Site Loader

Содержание

1.5 Работа сил электростатического поля

Работа перемещения заряда. На положительный точечный заряд q в электрическом поле с напряжённостью E действует сила
F
= q E. При перемещении заряда на отрезке dl силами поля совершается работа

dA = F dl = q E dl cos (E, dl).

При перемещении заряда q силами электрического поля на произвольном конечном отрезке из точки 1 в точку 2 эта работа равна

.

Рассмотрим перемещение точечного заряда q в поле точечного заряда Q, напряженность поля которого 

.

Проекция отрезка dl на направление вектора E (рис. 1.5) есть dr = dl cos (E, dl).

Работа, совершаемая электрическим полем при перемещении заряда

q из точки 1 в точку 2, определяется следующим образом:

Отсюда следует, что работа сил электрического поля не зависит от формы пути, а определяется только начальным и конечным положениями заряда q. Если оба заряда, q и Q, положительны, то работа сил поля положительна при удалении зарядов и отрицательна при их взаимном сближении.

Для электрического поля, созданного системой зарядов Q1, Q2,¼, Qn, работа перемещения заряда q равна алгебраической сумме работ составляющих сил:

.

Таким же образом, как и каждая из составляющих работ, суммарная работа зависит только от начального и конечного положений заряда q.

Циркуляция вектора напряженности электрического поля. Работа, совершаемая силами электрического поля при перемещении

единичного положительного заряда по замкнутому контуру длиной l, определяется как циркуляция вектора напряженности электрического поля:

Так как для замкнутого пути положения начальной и конечной точек перемещения заряда совпадают, то работа сил электрического поля на замкнутом пути равна нулю, а значит, равна нулю и циркуляция вектора напряженности, т. е.

.

Равенство нулю означает, что силы электрического поля являются силами

консервативными, а само поле — потенциальным.


Вопросы

1)   Как доказать, что электростатическое поле является потенциальным.

2)   Напишите выражение для работы, совершаемой силами однородного поля напряженностью Е над зарядом q при его перемещении из точки 1 заданной радиус вектором r1 в точку 2 с радиус вектором r2 по произвольной траектории

наверх

Электростатические поля | Энциклопедия по охране труда

ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЕ ПОЛЯ (ЭСП) представляют собой поля неподвижных электрических зарядов либо стационарные электрические поля постоянного тока. Они достаточно широко используются в промышленности для электро-газоочистки, электростатической сепарации руд и материалов, электростатического нанесения лакокрасочных и полимерных материалов и т. д. Вместе с тем существует целый ряд производств и технологических процессов по изготовлению, обработке и транспортировке диэлектрических материалов, где отмечается образование электростатических зарядов и полей, вызванных электризацией перерабатываемого продукта (текстильная, деревообрабатывающая, целлюлозно-бумажная, химическая промышленность и др.). В энергосистемах ЭСП образуются вблизи работающих электроустановок, распределительных устройств и ЛЭП постоянного тока высокого напряжения. При этом имеет место также повышенная ионизация воздуха (напр., в результате коронных разрядов) и возникновение ионных токов.

Основными физическими параметрами ЭСП являются напряженность поля и потенциалы его отдельных точек. Напряженность ЭСП – это векторная величина; определяется отношением силы, действующей на точечный заряд, к величине этого заряда, измеряется в вольтах на метр (В/м). Энергетические характеристики ЭСП определяются потенциалами точек поля.

Биологическое действие. ЭСП – это фактор, обладающий сравнительно низкой биологической активностью. В 60е гг. XX в. биологическое действие ЭСП связывали с электрическими разрядами, возникающими при контакте человека с заряженными или незаземленными предметами. Именно с ним связывали возможное развитие невротических реакций, в т. ч. фобий. В последующие годы ученые пришли к выводу, что ЭСП само по себе обладает биологической активностью. Выявляемые у работающих в условиях воздействия ЭСП нарушения носят, как правило, функциональный характер и укладываются в рамки астеноневротического синдрома и вегетососудистой дистонии. В симптоматике преобладают субъективные жалобы невротического характера (головная боль, нарушение сна, ощущение «удара током» и т. п.). Объективно обнаруживаются не резко выраженные функциональные сдвиги, не имеющие каких-л. специфических проявлений. Кровь устойчива к воздействию ЭСП. Отмечается лишь некоторая тенденция к снижению показателей красной крови (эритроциты, гемоглобин), незначительному лимфоцитозу и моноцитозу.

Био-эффекты сочетанных влияний на организм ЭСП и аэроионов свидетельствуют о синергизме в действии факторов. При этом превалирующим фактором выступает ионный ток, возникающий в результате движения аэроионов ЭСП.

Нормирование ЭСП. В соответствии с «Санитарно-гигиеническими нормами допустимой напряженности электростатического поля» № 175777 и ГОСТ 12.1.045 –84 ССБТ «Электростатические поля. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля» предельно допустимая величина напряженности ЭСП на рабочих местах устанавливается в зависимости от времени воздействия в течение рабочего дня.

Предельно допустимая напряженность ЭСП на рабочих местах обслуживающего персонала не должна превышать следующих величин: при воздействии до 1 ч – 60 кВ/м; при воздействии свыше 1 ч до 9 ч величина, определяется расчетным методом.

Нормативный документ «Допустимые уровни напряженности электростатических полей и плотности ионного тока для персонала подстанций и ВЛ постоянного тока ультравысокого напряжения» № 6022 –91 регламентирует условия сочетанного влияния указанных в названии факторов на персонал, обслуживающий электроустановки постоянного тока ультравысокого напряжения.

В соответствии с требованиями документа ПДУ ЭСП и плотности ионного тока для полного рабочего дня составляют 15 кВ/м и 20 нА/м2; для 5часового воздействия – 20 кВ/м и 25 нА/м2 .

Контроль уровней ЭСП в настоящее время затруднен. Рекомендованные приборы (ИНЭП1, ИНЭП20Д, ИНЭСП1, ИЭЗП, ИНЭП3) предназначены для измерения напряженности ЭСП на поверхности диэлектриков. Попытки оценивать с их помощью ЭСП в пространстве (на рабочих местах, перед экранами телевизоров, дисплеев и т. п.), ведут к большим погрешностям в результатах измерений. Из разработанных в последнее время приборов можно рекомендовать измеритель электростатического потенциала ИЭСП01 и измеритель напряженности электростатического поля ПЗ27.

Профилактика. При выборе средств защиты от статического электричества (экранирование источника поля или рабочего места, применение нейтрализаторов статического электричества, ограничение времени работы и др.) должны учитываться особенности технологических процессов, физико-химические свойства обрабатываемого материала, микроклимат помещений и др.

, что определяет дифференцированный подход при разработке профилактических мероприятий. Одним из распространенных средств защиты от статического электричества является уменьшение генерации электростатических зарядов или их отвод с наэлектризованного материала, что достигается:

заземлением металлических и электропроводных элементов оборудования;

увеличением поверхностей и объемной проводимости диэлектриков;

установкой нейтрализаторов статического электричества.

Заземление проводится независимо от использования др. методов защиты. Заземляются не только элементы оборудования, но и изолированные электропроводящие участки технологических установок. Более эффективным средством защиты является увеличение влажности воздуха до 65 –75%, когда это возможно по условиям технологического процесса. В качестве средств индивидуальной защиты могут применяться антистатическая обувь, антистатический халат, заземляющие браслеты для защиты рук и др. средства, обеспечивающие электростатическое заземление тела человека.

Физика | Методические указания

Физика | Методические указания
ЭЛЕКТРОСТАТИКА

«Электростатика» рассматривает электрические поля, которые создаются неподвижными электрическими зарядами. Такие поля называются электростатическими. Для обнаружения и опытного исследования электростатического поля используется пробный заряд — такой заряд, который не искажает исследуемое поле. Силовой характеристикой электростатического поля является напряжённость – векторная физическая величина, определяемая силой, действующей на единичный положительный (пробный) заряд, помещённый в исследуемую точку поля,

Энергетической характеристикой электростатического поля является потенциал — скалярная физическая величина, определяемая потенциальной энергией единичного положительного заряда, помещённого в исследуемую точку поля,

Электростатическое поле изображают с помощью силовых линий (линий напряженности ) и с помощью эквипотенциальных поверхностей (поверхностей равного потенциала ).

При помещении диэлектрика во внешнее электростатическое поле он поляризуется т.е. приобретает дипольный момент. Для количественного описания поляризации диэлектрика пользуются поляризованностью — векторной физической величиной, определяемой как дипольный момент единицы объема диэлектрика,

Вектор напряженности , переходя через границу двух диэлектриков претерпевает скачкообразное изменение, создавая тем самым неудобства при расчете электростатических полей. Поэтому вводят дополнительную (помимо) характеристику — вектор электрического смещения .

Графически поле в диэлектрике изображается как с помощью линий вектора напряженности , так и с помощью линий вектора электрического смещения . Отличие заключается только в том, что линии вектора Е могут начинаться и заканчиваться на любых (свободных и связанных) зарядах, а линии вектора — лишь на свободных (сторонних) зарядах.

Помещение проводника во внешнее электростатическое поле вызывает искажение последнего: линии поля проводника становятся перпендикулярными его поверхности. Величина напряженности определяется поверхностной плотностью зарядов.

Поверхностные заряды на проводнике перераспределяются до тех пор, пока поле индуцированных зарядов не скомпенсирует внешнее поле внутри проводника. Поэтому электростатическое поле внутри проводника отсутствует, а весь объем проводника является эквипотенциальным.

Взаимодействие двух точечных неподвижных зарядов описывается законом Кулона. Величина кулоновской силы определяется формулой

где — сила взаимодействия между точечными зарядами и ;

— расстояние между ними;

— диэлектрическая проницаемость среды;

— электрическая постоянная.

Сила является силой притяжения, если взаимодействующие заряды имеют разные знаки; и силой отталкивания, если они – одноименные.

Для решения задач удобно использовать объемную, поверхностную и линейную плотности заряда:

;      ;     .

Потоком

вектора напряжённости электростатического поля через произвольную поверхность называется интеграл вида

,

где ;

— элементарная площадка;

— нормаль к ней;

— проекция вектора напряженности на направление нормали.

Напряженность электростатического поля, образованного несколькими зарядами (или электрическим зарядом, распределенным по некоторому телу) рассчитывается с помощью принципа суперпозиции:

— для дискретного распределения зарядов, где — напряжённость поля, создаваемого — зарядом в данной точке поля;

— для непрерывного распределения заряда (интегрирование ведется по объему заряженного тела), где — напряженность поля, создаваемого элементарным зарядом в данной точке пространства.

В том случае, когда известна конфигурация поля заряженного тела, при решении задач целесообразно использовать теорему Гаусса для электростатического поля в вакууме: поток вектора напряженности электростатического поля в вакууме сквозь произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме зарядов заключенных внутри этой поверхности, деленной на :

— для непрерывного распределения заряда по объёму V;

— для дискретного распределения зарядов внутри замкнутой поверхности .

Напряженность поля, создаваемого равномерно заряженной (с поверхностной плотностью заряда ) бесконечной плоскостью, определяется как

,

где – диэлектрическая проницаемость среды, в которой находится заряженная плоскость. В этом случае электростатическое поле является однородным, т.к. его напряженность не зависит от расстояния до плоскости.

Напряженность поля, создаваемого двумя бесконечными параллельными разноименно заряженными плоскостями с одинаковой по модулю поверхностной плотностью зарядов, выглядит следующим образом:

Такой вид поля реализуется в плоском конденсаторе. Сила, действующая на заряд, помещенный в любую точку данного поля – одинакова, т.е. поле, как и в предыдущем случае, является однородным.

Напряженность поля, создаваемого равномерно заряженной сферической поверхностью в окружающем ее пространстве рассчитывается

также, как напряженность поля точечного заряда; внутри сферы электростатическое поле отсутствует:

где — радиус сферы, — заряд на ее поверхности; — расстояние от центра сферы до исследуемой точки поля.

Напряженность поля, создаваемого равномерно заряженным (с линейной плотностью заряда ) бесконечным цилиндром,

Электростатическое поле цилиндра обладает аксиальной симметрией. Силовые линии поля перпендикулярны боковой поверхности цилиндра.

Электростатическое поле является потенциальным: работа кулоновских сил по перемещению заряда не зависит от формы траектории последнего, а определяется только положением начальной и конечной точек. Если перемещать заряд по замкнутой траектории, то работа полем не совершается.

Циркуляция вектора напряженности электростатического поля вдоль (замкнутого) контура также равна нулю:

Напряженность и потенциал – две характеристики электростатического поля. Поскольку обе они относятся к одному и тому же физическому объекту – электростатическому полю, – то между ними существует определенная связь.

Связь между потенциалом электростатического поля и его напряженностью:

где

Знак «минус» показывает, что вектор направлен в сторону убывания потенциала.

Для описания электростатического поля в диэлектриках пользуются понятием электрического диполя – системы двух равных по модулю разноименных электрических зарядов, расположенных на расстоянии l.

Электрический момент диполя

(дипольный момент): где — электрический заряд; l – плечо диполя.

В электростатическом поле диэлектрик поляризуется. Количественной характеристикой степени поляризации является поляризованность. Вектор поляризованности определен выше.

Между поляризованностью вещества и напряженностью электростатического поля в изотропном диэлектрике существует связь, выражаемая формулой,

æ,

где æ — диэлектрическая восприимчивость вещества, определяемая как

æ

Диэлектрическая проницаемость e показывает, во сколько раз диэлектрик ослабляет внешнее поле. Для более рационального описания электростатического поля в диэлектрике вводят вектор электрического смещения:

.

Теорема Гаусса для электростатического поля в диэлектрике: поток вектора смещения электростатического поля в диэлектрике сквозь произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме заключенных внутри этой поверхности свободных электрических зарядов:

— для дискретного распределения зарядов внутри замкнутой поверхности ;

— для непрерывного распределения заряда по объёму .

Таким образом, электростатическое поле в диэлектрике характеризуется тремя физическими величинами , и . Связь между векторами электрического смещения , поляризованности и напряженности электростатического поля для изотропного диэлектрика задается формулой

.

Вектор электрического смещения определяется объемной плотностью сторонних зарядов в диэлектрике:

где ;

– проекции вектора на координатные оси.

Вектор определяется объемной плотностью связанных зарядов в диэлектрике:

На границе раздела сред с различными диэлектрическими проницаемостями линии векторов и испытывают преломление:

;     ;      ,

где и — поверхностные плотности сторонних и связанных зарядов;

— нормаль к поверхности раздела, направленная из первой среды во вторую;

— орт, касательный к поверхности;

и – диэлектрические проницаемости первой и второй среды соответственно.

У поверхности заряженного проводника в вакууме касательная и нормальная составляющая вектора определяется формулами:

,     ,

а внутри проводника электрическое поле отсутствует.

Уединенный проводник обладает электрической емкостью:

,

где — заряд проводника, – его потенциал.

Два разноименно заряженных проводника, между которыми помещен слой диэлектрика, образуют конденсатор. Конденсаторы различной формы обладают различной электрической емкостью. Электрическая емкость конденсаторов:

плоского –

,

где — площадь одной из пластин;

— расстояние между пластинами;

цилиндрического –

,

где — длина конденсатора;

и — внутренний и внешний радиусы обкладок конденсатора соответственно;

сферического –

,

где и — внутренний и внешний радиусы обкладок конденсатора соответственно.

Для варьирования емкости конденсаторы соединяют в батареи.

Электрическая ёмкость параллельно соединенных конденсаторов рассчитывается как

.

Электрическая ёмкость последовательно соединенных конденсаторов рассчитывается как

.

Любое заряженное тело и электростатическое поле, им созданное, обладают энергией. Энергия заряженного уединенного проводника рассчитывается по формулам:

,

где — заряд проводника; — его потенциал; — емкость проводника.

Электростатическое поле заряженного конденсатора обладает энергией

,

где — емкость конденсатора, заряд на его обкладках и разность потенциалов между ними.

Энергия, приходящаяся на единицу объема, называется объемной плотностью энергии электростатического поля и рассчитывается по формуле

;

все величины, входящие в формулу, определены выше.


Электростатическое поле заданного распределения электрических зарядов в пустоте

1. В вершинах квадрата со стороной а находятся точечные заряды (рис. 2). Определите напряженность электростатического поля и потенциал в центре квадрата. Рассмотрите случаи, когда:

Решение. Напряженность поля и потенциал системы точечных зарядов определяются соотношениями

Учитывая, что

получим

а) Если
б) Если
в) Если

2. Линейный заряд с плотностью у равномерно распределен вдоль нити, занимающей часть оси Z от до . Найдите выражения потенциала и напряженности электростатического поля для точек, лежащих в плоскости XY (z=0) (рис. 3).

Решение. По определению

Учитывая, что

получим

где углы показаны на рисунке.

1) Рассмотрим частный случай, когда :

2) Пусть , тогда

Найдем разность потенциалов между точками с координатами

Тогда при ,

так как

3) При получим

Примечание. Здесь использованы интегралы

3. Очень тонкое кольцо радиуса R равномерно заряжено с линейной плотностью заряда . Вычислите потенциал и напряженность электростатического ноля в точке, лежащей на оси кольца на расстоянии z от его центра. Найдите численные значения ,
если (рис. 4).
Решение. По определению

и

где — радиус-вектор точки , а r — радиус-вектор элемента ; тогда для потенциала и компонент напряженности поля имеем

После интегрирования по α от 0 до 2π получим (см. также рис. 5):

Для заданных численных значений найдем

При и при

Введем обозначения:

На рис. 5 отложена зависимость

4. Бесконечно длинная полоска шириной 2а заряжена поверхностным зарядом а так, что его величина зависит только от координаты, параллельной ширине полоски (рис. 6). Найдите выражения для компонент вектора напряженности электростатического поля в произвольной точке. Вычислите величину напряженности поля для случаев:

где — постоянные величины, .
Решение. Систему отсчета выберем так, как показано на рис. 6. На поверхности распределения заряда выделяем узкую полоску шириной dy параллельную оси X. Тогда заряд, приходящийся на единицу длины этой полоски, будет равен и поле созданное этой полоской в точке с координатами равно (см. решение задачи 2.):

Для компонента поля соответственно получим

В случае получим

Здесь использованы интегралы типа

В случае (б) при получим

Здесь использован интеграл

5. Две концентрические сферы с радиусами получили заряды соответственно, которые равномерно распределились по их поверхности. Найдите выражения для напряженности и потенциала электростатического поля в точке, удаленной на расстояние r от центра сфер.

Решение. Напряженность поля заряженных сфер найдем, используя теорему Остроградского—Гаусса:

Интеграл, стоящий слева, представляет собой поток вектора Е через замкнутую поверхность S. В качестве такой поверхности выберем сферу радиуса r, имеющую тот же центр, что и сферы . Из соображений симметрии следует, что во всех точках поверхности S вектор Е перпендикулярен этой поверхности и имеет одинаковую величину. Поэтому

Интеграл, стоящий справа, есть полный заряд внутри объема, ограниченного поверхностью S. Таким образом, получим

Для определения потенциала используем связь между в сферических координатах

Тогда

Постоянные определим из условий:
а) при , отсюда ;
б) при , тогда ;
в) при , тогда

Из условий (б) и (в) находим

Подставляя значения в выражения для потенциала, получим

Заметим, что нулевое значение потенциала (условие а)) можно задать для любой наперед выбранной точки. При этом изменятся только значения постоянных .

6. Бесконечно длинный круговой цилиндр радиуса R равномерно заряжен по объему с плотностью, заряда ρ. Найдите выражения для напряженности и потенциала электростатического поля в точке, удаленной на расстояние r от оси цилиндра.

Решение. Напряженность поля заряженного цилиндра найдем, используя симметрию заряда и теорему Остроградского—Гаусса:



Выберем в качестве поверхности S, через которую следует определить поток вектора Е, поверхность цилиндра радиуса r и высоты l, имеющего ту же ось, что и заданный цилиндр радиуса R. Из соображений симметрии следует, что во всех точках боковой поверхности цилиндра S вектор Е перпендикулярен этой поверхности и имеет одинаковую величину. На торцах же цилиндра S вектор Е параллелен поверхности. Поэтому



где — величина напряженности поля в точках на расстоянии r от оси цилиндра.
Для интеграла, стоящего справа, соответственно имеем

где h — радиус цилиндрического кольца объемом

Таким образом,

Для определения потенциала используем связь между в цилиндрических координатах

Тогда

Постоянные определим из условий непрерывности потенциала и равенства нулю потенциала в заданной точке, т. е.
при , отсюда ;
при , тогда .
Таким образом,
при ;
и при .

7. В каких точках на расстоянии R от диполя с моментом р величина напряженности электростатического поля будет иметь максимальное и минимальное значения (рис. 7)?

Решение. Выберем систему отсчета так, чтобы диполь находился в начале координат, а вектор р был параллелен оси Y. Из симметрии задачи следует, что во всех точках круга, полученного сечением плоскости у=const сферы радиуса R, величина Е будет одинакова. Таким образом, задача сводится к отысканию значений Е в точках круга радиуса R, лежащего в плоскости XY. По определению

Следовательно, напряженность поля в произвольной точке круга (рис. 7) равна

Исследование функции на экстремум показывает, что
при ;
а при .

8. На единицу площади очень тонкой пластинки, имеющей форму диска радиуса R, приходится n диполей (n — постоянная величина). Считая, что все диполи обладают одинаковым дипольным моментом р, направленным перпендикулярно поверхности пластинки, найдите выражения для потенциала и напряженности электростатического поля в произвольной точке Mt расположенной на оси диска на расстоянии z от его центра (рис. 8).

Решение. Выделим на диске кольцо радиуса h и шириной dh. Тогда все диполи на поверхности этого кольца создадут в точке М одинаковый потенциал, а так как потенциал, созданный одним диполем, равен

то потенциал, созданный в точке М всеми диполями кольца ,

Отсюда

Напряженность поля найдем из соотношения

Тогда

9. Найдите выражение для собственной энергии заряда, разномерно распределенного с плотностью р внутри сферы радиуса R. Во сколько раз энергия электростатического поля, локализованная в объеме шара, меньше энергии, локализованной вне шара?

Решение. Напряженность поля и потенциал сферы, равномерно заряженной по объему, соответственно равны

где — полный заряд внутри сферы.
Так как

то

10. Вычислите потенциальную энергию, приходящуюся на один заряд, расположенный в неограниченной линейной цепочке точечных зарядов, величина которых равна q, а знаки чередуются. Расстояние между соседними зарядами ±q равно а (рис. 9).

Решение. Пусть Е-энергия одного заряда, например +q, в поле остальных зарядов. Тогда собственная энергия всей системы зарядов равна (1/2)NE (где N — общее число зарядов). Следовательно, энергия, приходящаяся на один заряд, равна W=1/2E,
где

Таким образом,

где

11. Диполь с моментом р находится на расстоянии r от точечного заряда q. Найдите выражения для энергии диполя и силы, действующей на диполь, если:
а) вектор р параллелен прямой, соединяющей заряд и диполь .
б) вектор р перпендикулярен этой прямой (рис. 10).

Решение. По определению . Так как , то для случаев

По определению . Поэтому (см. примечание):

Для случаев



Примечание.

При , а и при
Таким образом

12. Найдите выражения для энергии и силы взаимодействия (на единицу длины) двух равномерно заряженных, бесконечно длинных параллельных нитей с линейными плотностями заряда , находящихся на расстоянии r друг от друга (рис. 11). Какую работу (на единицу длины) нужно совершить, чтобы наполовину сблизить эти нити? Определите энергию и силу взаимодействия, а также работу, если .

Решение. Найдем, например, энергию нити с в поле нити с . Тогда

так как

то

и

Работу найдем из условия . Тогда

Подставляя в полученные формулы значения , найдем

О происхождении противоречивого эффекта электростатического поля в сверхпроводниках

Конструкция устройства и измерительная установка

Здесь мы исследовали стробированные сверхпроводящие перетяжки (см. вставку на рис. 1a), идентичные структурам, описанным в ссылках. 4,5,6,7 , чтобы понять происхождение наблюдаемого эффекта поля. Структура на вставке рис. 1а представляет собой мост Даема, сопровождаемый двумя контрольными воротами, расположенными на расстоянии 100 нм друг от друга по обе стороны от перетяжки.Приборы формировались в сверхпроводящей пленке ванадия толщиной 30 нм ( T c  = 4,18  K ) на поверхности окисленного нелегированного кремния. В качестве сужения имеет характерное измерение, сопоставимое с сверхпроводящей когерентной когерентностью ванадия ξ 0 ≈ 40 нм 20 , это джозефсон-соединение с индуктивностью L J = / (2 E I c ), где I c — критический ток сужения.

Рис. 1: Детали эксперимента и основная характеристика образца.

a Схема измерительной установки с электронной микрофотографией исследуемой сверхпроводящей структуры, состоящей из копланарной линии передачи с четырьмя емкостно связанными четвертьволновыми СВЧ-резонаторами. Каждый резонатор соединяется с плоскостью земли сужением (перемычкой Дайема), показанным на вставке. b Набор резонансных кривых при различных напряжениях на затворе, В Гс для исследуемого резонатора.Отметим, что резонансная частота быстро уменьшается при больших напряжениях на затворе, ∣ В Гс ∣ > 30 В c Сдвиг резонансной частоты (левая ось) и внутренняя добротность резонатора (правая ось) как функция приложенного напряжения затвора.

На рисунке 1а показана схема нашего эксперимента и электронная микрофотография образца. Чтобы исследовать влияние напряжения затвора на сверхпроводник, мы встроили каждый мост Даема в токовую пучность четвертьволнового копланарного микроволнового резонатора, сформированного из той же пленки ванадия.Серия из четырех резонаторов в форме меандра включена в сеть мультиплексирования частот (FMN) 21 , которая позволяет независимо исследовать каждый резонатор на его резонансной частоте с использованием одной фидерной линии. Сила связи каждого резонатора с фидером слабая, так что добротность определяется только внутренними потерями резонаторов.

Эксперименты проводились в безкриогенном холодильнике для разбавления при базовой температуре 10 мК. Приходящий микроволновый тон фильтруется и ослабляется на каждой температурной ступени криостата.После прохождения ЧМН передаваемый сигнал усиливался серией криогенных усилителей и детектировался с помощью IQ-демодулятора, что позволяло проводить независимые измерения синфазных I и квадратурных Q . Напряжение на управляющие затворы подавалось через линии постоянного тока, отфильтрованные при 10 мК. Мы использовали схему смещения для измерения тока утечки I L и дифференциальной проводимости зазора между затвором и сужением d I L /d V G .

Кривые отклика и добротность

Все четыре резонатора, встроенные в FMN, вели себя одинаково, поэтому здесь мы приводим экспериментальные результаты для одного устройства с резонансной частотой f 0  = 3,3086 ГГц, измеренной при нулевом напряжении на затворе. Резонансная частота ω  = ( L C ) −1/2 резонатора определяется его емкостью C и индуктивностью L . Внутренние Q -FACTOR дают Q I = Ω L / R , где R представляет собой рассеивание в копланарном волноводе, образующем резонатор 22 .Полная индуктивность представляет собой сумму геометрической индуктивности резонатора л г и индуктивности Джозефсона моста Даема л Дж . В наших резонаторах геометрическая индуктивность много больше джозефсоновской индуктивности, т.е.

На рисунке 1b показан набор резонансных кривых, измеренных при различных напряжениях затвора, ∣ В Гс ∣ < 50 В, т.е.е., тот же диапазон напряжений, что и в описанных экспериментах 4,5,6,7 . Резонансная частота мало изменяется до ∣ В G ∣ ≈ 25 В, однако при более высоких В G она значительно снижается. Эффект можно объяснить подавлением критического тока в мосту Даема, что приводит к приращению л дж и уменьшению резонансной частоты, поскольку:

$$\omega \приблизительно \frac{1}{ \sqrt{{L}_{g}C}}\left(1-\frac{1}{2}\frac{{L}_{{\rm{J}}}}{{L}_{g }}\правильно).$$

(1)

Сдвиг резонансной частоты является биполярным и симметричным относительно нулевого напряжения затвора, см. рис. 1c (левая ось). Наши наблюдения подтверждают подавление сверхтока в мосту Даема напряжением затвора 4,5,6,7 , но не согласуются с существованием эффекта электростатического поля по причинам, изложенным ниже.

На рис. 1c (правая ось) показано, что приложение напряжения затвора в пределах ∣ В Гс ∣ ≈ 25 В приводит к ожидаемому небольшому увеличению Q -фактора, вызванного увеличением индуктивности Джозефсона

$ $ {Q} _ {i} \ приблизительно \ frac {1} {R} \ sqrt {\ frac {{L} _ {g}} {C}} \ left (1+ \ frac {1} {2} \ frac{{L}_{{\rm{J}}}}{{L}_{g}}\right).$$

(2)

Однако Q i быстро падает при более высоких напряжениях, что может быть вызвано только увеличением внутренних потерь резонатора, т. е. диссипацией, R . Отметим, что биполярная и симметричная зависимость Q -фактора от напряжения на затворе сама по себе является неожиданной для отрицательно заряженных сверхпроводящих носителей, т.е. куперовских пар. Кроме того, резонансные кривые становятся заметно более шумными при высоких напряжениях на затворе, что также нельзя объяснить стационарным изменением реактивного параметра, например джозефсоновской индуктивности. Таким образом, все наблюдения указывают на большую диссипацию в резонаторе при больших приложенных напряжениях на затворе и ставят под сомнение обнаружение прямого эффекта поля в сверхпроводящих перетяжках.

Шумовые свойства

Мы исследовали шумовые свойства резонатора в том же диапазоне приложенных напряжений затвора, чтобы понять природу диссипации. Принцип измерения шума представлен на рис. 2а. На верхней и нижней панелях показаны примеры резонансных кривых для величины переданного микроволнового сигнала для двух напряжений затвора 20 В и 50 В соответственно.После выбора частоты рабочей точки (р.п.), соответствующей самой крутой точке резонансной кривой, мы раскачивали резонатор на этой частоте и регистрировали проходящий сигнал как функцию времени. На рисунке 2а показан пример измеренных временных трасс амплитуды переданного сигнала В ( t ) оранжевым цветом с явным ростом флуктуаций с увеличением В G . Сигнатуры телеграфного шума, видимые на временной трассе 50 В, начинают появляться при ∣ В Гс ∣ ≈ 35 В. Появление и нарастание низкочастотного телеграфного шума с В Г противоречит утверждению 4,5,6,7 о статическом подавлении сверхпроводимости электрическим полем.

Рис. 2: Шумовые характеристики сверхпроводящего компланарного резонатора.

a Принцип измерения частотного шума. Примеры резонансных кривых при напряжении затвора 20 В (верхняя панель) и 50 В (нижняя панель), приложенном к мосту Даема. При каждом напряжении затвора самая крутая точка амплитуды резонанса используется в качестве рабочей точки (w.p.) для измерений временной трассы. Примеры колебаний напряжения и частоты длительностью 1 с показаны оранжевым и зеленым цветами соответственно. b Спектральная плотность мощности (СПМ) флуктуаций при различных напряжениях на затворе. Пунктирные линии соответствуют функциям PSD на  ∝  f k . На вставке показана зависимость подогнанного показателя степени k от напряжения на затворе при 10 мК.

Чтобы сравнить наши измерения с другими возможными измерениями шума сверхтока, мы преобразовали кривые амплитуды во времени в кривые частотных флуктуаций f ( t ) (зеленые кривые на рис.2а), путем деления первого на градиент резонансной кривой в рабочей точке. Флуктуации частоты f ( t ) были преобразованы в шумовые спектры путем преобразования Фурье. На рисунке 2b показаны примеры спектров частотного шума для четырех различных напряжений затвора. При низких V G спектр шума почти не зависит от частоты, т. е. белый шум. Однако с увеличением В Г шум меняется как количественно, так и качественно, и, что важно, он растет быстрее на низких частотах, так что наклон частотной зависимости увеличивается с В Г .Шум резонансной частоты связан с шумом джозефсоновской индуктивности моста Даема, который пропорционален шуму критического тока 23,24 . В предположении, что применение В Г не изменяет теплового равновесия наноконстрикции 4,5,6,7 , приращение мощности сверхточного шума при В Г противоречит теоретическому предсказанию, что интегральный шум сверхтока должен уменьшаться как \({I}_{c}^{2}\)  23 . Такое наблюдение приводит нас к выводу, что управляемый наномост либо локально перегрет по отношению к окружающей среде, либо выведен из равновесия инжектированными высокоэнергетическими квазичастицами 9,10,11,25 .

Для количественной оценки спектров шума при различных напряжениях на затворе мы подобрали функциональную форму A f k , где k представляет наклон спектров к измеренным данным (см. Рис. 2б). Результирующая зависимость полученного показателя степени k от V G представлена ​​на вставке рис.2б. При низких напряжениях на затворе ∣ В Г ∣ < 25 В значение к близко к нулю, но быстро возрастает и приближается к к  ≈ 1 при более высоких напряжениях. Если стробируемый наномост остается в тепловом равновесии, то, согласно флуктуационно-диссипативной теореме (ФДТ) 26 , увеличение шума можно объяснить либо повышением температуры наномостика, либо увеличением диссипации. Даже если система выведена из теплового равновесия, обобщенная версия ФДТ верна 27 , так же как и вывод о более высокой температуре или большей диссипации в системе.Таким образом, наши измерения шума подтверждают, что подавление критического тока не является эффектом электростатического поля 4,5,6,7 . Это скорее неравновесное состояние сверхпроводника, вызванное инжекцией высокоэнергетических квазичастиц 9,10,11,25 .

Находится ли система в равновесном состоянии, можно определить с помощью гистограмм измеренного шума компонентов I и Q . На рисунке 3a показана двумерная функция плотности вероятности (PDF) при В G  = 20 В и В G  = 50 В и ее проекции на оси I и Q.Явная асимметрия PDF при высоком напряжении резко контрастирует с симметричной PDF при низком напряжении. Последняя, ​​как и ожидалось, выглядит как идеальная окружность на двумерной плоскости, а две проекции являются идеальными функциями Гаусса. {3}\).Ненулевое значение асимметрии показывает, что распределение не является гауссовым, и система находится вне теплового равновесия. Кроме асимметрии представлен аналог отношения сигнал/шум – нормированный частотный сдвиг Δ f / σ f . Гейт-зависимость обеих величин представлена ​​на рис. 3б. Обе панели показывают, что при низких напряжениях затвора, ∣ В Гс ∣ < 25 В, система остается в термодинамическом равновесии, но вне этого диапазона нормированный сдвиг частоты увеличивается, а асимметрия становится отрицательной.Это подтверждает наш вывод о неравновесном состоянии наномостика при приложенном высоком затворном напряжении.

Рис. 3: Анализ гистограммы шума напряжения и реконструированного шума резонансной частоты при 10 мК.

a Пример двумерной функции плотности вероятности (PDF) нормального отклонения напряжения шума, полученного при гомодинном детектировании передаваемого сигнала на частоте, соответствующей w. p. на рис. 2а для В G  = 20 В и В G  = 50 В.На боковых вставках показаны соответствующие одномерные PDF для V I и V Q компонентов шума напряжения для обоих значений напряжения затвора. b Зависимость нормированного сдвига частоты и нормированного третьего момента (асимметрии) частотных флуктуаций от напряжения затвора. Оба нормированы на дисперсию частотных колебаний.

Неравновесное распределение квазичастиц должно быть менее выраженным при более высоких температурах из-за более сильной электрон-фононной связи 28 и наши эксперименты при различных температурах подтверждают это.На рис. 4 представлена ​​зависимость всех полученных величин от напряжения затвора при различных температурах. Все шесть панелей имеют общую черту – плато в диапазоне ~±25 В при 10 мК без зависимости от В Г . Это плато становится шире при более высоких температурах. Следует отметить, что приведенные на рис. сообщалось в более ранних работах (см., например, рис.{3}\), показанные на рис. 4c–e соответственно. Такая зависимость от температуры позволяет предположить, что наблюдаемый эффект возникает из-за рассеяния в сужении, контролируемого напряжением затвора, поскольку требуется более высокое напряжение затвора, чтобы увидеть изменение измеряемых величин при более высоких температурах. Все представленные здесь данные указывают на существование дополнительного источника диссипации, который приводит к увеличению шума и искажению функции распределения при более высоких значениях В Г . Происхождение такого поведения можно объяснить утечкой между воротами и сужением.На рисунке 4f представлена ​​измеренная зависимость дифференциальной проводимости рассеяния от напряжения на затворе. Аналогично зависимости частотного сдвига, добротности, шума и т. д. она имеет плато ниже примерно ∣ В Гс ∣ ~ 30 В, за которым следует более сильная зависимость выше этого значения. Это указывает на то, что утечка затвора и все другие наблюдения коррелируют.

Рис. 4: Сводка зависимостей ворот для всех измеренных величин при различных температурах.

Цвета обозначают температуру криостата, общую для всех панелей. Для наглядности кривые смещены друг от друга на одинаковое расстояние, показанное черными стрелками, на значение, указанное черным цветом справа на соответствующей панели. a Сдвиг резонансной частоты; b внутренняя добротность; c показатель степени k шума PSD ∝  f k ; d нормированный частотный сдвиг, а e нормированный 3-й момент (асимметрия) частотных колебаний. f Измеренная дифференциальная проводимость d I L /d V G зазора между затвором и мостом Дайема, перекрывающегося с подгонкой, полученной с использованием уравнения. (3).

Самый быстрый словарь в мире | Vocabulary.

com
  • электростатическое поле электрическое поле, связанное со статическими электрическими зарядами

  • электростатическая связь химическая связь, при которой один атом теряет электрон, образуя положительный ион, а другой атом приобретает электрон, образуя отрицательный ион

  • электростатически электростатическим способом

  • электростатическая единица любая из различных единиц электричества, основанная на силах взаимодействия между электрическими зарядами

  • электростатический принтер принтер, использующий электрический заряд для нанесения тонера на бумагу

  • электростатическая машина электрическое устройство, создающее высокое напряжение за счет накопления заряда статического электричества

  • электрическое поле силовое поле, окружающее заряженную частицу

  • электростатический, связанный со статическим электричеством, производящий или вызываемый им

  • электростатика раздел физики, изучающий статическое электричество

  • электростатический генератор электрическое устройство, вырабатывающее высокое напряжение за счет накопления заряда статического электричества

  • экстатическое чувство великого восторга или восторга

  • электростатический осадитель удаляет частицы пыли из газов путем электростатического осаждения

  • электроотрицательность (химия) склонность атома или радикала притягивать электроны при образовании ионной связи

  • электростатическое осаждение процесс удаления взвешенных частиц пыли из газа путем приложения к частицам электростатического заряда высокого напряжения и сбора их на заряженных пластинах

  • электромагнитная единица любая из различных систем единиц измерения электричества и магнетизма

  • электронная почта (информатика) система всемирной электронной связи, в которой пользователь компьютера может составить сообщение на одном терминале, которое может быть повторно сгенерировано на терминале получателя, когда получатель входит в систему

  • электромагнитная линия задержки линия задержки, основанная на времени распространения электромагнитных волн

  • Электростатическое поле — Инженеры-педагоги.com

    Вокруг заряженного тела существует силовое поле. Это поле представляет собой электростатическое поле (иногда называемое диэлектрическим полем) и представлено линиями, идущими во всех направлениях от заряженного тела и заканчивающимися там, где имеется равный и противоположный заряд.

    Чтобы объяснить действие электростатического поля, линии используются для представления направления и интенсивности электрического поля силы. Как показано на рисунке 8, интенсивность поля указана количеством линий на единицу площади, а направление показано стрелками на линиях, указывающих направление, в котором небольшой пробный заряд будет двигаться или иметь тенденцию двигаться при воздействии на него. на силовое поле.

    Рис. 8. Направление электрического поля вокруг положительных и отрицательных зарядов.

    Можно использовать как положительный, так и отрицательный испытательный заряд, но было произвольно согласовано, что при определении направления поля всегда будет использоваться небольшой положительный заряд. Таким образом, направление поля вокруг положительного заряда всегда противоположно заряду, как показано на рисунке 8, потому что положительный пробный заряд будет отталкиваться. С другой стороны, направление линий вокруг отрицательного заряда — к заряду, так как к нему притягивается положительный пробный заряд.

    На рис. 9 показано поле вокруг тел с одинаковыми зарядами. Показаны положительные заряды, но независимо от типа заряда силовые линии отталкивались бы друг от друга, если бы заряды были одинаковыми. Линии заканчиваются на материальных объектах и ​​всегда идут от положительного заряда к отрицательному. Эти линии представляют собой воображаемые линии, используемые для обозначения направления, в котором движется реальная сила.

    Рис. 9. Поле вокруг двух положительно заряженных тел.

    Важно знать, как распределяется заряд на объекте.На рис. 1.10 показан небольшой металлический диск, на который помещен концентрированный отрицательный заряд. С помощью электростатического детектора можно показать, что заряд равномерно распределяется по всей поверхности диска. Поскольку металлический диск обеспечивает равномерное сопротивление повсюду на своей поверхности, взаимное отталкивание электронов приведет к их равномерному распределению по всей поверхности.

    Рис. 10. Равномерное распределение заряда на металлическом диске.

    Другим примером, показанным на рис. 11, является заряд на полой сфере.Хотя сфера сделана из проводящего материала, заряд равномерно распределяется по внешней поверхности. Внутренняя поверхность полностью нейтральна. Это явление используется для защиты обслуживающего персонала больших статических генераторов Ван де Граафа, используемых для разрушения атомов. Самая безопасная зона для операторов находится внутри большой сферы, где генерируются миллионы вольт.

    Рис. 11. Заряд на полой сфере.

    Распределение заряда на объекте неправильной формы отличается от распределения заряда на объекте правильной формы.На рис. 12 видно, что заряд на таких объектах распределен неравномерно. Наибольший заряд находится в точках или областях наибольшей кривизны объектов.

    Рис. 12. Зарядка предметов неправильной формы.

    Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

    Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


    Настройка браузера на прием файлов cookie

    Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее распространенные причины:

    • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
    • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
    • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
    • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
    • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

    Почему этому сайту требуются файлы cookie?

    Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


    Что сохраняется в файле cookie?

    Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

    Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

    Введение — Электростатический датчик | Техническое руководство | Средства автоматизации | Промышленные устройства

    ЯпонскийАнглийскийАнглийский (Азиатско-Тихоокеанский регион)Китайский (упрощенный)


    Введение

    Принцип обнаружения электростатического датчика

    Вокруг наэлектризованного объекта создается электрическое поле, сила которого пропорциональна количеству заряда.Электростатические датчики определяют интенсивность этого электрического поля и рассчитывают ее как электрический потенциал.

    Обнаружение электрического поля

    Когда электрод обнаружения приближается к наэлектризованному телу, электрический заряд, пропорциональный напряженности электрического поля, индуцируется в электроде обнаружения из-за «электростатической индукции».
    Электростатический датчик открывает и закрывает камертонную вибрирующую пластину, называемую прерывателем, перед электродом обнаружения, чтобы устранить шум постоянного тока и выполнить более точное измерение.Датчик определяет интенсивность электрического поля, принимая индуцированный электрический заряд в качестве сигнала связи.

    Преобразование в электрический потенциал

    Электрический потенциал пропорционален напряженности электрического поля, но напряженность электрического поля становится меньше по мере удаления от наэлектризованного объекта.
    Таким образом, электростатический датчик задает расстояние между наэлектризованным объектом и датчиком с помощью контроллера и выполняется скорректированный расчет электрического потенциала.

    Вернуться к началу

    Характеристики, основанные на принципе обнаружения электростатического датчика

    Поскольку электрическое поле зависит от расстояния измерения, вам необходимо закрепить датчик на заданном расстоянии, чтобы выполнить измерение с высокой точностью.
    Электрическое поле, создаваемое наэлектризованным объектом, распространяется концентрически от наэлектризованного объекта.Следовательно, электростатический датчик, обнаруживающий электрическое поле, измеряет более широкий диапазон по мере увеличения расстояния измерения.
    Кроме того, существующие электростатические датчики и электрометры имеют одинаковые характеристики диапазона, поскольку все они обнаруживают электрическое поле.

    Вернуться к началу

    Сопутствующие товары



    Скачать

    • электростатический_e. пдф

    Вернуться к началу

    Вернуться к началу


    Электрическое поле — точка назначения

    Электрическое поле

    Определение

    Электрическое поле — это силовое поле, окружающее заряженную частицу, в котором другая заряженная частица испытывает силу Сравните магнитное поле. Напряженность электрического поля в данной точке пространства вблизи электрически заряженного объекта пропорциональна количеству заряда на объекте и обратно пропорциональна расстоянию между точкой и объектом.Величина и направление электрического поля выражаются значением Е, называемым напряженностью электрического поля или напряженностью электрического поля или просто электрическим полем. Знание значения электрического поля в точке без каких-либо конкретных сведений о том, что создает поле, — это все, что необходимо для определения того, что произойдет с электрическими зарядами вблизи этой конкретной точки.

    Электрическое поле также определяется как электрическая сила на единицу заряда. Направление поля принимается за направление силы, которую оно должно оказывать на положительный пробный заряд.Электрическое поле направлено радиально наружу от положительного заряда и радиально внутрь к точечному отрицательному заряду. Электрическое поле от любого количества точечных зарядов может быть получено из векторной суммы отдельных полей. Положительное число считается внешним полем; поле отрицательного заряда направлено к ней.

    Величина электрического поля имеет размерность силы на единицу заряда. В системах метр-килограмм-секунда и СИ соответствующими единицами измерения являются ньютоны на кулон, что эквивалентно вольтам на метр.В системе сантиметр-грамм-секунда электрическое поле выражается в единицах дин на электростатическую единицу (эсу), что эквивалентно статвольтам на сантиметр.

    Направление электрического поля

    Электростатическая сила между двумя электрическими зарядами может быть либо отталкивающей, либо притягивающей в зависимости от природы зарядов; следовательно, это векторная величина. Итак, электрическое поле является векторной величиной, поскольку электрическое поле представляет собой силу, приходящуюся на единицу положительного заряда, поэтому направление электростатического поля должно совпадать с направлением электростатической силы.Когда мы помещаем единичный положительный заряд в электрическое поле, он либо приближается, либо уходит далеко, в зависимости от природы заряда, которым создается поле. Направление электрического поля определяется направлением движения единичного положительного заряда. Напряженность электрического поля всегда перпендикулярна поверхности.

     

    Свойства линий электрического поля

    Линии электрического поля бывают двух типов –

    Но для каждого типа всегда следует какой-то важный манифест в качестве их характеристик или свойств.Они

    • Силовые линии электрического поля имеют тенденцию отделяться друг от друга в направлении, перпендикулярном их длине. Они отталкиваются, если имеют одинаковые заряды.
    • Электрические силовые линии начинаются от положительно заряженной поверхности тела и заканчиваются отрицательно заряженной поверхностью тела.
    • Эти силовые линии подобны эластичной струне, они сокращаются по длине, т.е. притягиваются друг к другу относительно противоположных зарядов.
    • Близость силовых линий символизирует большую силу электрического поля и наоборот.
    • Параллельные линии обозначают однородное поле.
    • Две силовые линии никогда не пересекаются.
    • Силовые линии никогда не проходят через проводник, т.е. поле внутри проводника всегда равно нулю.
    • Тангенциальное направление в любой точке силовых линий указывает направление силы, действующей на положительный заряд в этой точке.

     

    Источники электрического поля

    Электрические поля вызываются электрическими зарядами или переменными магнитными полями.Однако, поскольку магнитное поле описывается как функция электрического поля, уравнения обоих полей связаны и вместе образуют уравнения Максвелла, которые описывают оба поля как функцию зарядов и токов. В частном случае стационарного состояния (стационарные заряды и токи) индуктивный эффект Максвелла-Фарадея исчезает. Уравнения электромагнетизма лучше всего описываются в непрерывном описании. Однако заряды иногда лучше всего описывать как дискретные точки; например, некоторые модели могут описывать электроны как точечные источники, где плотность заряда бесконечна на бесконечно малом участке пространства.

    Электрический диполь в электрическом поле

    Когда электрический диполь помещается в однородное электрическое поле, отрицательный конец диполя притягивается положительным концом поля, а положительный конец диполя притягивается отрицательным концом поля. Из-за этих двух сил, противоположных по направлению, на корпус диполя будет действовать крутящий момент. Пусть этот момент равен τ, а θ — угол между электрическим диполем и электрическим полем. Амплитуда силы, действующей на заряд Q в электрическом поле E, определяется как EQ.

    Электрический диполь создается двумя противоположными и равными зарядами, находящимися на определенном расстоянии друг от друга. Он равен произведению одного заряда на расстояние между ними. Благодаря этому полю диполь будет ориентирован параллельно электрическому полю.

    Электрические поля — Статическое электричество — AQA — GCSE Physics (Single Science) Revision — AQA

    Все заряженные объекты имеют вокруг себя электрическое поле, которое показывает, как они будут взаимодействовать с другими заряженными частицами.

    Радиальное поле вокруг положительного заряда

    Генератор Ван де Граафа удаляет электроны для создания положительного заряда.Человеку не нужно прикасаться к генератору Ван де Граафа, чтобы начать ощущать воздействие, так как статическое электричество является бесконтактной силой. Эта сила будет действовать на любую заряженную частицу в электрическом поле вокруг генератора.

    Человек, прикоснувшийся к куполу генератора Ван де Граафа, также потеряет электроны и станет положительно заряженным. То же самое произойдет с каждым из их волос. Поскольку человек, его голова и каждый волосяной фолликул заряжены положительно, волосы будут отталкиваться от головы и от любой другой пряди, заставляя их торчать из головы во всех направлениях.

    Формы электрического поля

    Электрическое поле — это область, в которой на заряды действует сила.

    Поля обычно показаны в виде диаграмм со стрелками:

    • Направление стрелки показывает, как будет выталкиваться положительный заряд .
    • Чем ближе друг к другу расположены стрелки, тем сильнее поле и тем большую силу испытывают заряды в этом поле. Это означает, что ближе к объекту поле сильнее.

    Линии поля направлены от положительных зарядов к отрицательным.

    Радиальное поле вокруг положительного заряда отталкивает другие положительные заряды. Поэтому стрелки указывают в сторону от центрального положительного заряда. Именно это и происходит на примере генератора Ван де Граафа.

    Однако, если в это поле поместить отрицательный заряд, он притянет положительный заряд и почувствует силу в направлении, противоположном силовым линиям.

    Поле между двумя параллельными пластинами, одной положительной, а другой отрицательной, будет однородным.

    Линии поля должны быть прямыми, параллельными и указывать от плюса к минусу.

    Если поле достаточно сильное, заряды могут проходить через изоляторы, такие как воздух, и возникнет искра.

    alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.