называется скалярное произведение вектора на вектор

Теорема Гаусса (Карл Гаусс – великий немецкий математик, 1777 – 1855 гг.). Постановка задачи: имеется система точечных зарядов, которые заключены в замкнутую поверхность произвольной формы . Требуется найти поток напряженности через эту поверхность.

Тогда элементарный поток напряженности .

Отношение — элементарный телесный (пространственный) угол.

Найдем полный поток напряженности через поверхность , когда внутри нее один точечный заряд: . Обобщим этот результат на случай произвольного числа зарядов внутри поверхности (рис.16.6).

Воспользуемся принципом суперпозиции , тогда, используя то, что интеграл суммы равен сумме интегралов, получим

.

Таким образом,

Рис. 16.6

Теорема Гаусса. Поток вектора напряженности электрического поля через замкнутую поверхность равен алгебраической сумме зарядов, охватываемых этой поверхностью, деленной на электрическую постоянную.

«Алгебраическая сумма» означает, что каждый заряд берется со своим знаком («+» или «-»).

3. Применение теоремы Гаусса.

а) Поле бесконечной заряженной плоскости (рис. 16.7)

Раскладываем интеграл по поверхности на 3 интеграла (по левому основанию, правому основанию и боковой поверхности): . Угол между и для левого основания равен нулю, значит , т.е. .

Аналогичный результат мы получим и для правого основания. Поток напряженности через боковую поверхность равен нулю (угол ,; силовые линии параллельны боковой поверхности, ее не пересекают).

Заряд, вырезаемый гауссовой цилиндрической поверхностью на заряженной плоскости, равен . Тогда, подставляя полученное выражение в теорему Гаусса, получим , откуда напряженность поля заряженной плоскости равна

б) Поле плоского конденсатора.

В области II .

В области III .

Таким образом, поле бесконечного плоского конденсатора сосредоточено внутри, между его пластинами, и равно

(Примечание: конденсатор можно считать бесконечным, если размеры пластин примерно на порядок больше расстояния между ними.)

в) Поле объемно-заряженного шара.

Пусть имеется равномерное скопление зарядов в виде шара (рис. 16.9) радиусом с объемной плотностью (). Поле шара обладает центральной симметрией. Записываем теорему Гаусса . Проведем внутри шара вспомогательную (гауссову) поверхность в форме сферы радиусом . Дальнейшие преобразования: . Напряженность по величине на одном и том же расстоянии от центра шара одинакова, поэтому, вынося за знак интеграла, получим:

, где — площадь гауссовой сферы.

Заряд, охватываемый гауссовой поверхностью, равен , где — объем шара.

В итоге, подставляя в теорему Гаусса, получаем , и поле внутри заряженной сферы

Рис. 16.9

Проведя аналогичные действия вне заряженной сферы, нетрудно получить

График зависимости представлен на рис. 16.10.

Рис. 16.10

4. Теорема Гаусса в дифференциальной форме.

Введем понятие объемной плотности заряда аналогично плотности массы. Чтобы найти суммарный заряд, заключенный внутри замкнутой поверхности , нужно вычислить интеграл от по объему, ограниченному поверхностью, , т.е. можно записать теорему Гаусса

.

Воспользуемся теоремой Остроградского – Гаусса (Михаил Васильевич Остроградский – крупнейший русский математик, академик, 1801 – 1861 гг.) (без вывода):

Тогда (*).

По определению дивергенции . Из выражения (*) следует теорема Гаусса в дифференциальной форме

Для уяснения смысла дивергенции проведем параллель с текущей жидкостью. Известно, что – удельная мощность источников жидкости в данной точке (– вектор скорости). По аналогии говорят, что заряды являются источниками электрического поля.

Вопросы для самоконтроля.

  1. Сформулируйте закон Кулона.

  2. Что такое напряженность электрического поля?

  3. В чем заключается принцип суперпозиции электрических полей?

  4. Что такое силовые линии? Для чего они используются?

  5. Дайте определение потока напряженности электрического поля через элементарную площадку. Как определяется полный поток напряженности через произвольную поверхность?

  6. Сформулируйте теорему Гаусса и проделайте ее вывод.

  7. Решите самостоятельно задачи на применение теоремы Гаусса.

Низкое напряжение — электрическое 101

Низкое напряжение определяется как 50 вольт (В) или меньше. Обычными низкими напряжениями являются 12 В, 24 В и 48 В. Низкое напряжение обычно используется в дверных звонках, элементах управления открыванием гаражных ворот, термостатах отопления и охлаждения, датчиках и элементах управления системы сигнализации, наружном наземном освещении, бытовых и автомобильных аккумуляторах.

Низкое напряжение обеспечивается батареями или трансформатором, который преобразует линейное напряжение в низкое напряжение.Низкое напряжение (при исправном источнике) не обеспечит удар током от прикосновения. Однако короткое замыкание с высоким током и низким напряжением (автомобильный аккумулятор) может вызвать вспышку дуги и возможные ожоги.

Закон Ома и низкое напряжение

Дверные звонки, устройства открывания гаражных ворот, нагревательные и охлаждающие термостаты, датчики и органы управления систем сигнализации потребляют очень небольшое количество тока. Обычно они подключаются телефонным кабелем, в котором используются очень тонкие провода. Системы освещения низкого напряжения могут нести большее количество тока и потребуют проводов большего диаметра.

На левой диаграмме ниже лампочка мощностью 20 Вт с источником 120 В потребляет 0,16 ампер.

На правом рисунке ниже лампочка мощностью 20 Вт с источником 12 В потребляет 1,6 А (ток в 10 раз больше, чем источник 120 В).

Цепь лампочки 12 В 20 Вт

Цепь электрической лампочки 120 В 20 Вт

Расчет сечения кабеля низкого напряжения и номинальной мощности трансформатора

Чтобы рассчитать надлежащее сечение кабеля и мощность трансформатора, сложите номинальную мощность всех осветительных приборов, которые будут соединены вместе.Для непрерывной нагрузки умножьте общую мощность на 125%.

Пример: В системе освещения используются шесть ламп 12 В, 20 Вт.

  • Общая мощность в ваттах: 6 * 20 Вт = 120 Вт.
  • Общая мощность в ваттах при длительной нагрузке: 120 Вт * 125% (1,25) = 150 Вт
  • Преобразование ватт в ампер: 150 Вт / 12 В = 12,5 А.

Минимальная мощность трансформатора = 150, минимальный размер кабеля = 14 AWG. Рекомендуется использовать более высокую мощность трансформатора и больший размер кабеля, чтобы можно было добавить больше источников света.

Системы освещения низкого напряжения

В системах освещения низкого напряжения обычно используются светодиодные лампы, поскольку они энергоэффективны и потребляют небольшое количество тока. Они также могут использовать галогенные лампы, но потребляют больше тока, чем светодиодные лампы.

Лучший способ приобрести несколько низковольтных ламп — купить комплект. В комплект входят лампы, кабели и трансформатор. Комплект будет соответствовать размеру и длине кабеля, а также выходной мощности трансформатора для номинальной мощности всех ламп.Если вы покупаете эти элементы отдельно или добавляете светильники в комплект, вам нужно будет рассчитать размер кабеля и выходную мощность трансформатора.

Низковольтные и электротехнические нормы

Осветительные кабели низкого напряжения обычно допускают прямую прокладку кабеля без кабелепровода (прямая прокладка должна быть указана на упаковке). Единственное ограничение электрического кода для низковольтной системы заключается в том, что трансформатор должен быть подключен к розетке или цепи с защитой GFCI при установке в местах, требующих защиты GFCI (см. Общие требования к размещению GFCI).

Рекомендуемый размер кабеля для низковольтного освещения

Ампер

Размер провода (AWG)

7

18

10

16

15

14

20

12

25

10

Электрические ожоги | ДермНет NZ

Автор: Маде Ананда Кришна, врач общей практики, больница Чипто Мангункусумо, медицинский факультет Университета, Индонезия; Главный редактор: достопочтенный профессор Аманда Окли, дерматолог, Гамильтон, Новая Зеландия, сентябрь 2015 г.Отредактировано в феврале 2021 г.


Что такое электрический ожог?

Электрический ожог — это повреждение ткани, вызванное контактом с электрическим током, таким как провода под напряжением или молния.

Электрические ожоги подразделяются на:

  • Низковольтная травма (< 1000 В) по сравнению с высоковольтной травмой (> 1000 В)
  • Термическое поражение в результате поражения электрическим током, протекающим непосредственно через тело.

Тяжелая или смертельная травма, вызванная поражением электрическим током, называется поражением электрическим током.

Кто получает электрический ожог?

Электрические травмы являются относительно редкой причиной ожогов, однако ежегодно в США погибает около 1000 человек. Любой, кто соприкоснется с электрическим током, может получить электрический ожог. Как правило, пациентом с низковольтной электротравмой/ожогом является здоровый молодой человек дома или на рабочем месте. Травмы от высокого напряжения менее распространены на производстве. Треть поражений электрическим током высокого напряжения происходит из-за удара молнии. Сообщается, что недавняя форма искусства, фрактальное выжигание по дереву, вызывает электрические ожоги от высокого напряжения.

Что вызывает электрический ожог?

Электричество определяется как поток электронов. Электроны текут, когда есть разница электрического потенциала между двумя точками (напряжение). Чем выше напряжение, тем выше ток электронов (закон Ома).

Степень и тяжесть поражения кожи зависят от:

  • Силы тока: функция напряжения и сопротивления тканей
  • Тип электрической цепи (постоянный или переменный ток)
  • Путь тока через тело
  • Продолжительность контакта.

Каковы клинические признаки электрического ожога?

Электрическая травма приводит к повреждению тканей/органов тремя механизмами:

  • Электрический ток проходит через ткани тела и вызывает прямую травму
  • Преобразование электрической энергии в тепловую
  • Косвенное механическое воздействие, вызывающее неконтролируемое сокращение мышц и падения, особенно при поражении электрическим током.

Ожог электрическим током низкого напряжения

Электрический ток низкого напряжения приводит к 2 четко очерченным глубоким частичным или полным электротермическим ожогам:

  1. Контактный ожог в месте входа (например, руки, череп)
  2. Выходная рана (например, пятки соприкасаются с землей).

Ожог электрическим током от высокого напряжения

Травма от высокого напряжения может быть вызвана прямым контактом или вспышкой.

  • Прямой контакт с высоким напряжением вызывает безболезненный, полнослойный, изрезанный желтовато-серый ожог кожи, который иногда сопровождается центральным некрозом.
  • Вспышка поражения электрическим током может вызвать поверхностный ожог, ожог частичной толщины или разрушительное повреждение всей толщины, вызванное электрической дугой.

Электрическая дуга или искра, включая удар молнии, возникает между сильно заряженным источником и землей, достигая температуры до 250°С.

  • Эта высокая температура непосредственно обжигает кожу.
  • Искра поджигает одежду; возникающее пламя также обжигает кожу.
  • Электрический ток, протекающий через ткани тела, вызывает электротермический нагрев.
  • Вызывает ожоги от поцелуев.

Ожог от поцелуя представляет собой электрическую дугу, возникающую между двумя поверхностями кожи, обращенными друг к другу и захватывающими сустав, обычно локтевой и коленный сгибы. Дуга пересекает складку сгибателей и обжигает две «целующиеся» поверхности кожи, вызывая обширное разрушение подлежащих тканей.

Оценка только поражения кожи может привести к недооценке степени повреждения подлежащих тканей.

Как диагностируется электрический ожог?

Предыдущее воздействие электрического тока подтверждает диагноз электрического ожога.

У пациента без сознания в соответствующих условиях окружающей среды:

  • Включить электротравму в дифференциальный диагноз
  • Активировать расширенный протокол жизнеобеспечения при травмах, безопасно обезопасив дыхательные пути, дыхание и кровообращение
  • Внимательно осмотрите все системы органов (см. ниже)
  • Рассчитать общую площадь поверхности тела (TBSA) при ожоге кожи
  • Мониторинг сосудисто-нервного статуса конечностей для выявления компартмент-синдрома.

Кожа

Сердце

  • Аритмия
  • Остановка сердца

Дыхательная система

  • Остановка дыхания, вызванная тетанией дыхательных мышц или дисфункцией центральной нервной системы

Сосудистая система*

  • Развитие аневризмы
  • Ишемия тканей

Неврологическая система*

  • Нарушение сознания
  • Параличи и парестезии (обычно преходящие)
  • Периферическая невропатия
  • Травма спинного мозга

Скелетно-мышечная система*#

  • Некроз мышц и синдром компартмента
  • Переломы/вывихи

Почки

  • Почечная недостаточность, вызванная миоглобинурией при обширном мышечном некрозе

Прочие

  • Катаракты
  • Нейропсихологические эффекты

Примечание:

  • *Сосуды, нервы и мышцы являются хорошими проводниками и непосредственно разрушаются при прохождении через них электронов.
  • #Кости и сухожилия обладают наибольшей устойчивостью к электрическому току; электрическая энергия преобразуется в тепло, что приводит к термическому поражению.

Расчет общей площади поверхности тела

Существует несколько способов определения TBSA.

  • Правило девяток: доля площади поверхности тела у взрослых отличается от доли у младенцев и детей.
  • Таблица Лунда и Браудера более точна, чем правило девяток у детей и младенцев.
  • Используйте размер руки пациента для представления 1% TBSA.

Электрокардиография

Электрокардиография (ЭКГ) должна проводиться в каждом случае электрического ожога. Непрерывный кардиомониторинг необходим при документально подтвержденной аритмии и признаках ишемии, потере сознания в анамнезе или подозрении на поражение электрическим током.

Другие анализы

Общий анализ крови, электролиты, азот мочевины крови и креатинин назначают пациентам с тяжелыми травмами или при наличии риска кондуктивных электротравм (наличие входных и выходных ран или нарушений ритма).

Анализ мочи на наличие крови без эритроцитов может указывать на миоглобинурию из-за разрушения мышц.

Уровень креатининкиназы следует измерять при поражении электрическим током, поскольку его пиковая концентрация позволяет предсказать степень мышечного повреждения, риск ампутации, смертность и продолжительность госпитализации.

Как лечить электрический ожог?

На догоспитальном этапе

На догоспитальном этапе приоритетами являются:

  • Обезопасить место происшествия: убедитесь, что пациент больше не касается проводов под напряжением, прежде чем прикасаться к ним.
  • Отключите источник питания, предположительно ставший причиной электрического ожога/травмы
  • Осмотрите пациента без сознания на предмет возможной остановки сердца и начните сердечно-легочную реанимацию (СЛР)
  • Обеспечьте инфузионную реанимацию и обезболивание.

Лечение ожоговой раны от электрического тока

Лечение ожоговых ран от электрического тока должно включать:

  1. Очищение: удаление рыхлой ткани и остатков волдырей
  2. Увлажнение для ранней эпителизации
  3. Нанесите противомикробное средство широкого спектра действия.Варианты включают:
  • Крем с сульфадиазином серебра: широкий спектр действия, хороший профиль безопасности, но не проникает в струпья
  • Крем Мафенид: широкий спектр действия, может проникать в струпья, но может вызывать метаболический ацидоз, применение болезненно
  • Нитрат серебра: широкий спектр действия, необходимо наносить каждые 4 часа, оставляет пятна и обладает потенциальной осмолярной разбавляющей способностью.

Хирургическое лечение

Ранняя процедура декомпрессии требуется при сокращении и тесноте конечности (например, предплечье, нога) на основании оценки периферических нервно-сосудистых заболеваний.

  • Прогрессирующая сенсорная и моторная дисфункция
  • Сильная боль
  • Потеря артериального сигнала при ультразвуковой допплерографии
  • Неадекватная ранняя реанимация

Хирургическая обработка нездоровой ткани с последующим окончательным закрытием раны проводится на 3–5-й день после того, как поврежденная ткань хорошо разграничена.

Иссечение и трансплантация могут потребоваться при контрактурах через несколько недель после глубоких частичных и полнослойных ожогов.

Каковы последствия электрического ожога?

Глубокие поверхностные или полнослойные раны неизбежно вызывают рубцевание.Другие потенциальные долгосрочные осложнения электрических ожогов включают:

  • Неврологический дефицит: периферическая невропатия и дисфункция центральной нервной системы: они развиваются в течение нескольких недель или месяцев
  • Посттравматическое стрессовое расстройство и большая депрессия
  • Катаракта при повреждении глаза
  • Гетеротопическая оссификация и невромы.

Электрические ожоги могут привести к немедленному летальному исходу, особенно если они вызваны воздействием низкого напряжения или ударом молнии.Повреждения высоким напряжением вызывают больше осложнений, чем ожоги низким напряжением, включая больше медицинских осложнений, требуют большего количества хирургических вмешательств и оказывают большее психологическое воздействие.

Основы напряжения — инженерное мышление

Основы электрического напряжения. В этом видео мы обсудим напряжение, узнаем, что такое напряжение и разность потенциалов, как измерять напряжение, разницу между постоянным и переменным напряжением и током, а также почему напряжения различаются по всему миру.

Прокрутите вниз, чтобы посмотреть обучающее видео на YouTube по основам напряжения

Напряжение — это то, что толкает электроны по цепи. Без напряжения свободные электроны будут перемещаться между атомами, но они перемещаются случайным образом, поэтому они не очень полезны для нас. Только когда мы прикладываем напряжение к цепи, все свободные электроны будут двигаться в одном направлении, вызывая ток.

Легко представить себе напряжение как давление в водопроводе. Если у нас есть сосуд, полностью заполненный водой, то масса всей этой воды создаст огромное давление на конце трубы.

Если у нас есть резервуар для воды, который заполнен лишь частично, то будет намного меньше давления в трубе.

Если мы откроем клапан, чтобы пустить воду, то больше воды будет течь с большей скоростью из бака высокого давления, по сравнению с низким бак под давлением. То же самое с электричеством, чем больше у нас напряжение, тем больше ток может течь.

Напряжение может существовать без тока. Например, мы можем измерить давление в водопроводной трубе с закрытым клапаном, когда вода не течет, и из этого мы видим, что она находится под давлением.Что мы на самом деле измеряем в разнице давлений между тем, что находится внутри трубы, и давлением снаружи.

То же, если у нас есть батарея, подключенная к цепи с открытый переключатель. Напряжение все еще присутствует, мы можем его измерить, и как только этот переключатель замыкается, он будет толкать свободные электроны по цепи.

Иногда мы слышим напряжение, называемое разностью потенциалов. Это действительно означает, сколько работы потенциально может быть выполнено в цепи.

Возвращаясь к нашей аналогии с водой, если у нас есть два озера на одном уровне, то у них нет возможности совершать работу, потому что вода не течет.

Но если мы поднимем одно озеро выше другого, то это более высокое озеро теперь имеет потенциал стекать во второе. Если мы дадим ему путь, он будет течь. Если мы поместим на его пути турбину, то сможем использовать ее энергию для питания фонаря или целого города.

Возвращаясь к электрической цепи, аккумулятор имеет разность потенциалов 1,5 В между отрицательной и положительной клеммой.

Если мы подсоединим кусок провода к обеим клеммам батареи, то давление батареи заставит электроны течь в одном направлении по одному и тому же пути.Затем мы можем разместить электрические компоненты на пути этих электронов, чтобы они выполняли работу за нас, например, мы помещаем лампу в цепь, и она загорается, когда электроны проходят через нее.

Если мы затем последовательно добавим в цепь еще одну батарею, то электроны будут эффективно усилены второй батареей, потому что они могут течь только по этому пути, и добавляется больше энергии. Это объединит напряжения, и мы получим 3 Вольта. Больше вольт = больше давление, а значит больше толкающая сила, поэтому больше электронов течет, и лампа светится ярче.

Однако, если бы мы переместили батарею и соединили ее параллельно, то путь электронов разделился бы, часть из них перетекла бы в первую батарею, а часть — во вторую батарею, поэтому обе батареи будут обеспечивать одинаковое количество энергии. поэтому напряжение не суммируется и не повышается. У нас всего 1,5 вольта. Нагрузка делится на батареи, и лампа будет работать дольше, но будет тусклее.

Мы измеряем разность потенциалов или напряжение с единицей Вольт и используем символ заглавной буквы V, чтобы показать это.Если вы посмотрите на свои электроприборы, вы увидите число рядом с буквой V, указывающее, на сколько вольт рассчитан продукт.

В этом примере производители этого жесткого диска USB сообщают нам, что устройство должно быть подключено к источнику постоянного тока 5 В постоянного тока, и для работы устройства требуется ток 1 ампер.

Термин «вольт» происходит от итальянского физика по имени Алессандро Вольта, который изобрел Вольтов столб, который был первой электрической батареей, которая могла обеспечивать электрический ток с постоянной скоростью в цепи.

Напряжение и Вольт различаются. Помните, что Напряжение — это давление , а Вольт — это просто единицы измерения, которые мы измеряем в . То же, что мы знаем, что в трубе есть давление, но мы используем единицы измерения этого давления, такие как бар, фунт на квадратный дюйм, кПа и т. д.

Как мы видели ранее, мы можем измерять вольты с помощью вольтметра, он может быть отдельным или частью мультиметра. Если у вас еще нет мультиметра, настоятельно рекомендую его приобрести. Это мультиметр, который я бы предложил, но есть и другие варианты, соответствующие вашим потребностям и бюджету.

Чтобы измерить напряжение, мы должны подключиться к цепи параллельно через две точки, для которых мы хотели бы узнать напряжение или разность потенциалов.

Таким образом, для одной батареи в цепи мы измеряем 1,5 В. через батарею, и мы также измеряем 1,5 В на лампе. Батарея подавая 1,5 В на лампу, а лампа использует 1,5 В для производства света и тепла.

В последовательной цепи из двух ламп мы измеряем 1,5 В на батарея, 1,5В на двух лампах в сумме, но 0.75В на лампах индивидуально. Напряжение или потенциал распределяются между лампами для оба обеспечивают свет и тепло, лампы тусклее, потому что напряжение было разделены или разделены. Опять же, мы рассмотрим это более подробно в нашем электрическом схемы учебники.

Итак, мы видел ранее, что напряжение и вольты разные, напряжение это давление и вольты это единица измерения, так что же означает один вольт?

Один вольт требуется для возбуждения одного кулона или приблизительно шести квинтиллион двести сорок два квадриллиона 6.18 электронов текут от батареи и через лампу каждую секунду, чтобы она оставалась включенной.

Если бы мы попытались использовать более низкое напряжение, лампа включилась бы, но ее яркость уменьшилась бы по мере уменьшения напряжения, потому что меньше давление, чтобы протолкнуть электроны через нее. Чем меньше электронов течет, тем меньше света может дать лампа.

Лампы рассчитаны только на определенное напряжение и силу тока. Если мы используем более высокое напряжение, то лампа станет ярче, потому что через нее проходит больше электронов.Но если мы добавим слишком большое напряжение, лампа перегорит, потому что слишком много электронов попытается пройти через нее одновременно.

Батареи являются источниками постоянного напряжения, что означает, что создаваемое ими давление перемещает электроны постоянным током в одном направлении, подобно течению воды по реке.

Постоянное напряжение обычно обозначается заглавной буквой V с несколькими точками над ней и небольшой горизонтальной чертой. Если бы мы построили график зависимости этого напряжения от времени, то получили бы прямую линию.

Напряжение в наших настенных розетках представляет собой переменное напряжение, это другой тип электричества, в этом типе электроны чередуются между движением вперед и назад, потому что полярность цепи меняется, как прилив моря, если мы нарисуем это напряжение. со временем мы получаем синусоиду, когда она движется вперед и поднимается до своего максимума, а затем начинает снижаться, проходит через ноль, а затем ток течет назад, но достигает своего минимума, а затем снова меняет направление.

Обычно обозначается заглавной буквой V с волнистой линией над ней.

Напряжение в настенных розетках зависит от того, в какой части мира мы находимся. В большинстве стран мира используется напряжение 220–240 В, но в Северной, Центральной и некоторых странах Южной Америки, а также в некоторых других странах, разбросанных по всей планете, будет использоваться напряжение 100–127 В.

Мы можем измерить напряжение в наших розетках и увидеть, что оно действительно немного меняется в течение дня, используя дешевый счетчик электроэнергии. Нажмите здесь, чтобы увидеть это.

Причина разного напряжения по всему миру восходит к истокам, когда впервые начали распространять электричество, не было стандартизации, поэтому каждая распределительная сеть имела свое собственное напряжение и частоту для того, что их инженеры считали лучшим. В конце концов, со временем некоторые компании выросли и стали доминировать на рынке, поэтому напряжение и частота стандартизировались по мере расширения их продуктов и услуг, правительства также вмешались и приняли законы, чтобы люди могли легко покупать продукты, а также торговать ими с другими странами.

Это все еще проблема по сей день, например, если мы возьмем фен из США, рассчитанный на 110 В, и подключите его к розетке в Европа с 220В. Фен сгорит на полную мощность, потому что там слишком большое напряжение или слишком большое давление, и устройство не справляется.

Если бы мы взяли фен из Европы и подключили его к сети США розетка, скорее всего, не включится, а если и включится, то будет очень слабой потому что не хватает давления для его работы.

Некоторые изделия можно использовать при другом напряжении. Вам необходимо проверить этикетки производителя на продукте, чтобы сначала убедиться, что продукт был разработан для работы с различными напряжениями.

Часто задаваемые вопросы — Падение напряжения

Что такое напряжение уронить? Падение напряжения в электрической цепи обычно происходит, когда ток проходит через провод. Чем больше сопротивление цепи, тем выше падение напряжения.

Какое напряжение падение допустимо? Сноска (NEC 210-19 FPN № 4) в Национальном электротехническом кодексе указано, что напряжение падение на 5% на самой дальней розетке ответвленной проводки Схема приемлема для нормальной эффективности. В 120 цепь вольт 15 ампер, значит должна быть падение не более 6 вольт (114 вольт) в самом дальнем розетке, когда цепь полностью загружена. Это также означает чтобы цепь имела сопротивление, не превышающее 0.4 Ом.

Причины «избыточное падение напряжения» в ответвленной цепи ? Причина обычно:

1. Высокое сопротивление соединения в местах соединения проводов или выводных клеммах, обычно вызывается:

  • плохие соединения в любом месте цепи
  • отдельно или прерывистые соединения в любом месте цепи
  • коррозия соединения в любом месте цепи
    • не соответствуют требованиям посадка провода в пазовое соединение на обратная проволока «вставного типа» розетки и выключатели.

2. Провод делает не соответствуют стандартам кода (недостаточно большой калибр для длина пробега).

Какие последствия «избыточного» падения напряжения в схема? Чрезмерное падение напряжения может вызвать следующее условия:

1. Низкое напряжение до находящегося под напряжением оборудования, вызывая неправильные, неустойчивые, или отсутствие операции — и повреждение оборудования.

2. Низкая эффективность и зря потраченная энергия.

3. Отопление на соединение/соединение с высоким сопротивлением может привести к возгоранию высокие амперные нагрузки.

При каком % падение напряжения делает цепь опасной? Это трудно сказать, в какой момент произойдет избыточное падение напряжения привести к пожару, потому что это зависит от силы тока течет через высокоомное соединение, что сопротивление этой связи и потому, что многие необходимо учитывать факторы относительно того, в какой момент произойдет воспламенение, т.г.:

1. Высокий соединение сопротивления в контакте с горючим материал?

2. Есть ли воздух поток для отвода тепла?

3. Площадь вокруг соединения изолированы, так что тепло не может побег.

NFPA сообщает [1], что с 1988 по 1992 гг. было в среднем ежегодно 446 300 пожаров в домах, что привело к 3860 смертям и собственности на 4,4 миллиарда долларов. повреждать.42 300 (9%) из этих пожаров возникали ежегодно. по Электрические распределительные системы . Самый большой доля пожаров, вызванных электрораспределением систем (48%) были вызваны неисправностями стационарной проводки, розетки и выключатели .

Электрика Пожары распределительного оборудования в домах США 2

1988-1992 гг. Средний

Причина пожара №огней
Общее распределение электроэнергии Система 42 300 (100%)
Неисправность фиксированной проводки 15 400 (36%)
Выключатели, розетки, розетки 4 800 (11%)

Результаты углубленное расследование 149 пожаров в жилых домах, вызванных электрические распределительные системы были обобщены в статья Smith & McCoskrie [2] .Из пожаров, происходящих как результат:

1. неисправность исправлена проводка — плохие/плохие соединения, поврежденные разъемы, неправильный монтаж и замыкания на землю составили 94% этих пожаров.

2. сосуды и коммутаторы — ненадежных/плохих соединений, из них 59% таких пожаров.

3. Освещение приспособления — ослабление или плохое соединение приходится на 37% этих пожаров.

Большинство из них неисправные цепи и розетки могли быть ранее идентифицированные как опасности с 15-амперной нагрузкой испытания, и многие из этих пожаров можно было бы легко ликвидировать. предотвращено.

Филадельфия Корпорации жилищного строительства требуются подрядчики провести испытание 15-амперной нагрузкой перед изоляцией существующие дома с изоляцией, унесенной на чердак места в старых многоквартирных домах.[3] До учреждения испытания, тлеющие пожары были связаны с полдюжиной установки. PHDC обнаружил, что 70% домов завалил тест на максимальное падение напряжения 5% с «а кластер около 6%». Произвольно установленный PHDC 10 % как недопустимое падение напряжения, за пределами которого Подрядчик должен отремонтировать/заменить цепь до Приступаем к проекту утепления. PHDC был успешно используя эти критерии в течение 2 лет (ни одного пожара в 2500 установок).

РЕКОМЕНДАЦИИ

Для питания эффективность, стандарт NEC 5% максимальное падение напряжения Рекомендовано.

Из сейфа перспектива, потому что соединения проводки в некоторых домах ухудшаться со временем (особенно в домах, которые используют алюминиевая проводка для силовых цепей), и своими руками модификации могут быть менее профессиональными, избыточными Падение напряжения вызывает беспокойство из-за потенциального возгорания опасность соединений с высоким сопротивлением, особенно на цепи, питающие электродвигатели, в то время как пассажиры жилище спит, т.е.грамм. Кондиционеры, холодильники, печные вентиляторы, вытяжные вентиляторы и т. д.

Некоторые агентства произвольно установить критерий максимального падения напряжения 10% для считать неприемлемым и опасным. Автор считает, что любая разница падения напряжения >1% от следует исследовать соседнюю емкость, чтобы разница падения напряжения >2% от соседнего сосуд следует считать опасным, а использование критерий максимального падения напряжения более 8% (на 3% выше рекомендация «эффективность») катастрофа.Падение напряжения на 3% (3,6 вольта в 120-вольтовой сети). цепи) при одном подключении с 15 амперным потоком развивается 54 ватта тепла — что может вызвать воспламенение при определенных условиях. условия.


Сноски

[1] NFPA Отчет о продуктах для дома в США, 1988–1992 гг. (Техника и оборудование) Элисон Л. Миллер Август, 1994

[2] Смит, Линда и Деннис МакКоскри, «Что вызывает возгорание электропроводки в жилых домах» Fire Журнал , январь/февраль 1990 г.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.