1.2.Источники электрического поля | Электронная библиотека

Безопасность жизнедеятельности в техносфере / Неионизирующие электромагнитные поля и излучения. Часть 1. / 1.2.Источники электрического поля

Источники электрического поля можно подразделить на естественные и искусственные. Естественными источниками являются атмосферное электричество и электрическое поле Земли. Так, известно [33], что общий заряд Земного шара отрицателен и равен, примерно, 5·10⁷ Кл. Причем этот заряд постоянно изменяется и на человека действует электрическое поле Земли напряженностью Е = 120 – 150 В/м.

Во время грозы, при снежных метелях, сильных ветрах, бурях напряженность электрического поля существенно увеличивается (до 120 – 150 кВ/м). Особенно резко она возрастает на острых выступах, возвышающихся над Землей (острые выступы скал, вершины деревьев, громоотводы, трубы, верхушки опор линий электропередачи, антенны и т.д. ). При этом на этих остриях иногда возникают светящиеся разряды, известные под названием огней Эльма. В некоторых случаях светящиеся разряды наблюдаются на вытянутой руке человека и на животных, что сопровождается потрескиванием продолжительностью до нескольких часов.

Электрическое поле возникает также вследствие того, что при движении облаков, восходящих теплых потоков воздуха, трении воздушных масс они заряжаются. Это иногда может сопровождаться таким явлением, как молния. Так, если заряженное грозовое облако проходит над Землей, то оно создает на ее поверхности большие наведенные заряды и разность потенциалов при этом между облаком и землей может достигать огромных значений, измеряемых сотнями миллионов Вольт. При определенных условиях возникает пробой. Поскольку напряженность поля существенно выше над резко выступающими над поверхностью Земли частями, молния возникает чаще всего между этими частями и заряженным облаком.

Поэтому человеку находиться во время грозы на открытой местности, а также рядом с отдельными выступающими предметами опасно. Молния также может возникать и между разноименно заряженными облаками или их частями.

На электризацию атмосферы существенным образом оказывает влияние и потоки ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучения, направленные от Солнца к Земле.

В результате их действия на некотором расстоянии от поверхности Земли образуется сплошной объемный ионизированный слой, охватывающий Землю.

Первый такой ионизированный стабильный слой имеет относительно небольшую толщину и находится на высоте 110 – 120 км, второй слой находится на высоте 180 – 300 км и имеет переменную толщину. В результате между верхними слоями и поверхностью Земли разность потенциалов составляет примерно 400 кВ.

Кроме постоянных, электрически заряженных слоев, существуют плавающие локальные области из заряженных частиц, которые оказывают различное влияние на величину напряженности поля, поэтому в разных регионах Земли величина напряженности может существенно изменяться.

Наряду с естественными электрическими полями человек подвергается воздействию искусственных полей.

Искусственные электростатические поля возникают при работе с легко электризующимися материалами и изделиями, а также при эксплуатации высоковольтных установок постоянного тока.

Все приведенные выше соотношения, строго говоря, справедливы только для электростатического поля. Однако с большой степенью точности они могут быть использованы и при расчете некоторых источников электрического поля промышленной частоты. Критерием допустимости приближенного рассмотрения электрического поля промышленной частоты как электростатического поля может служить соотношение между линейными размерами области, в которой рассматривается поле, и длиной электромагнитной волны (вопрос о длине электромагнитной волны будет рассмотрен в разделе 5).

Источниками электрических полей промышленной частоты являются: линии электропередачи, открытые распределительные устройства, различные высоковольтные ап

параты, высоковольтные вводы, токопроводы, устройства защиты и автоматики, сборные соединительные шины, измерительные приборы и другое высоковольтное оборудование.

Рассмотрим некоторые из источников электрического поля более подробно.

Электрическое поле

По современным представлениям, электрические заряды не действуют друг на друга непосредственно. Каждое заряженное тело создает в окружающем пространстве электрическое поле. Это поле оказывает силовое действие на другие заряженные тела. Главное свойство электрического поля – действие на электрические заряды с некоторой силой. Таким образом, взаимодействие заряженных тел осуществляется не непосредственным их воздействием друг на друга, а через электрические поля, окружающие заряженные тела.

Электрическое поле, окружающее заряженное тело, можно исследовать с помощью так называемого пробного заряда – небольшого по величине точечного заряда, который не производит заметного перераспределения исследуемых зарядов.

Для количественного определения электрического поля вводится силовая характеристика — напряженность электрического поля.

Напряженностью электрического поля называют физическую величину, равную отношению силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд, помещенный в данную точку пространства, к величине этого заряда:

Напряженность электрического поля – векторная физическая величина. Направление вектора  в каждой точке пространства совпадает с направлением силы, действующей на положительный пробный заряд.

Электрическое поле неподвижных и не меняющихся со временем зарядов называется электростатическим. Во многих случаях для краткости это поле обозначают общим термином – электрическое поле

Если с помощью пробного заряда исследуется электрическое поле, создаваемое несколькими заряженными телами, то результирующая сила оказывается равной геометрической сумме сил, действующих на пробный заряд со стороны каждого заряженного тела в отдельности. Следовательно, напряженность электрического поля, создаваемого системой зарядов в данной точке пространства, равна векторной сумме напряженностей электрических полей, создаваемых в той же точке зарядами в отдельности:

…

Это свойство электрического поля означает, что поле подчиняется принципу суперпозиции.

В соответствии с законом Кулона напряженность электростатического поля, создаваемого точечным зарядом Q на расстоянии r от него, равна по модулю

Это поле называется кулоновским. В кулоновском поле направление вектора   зависит от знака заряда Q: если Q > 0, то вектор  направлен по радиусу от заряда, если Q < 0, то вектор  направлен к заряду.

Для наглядного изображения электрического поля используют силовые линии. Эти линии проводят так, чтобы направление вектора  в каждой точке совпадало с направлением касательной к силовой линии (рис. 1.2.1). При изображении электрического поля с помощью силовых линий, их густота должна быть пропорциональна модулю вектора напряженности поля.

Рисунок 1.2.1. Силовые линии электрического поля

Силовые линии кулоновских полей положительных и отрицательных точечных зарядов изображены на рис.  1.2.2. Так как электростатическое поле, создаваемое любой системой зарядов, может быть представлено в виде суперпозиции кулоновских полей точечных зарядов, изображенные на рис. 1.2.2 поля можно рассматривать как элементарные структурные единицы («кирпичики») любого электростатического поля.

Рисунок 1.2.2. Силовые линии кулоновских полей

Кулоновское поле точечного заряда Q удобно записать в векторной форме. Для этого нужно провести радиус-вектор    от заряда Q к точке наблюдения. Тогда при Q > 0 вектор  параллелен    а при Q < 0 вектор  антипараллелен  Следовательно, можно записать:

где r – модуль радиус-вектора  .

В качестве примера применения принципа суперпозиции полей на рис. 1.2.3. изображена картина силовых линий поля электрического диполя – системы из двух одинаковых по модулю зарядов разного знака q и –q, расположенных на некотором расстоянии l.

Рисунок 1.2.3. Силовые линии поля электрического диполя

 

Важной характеристикой электрического диполя является так называемый дипольный момент ,  где  – вектор, направленный от отрицательного заряда к положительному, модуль

Диполь может служить электрической моделью многих молекул.

Электрическим дипольным моментом обладает, например, нейтральная молекула воды (H₂O), так как центры двух атомов водорода располагаются не на одной прямой с центром атома кислорода, а под углом 105° (рис. 1.2.4). Дипольный момент молекулы воды p = 6,2·10^–30 Кл · м.

Рисунок 1.2.4. Дипольный момент молекулы воды

Во многих задачах электростатики требуется определить электрическое поле  по заданному распределению зарядов. Пусть, например, нужно найти электрическое поле длинной однородно заряженной нити (рис. 1.2.5) на расстоянии R от нее.

Рисунок 1.2.5. Электрическое поле заряженной нити

Поле в точке наблюдения P может быть представлено в виде суперпозиции кулоновских полей, создаваемых малыми элементами Δx нити, с зарядом τΔx, где τ – заряд нити на единицу длины. Задача сводится к суммированию (интегрированию) элементарных полей  Результирующее поле оказывается равным

Вектор  везде направлен по радиусу  Это следует из симметрии задачи. Уже этот простой пример показывает, что прямой путь определения поля по заданному распределению зарядов приводит к громоздким математическим выкладкам. В ряде случаев можно значительно упростить расчеты, если воспользоваться теоремой Гаусса,  которая выражает фундаментальное свойство электрического поля.

Модель. Электрическое поле точечных зарядов

Модель. Движение заряда в электрическом поле

Опубликовано в разделах: Электродинамика, Электрическое поле

источников электрического поля | Физика Фургон

Категория Выберите категориюО фургоне физикиЭлектричество и магнитыВсе остальноеСвет и звукДвижение вещейНовая и захватывающая физикаСостояния материи и энергииКосмосПод водой и в воздухе

Подкатегория

Поиск

Задайте вопрос

Последний ответ: 11.03.2010

Вопрос:

Существует два типа электрического поля: одно из-за зарядов, а другое из-за изменяющегося магнитного поля. Мой вопрос заключается в том, почему мы не называем поле, создаваемое из-за изменения магнитного поля, новым полем, скажем, Т-полем, почему мы называем общее поле электрическим полем.

Еще одна вещь, которая беспокоила меня в течение длительного времени: почему это поле T бездивергентно (его ротор равен -dB/dt ) и если рассматривать все это как электрическое поле, то останутся ли формулы, полученные для поля E с использованием закона Кулона. действительный. Пример: формула для энергии, запасенной в электрическом поле. Спасибо, что прочитали этот длинный материал.
— дипендра (19 лет)
Индия

A:

Последняя часть вашего вопроса действительно содержит ответ на первую часть. Воздействие электрического поля на заряженную частицу не зависит от того, является ли источник статическим зарядом или изменяющимся магнитным полем. Либо вызывает одинаковое ускорение. Плотность энергии электрического поля также не зависит от источника. Вы должны сложить поля из всех источников, а затем возвести результат в квадрат, чтобы получить плотность энергии. Было бы просто сложно называть поле двумя именами. Плотность энергии будет состоять из трех частей: по одной от каждого поля плюс еще одна от их произведения.

Mike W.

(опубликовано 11.03.2010)

Дополнение #1: Дивергенция в неконсервативных электрических полях

Вопрос:

Но почему неконсервативное электрическое поле не имеет дивергенции?
— анкеш (21 год)
дели

A:

Привет, Анкеш-

Я думаю, вы указываете, что E можно разбить на две части, E _C и E _N , где завиток E _C равен нулю (поэтому он консервативен), а расхождение E _N равен нулю. Как это работает? Посмотрите на расхождение E. Вы можете получить поле E _C с точно таким же расхождением из распределения статического заряда, пропорционального расхождению. Однако любое поле, создаваемое распределением статического заряда, просто определяется минусом градиента потенциала. Это консервативно, т.е. завиток градиента равен нулю. Теперь пусть E

— E _C = E _N . Поскольку завиток E _C = 0, завиток E _N = завиток E. Однако расхождение E _N = расхождение E -расхождение E _C =0. Итак, мы разделили E   на консервативную часть E _C без завитка и неконсервативную часть E _N без дивергенции.

Бекка +mbw

(опубликовано 12.03.2010)

Дополнение к этому ответу

Связанные вопросы

• магнитные силы на проводниках

• 9

  0003

• Токи в размагнитной размаризации

• Индукция и вихревые токи

• Микроволновые магниты

• Индуктивность противовесной нити,

• -электромаг.

• свет и сила

• Какая частица является посредником в электростатической силе?

• вращающиеся заряды

Все еще интересно?

Вопросы и ответы по Expore в связанных категориях

• Электромагнетизм

SCIRP Открытый доступ

Издательство научных исследований

Журналы от A до Z

Журналы по темам

• Биомедицинские и биологические науки.
• Бизнес и экономика
• Химия и материаловедение.
• Информатика. и общ.
• Науки о Земле и окружающей среде.
• Машиностроение
• Медицина и здравоохранение
• Физика и математика
• Социальные науки. и гуманитарные науки

Журналы по теме  

• Биомедицина и науки о жизни
• Бизнес и экономика
• Химия и материаловедение
• Информатика и связь
• Науки о Земле и окружающей среде
• Машиностроение
• Медицина и здравоохранение
• Физика и математика
• Социальные и гуманитарные науки

Публикация у нас

• Подача статьи
• Информация для авторов
• Ресурсы для экспертной оценки
• Открытые специальные выпуски
• Заявление об открытом доступе
• Часто задаваемые вопросы

Публикуйте у нас  

• Представление статьи
• Информация для авторов
• Ресурсы для экспертной оценки
• Открытые специальные выпуски
• Заявление об открытом доступе
• Часто задаваемые вопросы

Подпишитесь на SCIRP

Свяжитесь с нами

	клиент@scirp. org
	+86 18163351462 (WhatsApp)
	1655362766
	Публикация бумаги WeChat

Недавно опубликованные статьи

Недавно опубликованные статьи

Следуйте SCIRP

Связаться с нами

клиент@scirp. alexxlab Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт Рубрики Прост Радио Разное Своими руками Советы Схем Схемы Транзист Транзисторы Электрон Электроника