В каких единицах измеряется напряженность электрического поля. Что такое напряженность электрического поля, в чем она измеряется? Закон сохранения заряда

§3 Электростатическое поле.

Напряженность электростатического поля

Электрические заряды создай вокруг себя электрическое поле. Поле — одна из форм существования материи. Поле можно исследовать, описать его силовые, энергетические и др. свойства. Поле, создаваемое неподвижными электрическими зарядами, называется ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИМ . Для исследования электростатического поля используют пробный точечный положительный заряд — такой заряд, который не искажает исследуемое поле (не вызывает перераспределение зарядов).

Если в поле, создаваемое зарядом q , поместить пробный заряд q 1 на него будет действовать сила F 1 , причем величина этой силы зависит от величины заряда помещаемого в данную точку поля. Если в туже точку поместить заряд q 2 , то сила Кулона F 2 ~ q 2 и т. д.

Однако, отношение силы Кулона к величине пробного заряда, есть величина постоянная для данной точки пространства

и характеризует электрическое поле в той точке, где находится пробный заряд. Эта величина называется напряженностью и является силовой характеристикой электростатического поля.

НАПРЯЖЕННОСТЬ поля есть векторная величина, численно равная силе, действующей на единичный положительный точечный заряд, помещенный в данную точку поля

Направление вектора напряженности совпадает с направлением действия силы.

Определим напряженность поля, создаваемого точечным зарядом q на некотором расстоянии r от него в вакууме

§4 Принцип суперпозиции полей.

Силовые линии вектора Е

Определим значение и направление вектора поля, создаваемого системой неподвижных зарядов

q 1 , q 2 , … q n . Результирующая сила , действующая со стороны поля на пробный заряд q , равна векторной сумме сил , приложении к нему со стороны каждого из зарядов q i

Разделив на q , получим

ПРИНЦИП СУПЕРП0ЗИЦИИ (наложения) полей:

Напряженность результирующего поля, создаваемого системой зарядов, равна геометрической (векторной) сумме напряженностей полей, создаваемых в данной точке каждым из зарядов в отдельности.

Электростатическое поле очень наглядно можно изображать с помощью линий напряженности или силовых линий вектора .

СИЛОВОЙ ЛИНИЕЙ вектора напряженности называется кривая, касательная к которой в каждой точке пространства совпадает с направлением вектора .

Принцип построения силовых линий :

3. Для количественного описания вектора Е силовые линии проводят с определенной густотой. Число линий напряженности, пронизывающих единицу площади поверхности, перпендикулярную линиям напряженности, должно быть равно модулю вектора .

ОДНОРОДНЫМ называется поле, у которого вектор в любой точке пространства постоянен по величине и направлению, т.е. силовые линии вектора параллельны и густота их постоянна во всех точках.

Неоднородное поле

Однородное поле

Картина силовых линий изолированных точечных зарядов

§4’ Диполь.

Дипольный момент.

Поле диполя

ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ДИПОЛЕМ называется система двух, точечных разноименных зарядов (+ и -) находящихся на расстоянии?.

Вектор, направленный по оси диполя (прямой, проходящей через оба заряда) от отрицательного заряда к положительному и равный расстоянию между ними, называется ПЛЕЧОМ диполя .

Вектор

совпадающий по направлению с плечом диполя и равный произведению заряда q на плечо называется электрическим моментом диполя или

ДИПОЛЬНЫМ МОМЕНТОМ .

По принципу суперпозиции полей напряженность Е поля диполя в произвольной точке

Прежде чем выяснять, как определить напряженность электрического поля, нужно обязательно понять суть этого явления.

Свойства электрического поля

В создании электрического поля участвуют подвижные и неподвижные заряды. Наличие поля проявляется в его силовом воздействии на них. Кроме того, поле способно создавать индукцию зарядов, находящихся на поверхности проводников. Когда поле создается с помощью неподвижных зарядов, его считают стационарным электрическим полем. Другое название — электростатическое поле. Является одной из разновидностей электромагнитного поля, с помощью которого происходят все силовые взаимодействия, возникающие между заряженными частицами.

В чем измеряется напряженность электрического поля

Напряженность — есть векторная величина, оказывающая силовое воздействие на заряженные частицы. Величина определяется как отношение силы, направленной с его стороны, к величине точечного пробного электрозаряда в конкретной точке этого поля. Пробный электрозаряд вносится в электрополе специально, чтобы можно было рассчитать напряженность.

Кроме теории, существуют практические способы, как определить напряженность электрического поля:

1. В произвольном электрическом поле, необходимо взять тело, содержащее электрозаряд. Размеры этого тела должны быть меньше, чем размеры тела, с помощью которого генерируется электрическое поле. Для этой цели можно использовать небольшой металлический шарик с электрозарядом. Необходимо измерить заряд шарика с помощью электрометра и поместить в поле. 9.
2. В конденсаторе определение напряженности начинается с измерения напряжения между его пластинами с помощью вольтметра. Далее, необходимо измерить расстояние между пластинами. Значение в вольтах делится на расстояние между пластинами в метрах. Полученный результат и будет значением напряженности электрического поля.

Напряженность электрического поля является векторной величиной, а значит имеет численную величину и направление. Величина напряженности электрического поля имеет свою размерность, которая зависит от способа ее вычисления.

Электрическая сила взаимодействия зарядов описывается как бесконтактное действие, а иначе говоря имеет место дальнодействие, то есть действие на расстоянии. Для того, чтобы описать такое дальнодействие удобно ввести понятие электрического поля и с его помощью объяснить действие на расстоянии.

Давайте возьмем электрический заряд, который мы обозначим символом

Q . Этот электрический заряд создает электрическое поле, то есть он является источником действия силы. Так как во вселенной всегда имеется хотя бы один положительный и хотя бы один отрицательный заряд, которые действую друг на друга на любом, даже бесконечно далеком расстоянии, то любой заряд является источником силы , а значит уместно описание создаваемого ими электрического поля. В нашем случае заряд Q является источником электрического поля и мы будем его рассматривать именно как источник поля.

Напряженность электрического поля

источника заряда может быть измерена с помощью любого другого заряда, находящегося где-то в его окрестностях. Заряд, который используется для измерения напряженности электрического поля называют пробным зарядом , так как он используется для проверки напряженности поля. Пробный заряд имеет некоторое количество заряда и обозначается символом q .

При помещении пробного заряда в электрическое поле источника силы (заряд Q ), пробный заряд будет испытывать действие электрической силы — или притяжения, или отталкивания. Силу можно обозначить как это обычно принять в физике символом

F . Тогда величину электрического поля можно определить просто как отношение силы к величине пробного заряда.

Если напряженность электрического поля обозначается символом E , то уравнение может быть переписано в символической форме как

Стандартные метрические единицы измерения напряженности электрического поля возникают из его определения. Таким образом напряженность электрического поля определяется как сила равная 1 Ньютону (Н) деленному на 1 Кулон (Кл). Напряженность электрического поля измеряется в Ньютон/Кулон или иначе Н/Кл. В системе СИ также измеряется в Вольт/метр . Для понимания сути такого предмета как гораздо важнее размерность в метрической системе в

Н/Кл , потому как в такой размерность отражается происхождение такой характеристики как напряженность поля. Обозначение в Вольт/Метр делает понятие потенциала поля (Вольт) базовым, что в некоторых областях удобно, но не во всех.

В приведенном выше примере участвуют два заряда Q (источник ) и q пробный . Оба этих заряда являются источником силы, но какой из них следует применять в вышеприведенной формуле? В формуле присутствует только один заряд и это пробный заряд q (не источник).

Не зависит от количества пробного

заряда q . На первый взгляд это может привести вас в замешательство, если, конечно, вы задумаетесь над этим. Беда в том, что не все имеют полезную привычку думать и пребывают в так называемом блаженном невежестве. Если вы не думаете, то и замешательства такого рода у вас и не возникнет. Так как же напряженность электрического поля не зависит от q , если q присутствует в уравнении? Отличный вопрос! Но если вы подумаете об этом немного, вы сможете ответить на этот вопрос. Увеличение количества пробного заряда q — скажем, в 2 раза — увеличится и знаменатель уравнения в 2 раза. Но в соответствии с Законом Кулона , увеличение заряда также увеличит пропорционально и порождаемую силу F . Увеличится заряд в 2 раза, тогда и сила F возрастет в то же количество раз. Так как знаменатель в уравнении увеличивается в два раза (или три, или четыре), то и числитель увеличится во столько же раз. Эти два изменения компенсируют друг друга, так что можно смело сказать, что напряженность электрического поля не зависит от количества пробного заряда.

Таким образом, независимо от того, какого количества пробный заряд q используется в уравнении, напряженность электрического поля E в любой заданной точке вокруг заряда Q (источника ) будет одинаковой при измерении или вычислении.

Более подробно о формуле напряженности электрического поля

Выше мы коснулись определения напряженности электрического поля в том, как она измеряется. Теперь мы попробуем исследовать более развернутое уравнение с переменными, чтобы яснее представить саму суть вычисления и измерения напряженности электрического поля. Из уравнения мы сможем увидеть, что именно влияет, а что нет. Для этого нам прежде всего потребуется вернутся к уравнению Закона Кулона .

Закон Кулона утверждает, что электрическая сила F между двумя зарядами прямо пропорциональна произведению количества этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между их центрами.

Если внести в уравнение Закона Кулона два наших заряда Q (источник ) и q (пробный заряд), тогда мы получим следующую запись:

Если выражение для электрической силы F , как она определяется Законом Кулона подставить в уравнение для напряженности электрического поля E , которое приведено выше, тогда мы получим следующее уравнение:

Обратите внимание, что пробный заряд q был сокращен, то есть убран как в числителе так и в знаменателе. Новая формула для напряженности электрического поля E выражает напряженность поля в терминах двух переменных, которые влияют на нее. Напряженность электрического поля зависит от количества исходного заряда Q и от расстоянии от этого заряда d до точки пространства, то есть геометрического места, в котором и определяется значение напряженности. Таким образом у нас появилась возможность характеризовать электрическое поле через его напряженность.

Закон обратных квадратов

Как и все формулы в физике, формулы для напряженности электрического поля могут быть использованы для алгебраического решения задач (проблем) физики. Точно также, как и любую другую формулу в ее алгебраической записи, можно исследовать и формулу напряженности электрического поля. Такое исследование способствует более глубокому пониманию сути физического явления и характеристик этого явления. Одна из особенностей формулы напряженности поля является то, что она иллюстрирует обратную квадратичную зависимость между напряженностью электрического поля и расстоянием до точки в пространстве от источника поля. Сила электрического поля, создаваемого в источнике заряде Q обратно пропорционально квадрату расстояния от источника. Иначе говорят, что искомая величина обратно пропорциональна квадрату .

Напряженность электрического поля зависит от геометрического места в пространстве, и ее величина уменьшается с увеличением расстояния. Так, например, если расстояние увеличится в 2 раза, то напряженность уменьшится в 4 раза (2 2), если расстояния между уменьшится в 2 раза, то напряженность электрического поля увеличится в 4 раза (2 2). Если же расстояние увеличивается в 3 раза, то напряженность электрического поля уменьшается в 9 раз (3 2). Если расстояние увеличивается в 4 раза, то напряженность электрического поля уменьшается в 16 (4 2).

Направление вектора напряженности электрического поля

Как упоминалось ранее, напряженность электрического поля является векторной величиной. В отличие от скалярной величиной, векторная величина является не полностью описанной, если не определено ее направление. Величина вектора электрического поля рассчитывается как величина силы на любой пробный заряд, расположенный в электрическом поле .

Сила, действующая на пробный заряд может быть направлена либо к источнику заряда или непосредственно от него. Точное направление силы зависит от знаков пробного заряд и источника заряда, имеют ли они тот же знак заряда (тогда происходит отталкивание) или же их знаки противоположные (происходит притяжение). Чтобы решить проблему направления вектора электрического поля, направлен он к источнику или от источника были приняты правила, которые используются всеми учеными мира. Согласно этим правилам направление вектора всегда от заряда с положительным знаком полярности. Это можно представить в виде силовых линий, которые выходят из зарядов положительных знаков и заходят в заряды отрицательных знаков.

Наряду с законом Кулона возможно и другое описание взаимодействия электрических зарядов.

Дальнодействие и близкодействие. Закон Кулона, подобно закону всемирного тяготения, трактует взаимодействие зарядов как «действие на расстоянии», или «дальнодействие». Действительно, кулоновская сила зависит лишь от величины зарядов и от расстояния между ними. Кулон был убежден, что промежуточная среда, т. е. «пустота» между зарядами, никакого участия во взаимодействии не принимает.

Такая точка зрения, несомненно, была навеяна впечатляющими успехами ньютоновской теории тяготения, блестяще подтверждавшейся астрономическими наблюдениями. Однако еще сам Ньютон писал: «Непонятно, каким образом неодушевленная косная материя, без посредства чего-либо иного, что нематериально, могла бы действовать на другое тело без взаимного прикосновения». Тем не менее концепция дальнодействия, основанная на представлении о мгновенном действии одного тела на другое на расстоянии без участия какой-либо промежуточной среды, еще долго доминировала в научном мировоззрении.

Идея поля как материальной среды, посредством которой осуществляется любое взаимодействие пространственно удаленных тел, была введена в физику в 30-е годы XIX века великим английским естествоиспытателем М. Фарадеем, который считал, что «материя присутствует везде, и нет промежуточного пространства, не занятого

ею». Фарадей развил последовательную концепцию электромагнитного поля, основанную на идее конечной скорости распространения взаимодействия. Законченная теория электромагнитного поля, облеченная в строгую математическую форму, была впоследствии развита другим великим английским физиком Дж. Максвеллом.

По современным представлениям электрические заряды наделяют окружающее их пространство особыми физическими свойствами — создают электрическое поле. Основным свойством поля является то, что на находящуюся в этом поле заряженную частицу действует некоторая сила, т. е. взаимодействие электрических зарядов осуществляется посредством создаваемых ими полей. Поле, создаваемое неподвижными зарядами, не изменяется со временем и называется электростатическим. Для изучения поля необходимо найти его физические характеристики. Рассматривают две такие характеристики — силовую и энергетическую.

Напряженность электрического поля. Для экспериментального изучения электрического поля в него нужно поместить пробный заряд. Практически это будет какое-то заряженное тело, которое, во-первых, должно иметь достаточно малые размеры, чтобы можно было судить о свойствах поля в определенной точке пространства, и, во-вторых, его электрический заряд должен быть достаточно малым, чтобы можно было пренебречь влиянием этого заряда на распределение зарядов, создающих изучаемое поле.

На пробный заряд, помещенный в электрическое поле, действует сила, которая зависит как от поля, так и от самого пробного заряда. Эта сила тем больше, чем больше пробный заряд. Измеряя силы, действующие на разные пробные заряды, помещенные в одну и ту же точку, можно убедиться, что отношение силы к пробному заряду уже не зависит от величины заряда. Значит, это отношение характеризует само поле. Силовой характеристикой электрического поля является напряженность Е — векторная величина, равная в каждой точке отношению силы действующей на пробный заряд помещенный в эту точку, к заряду

Другими словами, напряженность поля Е измеряется силой, действующей на единичный положительный пробный заряд. В общем случае напряженность поля разная в разных точках. Поле, в котором напряженность во всех точках одинакова как по модулю, так и по направлению, называется однородным.

Зная напряженность электрического поля, можно найти силу, действующую на любой заряд помещенный в данную точку. В соответствии с (1) выражение для этой силы имеет вид

Как же найти напряженность поля в какой-либо точке?

Напряженность электрического поля, создаваемого точечным зарядом, можно рассчитать с помощью закона Кулона. Будем рассматривать точечный заряд как источник электрического поля. Этот заряд действует на расположенный на расстоянии от него пробный заряд с силой, модуль которой равен

Поэтому в соответствии с (1), разделив это выражение на получаем модуль Е напряженности поля в точке, где расположен пробный заряд, т. е. на расстоянии от заряда

Таким образом, напряженность поля точечного заряда убывает с расстоянием обратно пропорционально квадрату расстояния или, как говорят, по закону обратных квадратов. Такое поле называют кулоновским. При приближении к создающему поле точечному заряду напряженность поля точечного заряда неограниченно возрастает: из (4) следует, что при

Коэффициент к в формуле (4) зависит от выбора системы единиц. В СГСЭ к = 1, а в СИ . Соответственно формула (4) записывается в одном из двух видов:

Единица напряженности в СГСЭ специального названия не имеет, а в СИ она называется «вольт на метр»

Вследствие изотропности пространства, т. е. эквивалентности всех направлений, электрическое поле уединенного точечного заряда сферически-симметрично. Это обстоятельство проявляется в формуле (4) в том, что модуль напряженности поля зависит только от расстояния до заряда, создающего поле. Вектор напряженности Е имеет радиальное направление: он направлен от создающего поле заряда если это положительный заряд (рис. 6а, а), и к создающему поле заряду если этот заряд отрицательный (рис. 6б).

Выражение для напряженности поля точечного заряда можно записать в векторном виде. Начало координат удобно поместить в точку, где находится заряд, создающий поле. Тогда напряженность поля в любой точке, характеризуемой радиусом-вектором дается выражением

В этом можно убедиться, сопоставив определение (1) вектора напряженности поля с формулой (2) § 1, либо отталкиваясь

непосредственно от формулы (4) и учитывая сформулированные выше соображения о направлении вектора Е.

Принцип суперпозиции. Как найти напряженность электрического поля, создаваемого произвольным распределением зарядов?

Опыт показывает, что электрические поля удовлетворяют принципу суперпозиции. Напряженность поля, создаваемого несколькими зарядами, равна векторной сумме напряженностей полей, создаваемых каждым зарядом в отдельности:

Принцип суперпозиции фактически означает, что присутствие других электрических зарядов никак не сказывается на поле, создаваемом данным зарядом. Такое свойство, когда отдельные источники действуют независимо и их действия просто складываются, присуще так называемым линейным системам, и само такое свойство физических систем называется линейностью. Происхождение этого названия связано с тем, что такие системы описываются линейными уравнениями (уравнениями первой степени).

Подчеркнем, что справедливость принципа суперпозиции для электрического поля не является логической необходимостью или чем-то само собой разумеющимся. Этот принцип представляет собой обобщение опытных фактов.

Принцип суперпозиции позволяет рассчитать напряженность поля, создаваемого любым распределением неподвижных электрических зарядов. В случае нескольких точечных зарядов рецепт расчета результирующей напряженности очевиден. Любой неточечный заряд можно мысленно разбить на такие малые части, чтобы каждую из них можно было рассматривать как точечный заряд. Напряженность электрического поля в произвольной точке находится как

векторная сумма напряженностей, создаваемых этими «точечными» зарядами. Соответствующие расчеты значительно упрощаются в тех случаях, коща в распределении создающих поле зарядов имеется определенная симметрия.

Линии напряженности. Наглядное графическое изображение электрических полей дают линии напряженности или силовые линии.

Рис. 7. Линии напряженности поля положительного и отрицательного точечных зарядов

Эти линии электрического поля проводятся таким образом, чтобы в каждой точке касательная к линии совпадала по направлению с вектором напряженности в этой точке. Иначе говоря, в любом месте вектор напряженности направлен по касательной к силовой линии, проходящей через эту точку. Силовым линиям приписывают направление: они выходят из положительных зарядов или приходят из бесконечности. Они либо оканчиваются на отрицательных зарядах, либо уходят в бесконечность. На рисунках это направление указывают стрелками на силовой линии.

Силовую линию можно провести через любую точку электрического поля.

Линии проводят гуще в тех местах, где напряженность поля больше, и реже там, где она меньше. Таким образом, густота силовых линий дает представление о модуле напряженности.

Рис. 8. Линии напряженности поля разноименных одинаковых зарядов

На рис. 7 показаны силовые линии поля уединенного положительного и отрицательного точечных зарядов. Из симметрии очевидно, что это радиальные прямые, распределенные с одинаковой густотой по всем направлениям.

Более сложный вид имеет картина линий поля, создаваемого двумя зарядами противоположных знаков. Такое поле, очевидно,

обладает осевой симметрией: вся картина остается неизменной при повороте на любой угол вокруг оси, проходящей через заряды. Когда модули зарядов одинаковы, картина линий также симметрична относительно плоскости, проходящей перпендикулярно соединяющему их отрезку через его середину (рис. 8). В этом случае силовые линии выходят из положительного заряда и все они оканчиваются на отрицательном, хотя на рис. 8 нельзя показать, как замыкаются уходящие далеко от зарядов линии.

Что такое напряженность электрического поля?

В чем измеряется напряженность электрического поля?

Напряженность электрического поля описывает силу, действующую на заряд.

Пусть единичный положительный заряд помещён в электрическое поле.

На заряд со стороны поля будет действовать сила F.

Напряженность электрического поля определение

Определение напряженности электрического поля:

Напряженность электрического поля в данной точке определяется силой, действуюшей на единичный положительный заряд в этой точке.

Часто, когда употребляют термин «электрическое поле», имеют ввиду напряженность электрического поля.

Графически электрическое поле изображается в виде силовых линий, их ещё называют линиями напряженности.

Для линий напряженности касательные по направлению совпадают с напряженностью электрического поля в данной точке.

Силовые линии данного поля никогда не пересекаются.

Напряженность электрического поля формула

Формула напряженности электрического поля:

E = F /q

где F — сила, действующая на заряд со стороны поля,
q — единичный положительный заряд.

Напряженность электрического поля является вектором.

Напряженность электрического поля измеряется

Измеряется напряженность электрического поля в ньтонах на кулон, Н/Кл.

1.5. Контроль электрического поля | Электронная библиотека

Безопасность жизнедеятельности в техносфере / Неионизирующие электромагнитные поля и излучения. Часть 1. / 1.5. Контроль электрического поля

Определение уровня напряженности электрического поля расчетными методами допускается, как правило, только на стадии проектирования электроустановок. Однако как бы обстоятельно не были проведены такие расчеты, экспериментальная проверка необходима. ГОСТ 12.1.002-84 [8] предписывает проводить измерение напряженности электрического поля на рабочих местах в следующих случаях: при приемке в эксплуатацию новых электроустановок; при изменении конструкции электроустановок и стационарных средств защиты от электрического поля; при организации новых рабочих мест; при применении новых схем коммутации; в порядке текущего санитарного надзора (1 раз в два года).

Кроме этого, напряженность электрического поля должна измеряться во всех зонах, где может находиться человек в процессе выполнения работы. Так, при выполнении персоналом работ без подъема на конструкции или оборудование (при отсутствии защитных средств) напряженность электрического поля измеряется на высоте 1. 8 м от поверхности земли и на высоте 0.5, 1.0 и 1.8 м (при использовании коллективных средств защиты) [8]. В случае, если работы выполняются с подъемом на конструкции, то напряженность электрического поля измеряется независимо от средств защиты на высоте 0.5, 1.0 и 1.8 м от площадки рабочего места и на расстоянии 0.5 м от заземленных токоведущих частей оборудования.

Напряженность электрического поля измеряется также при определении границ зон влияния, санитарно защитных зон, после проведения мероприятий по снижению уровней электрического поля.

Рис. 1.20. Измеритель напряженности

Во всех случаях должна измеряться напряженность неискаженного электрического поля.

Измерение напряженности электрического поля проводится с помощью специальных приборов – измерителей напряженности. Один из таких приборов (рис. 1.20 [33]) работает следующим образом. В антенне прибора электрическое поле создает электродвижущую силу, которая усиливается, выпрямляется и измеряется стрелочным микроамперметром. Шкала микроамперметра отградуирована в киловольтах, деленных на метр.

ГОСТ 12.1.002-84 [8] предписывает применять приборы, обеспечивающие погрешность измерения не более ± 20 %.

Приведем технические характеристики и области применения некоторых приборов, отвечающих данному требованию.

Измеритель напряженности электростатического поля ЭСПИ-301. Данный прибор предназначен для измерения напряженности электростатического поля в свободном пространстве, а также между экраном дисплея персонального компьютера и заземленной металлической пластиной. Измеритель применяется для контроля ПДУ электростатического поля согласно ГОСТ 12.1.045-84 [19]. Прибор имеет диапазон измерения напряженности электро

статического поля в свободном пространстве от 0.3 до 180 кВ/м и между экраном дисплея персонального компьютера и заземленной металлической пластиной – от 1.5 до 200 кВ/м.

Измеритель электростатического поля ИЭСП-01. Прибор ИЭСП-01 предназначен для измерения эквивалентного электростатического потенциала на поверхности экрана монитора, при сертификации мониторов и контроле норм электромагнитной безопасности. Измеритель имеет диапазон измерения напряженности поля от 1 до 180 кВ/м. Эквивалентный электростатический потенциал на поверхности экрана монитора определяется по формуле U = 0.1E (В).

Измеритель электростатического потенциала ИЭСП-6. Данный прибор предназначен для измерения электростатического потенциала на заряженных поверхностях. Измеритель позволяет контролировать величину электростатического потенциала на оконечных устройствах средств отображения информации вычислительной техники (дисплеях, видеомониторах, видеомодулях и видеодисплейных терминалах).

Прибор ИЭСП-6 имеет диапазон измерения потенциала от ±0.1 до ±10 кВ.

Измеритель напряженности электростатического поля ИЭСП-7. Измеритель предназначен для измерения напряженности электростатического поля в пространстве и имеет пределы измерения от ±2 до ±199.9 кВ/м.

Универсальный измеритель уровней электростатических полей СТ-01. Прибор предназначен для экспрессных измерений в жилых и рабочих помещениях биологически опасных уровней электростатических полей, источниками которых являются электроустановки, средства отображения информации, а также отделочные строительные материалы. Измеритель позволяет оценивать эффект электризуемости или антистатической обработки текстильных и обувных полимерных материалов и изделий из них. Прибор имеет диапазон измерения напряженности электрического поля от 0.3 до 180 кВ/м и диапазон измерения электростатического потенциала от 0.1 до 15 кВ/м.

Малогабаритный счетчик аэроионов МАС-01. Портативный счетчик аэроионов предназначен для экспресс-измерений концентрации легких положительных и отрицательных аэроионов с целью контроля уровней ионизации воздуха на рабочих местах, в жилых и общественных зданиях. Прибор имеет диапазон измерения концентрации положительных и отрицательных ионов от 10² до 10⁶ см^-3.

Измеритель параметров электромагнитного поля промышленной частоты ЭМППЧ-метр предназначен для измерения среднеквадратического значения напряженности электрического и магнитного полей промышленной частоты (50 Гц) в жилых и рабочих помещениях при наличии в них электрооборудования силового, хозяйственного, коммутационного и информационного назначения, а также при проведении комплексного санитарно-гигиенического обследования территорий.

Прибор обеспечивает измерение полей, возбуждаемых промышленными электроустановками, электросетевым оборудованием, медицинской и бытовой электроаппаратурой в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.002-84, МСанПиН 001-96, СанПиН 2.1.2.000-2000,  СанПиН 2.2.4.723-98, ПДУ МП 50 Гц № 3206-85. Прибор имеет диапазон измерения напряженности электрического поля от 10 до 10000 В/м.

Измеритель напряженности поля промышленной частоты ПЗ-50 предназначен для измерения напряженности электрического и магнитного полей промышленной частоты (50 Гц) и применяется для контроля ПДУ электрического и магнитного поля согласно ГОСТ 12.1.002-84 и СанПиН 2.2.4.723-98. Измеритель имеет диапазон измерения напряженности электрического поля от 0.01 до 100 кВ/м.

Измеритель напряженности электрического поля ИНЭП-8. Измеритель предназначен для измерения напряженности электрического поля промышленной частоты (50 Гц) в пространстве. Прибор позволяет измерять напряженность электрического поля в пространстве в соответствии с ГОСТ 12. 1.002-84 и «Санитарными нормами и правилами защиты населения от воздействия электрического поля, создаваемого воздушными линиями электро

передачи переменного тока промышленной частоты». Измеритель имеет диапазон измерения напряженности электрического поля от 0.1 до 199.9 кВ/м.

Отметим также, что в качестве приборов для измерения напряженности электрического поля используются приборы типа NFM-1, производящиеся в Германии. Данные приборы пригодны и для измерений магнитного поля. Прибор работает в широком диапазоне частот. На частоте 50 Гц диапазон измерений напряженности электрического поля от 2 до 40 кВ/м.

Результаты измерений должны оформляются в виде протокола (или регистрируются в специальном журнале). В протоколе должны отражаться сведения о наименовании электроустановки, о дате проведения измерения, характеристики прибора (тип, номер и данные о его проверке), о месте измерения, о рабочем напряжении электроустановки в момент измерения, о температуре и влажности воздуха. Кроме этого, должны быть приведены данные о результатах измерения для каждой точки, указаны должность и фамилия лица, проводившего измерение. В конце протокола делается заключение и ставится подпись.

Поверхностное натяжение | KRÜSS Scientific

Работа, необходимая для увеличения размера поверхности фазы, называется поверхностным натяжением. В качестве меры работы на единицу площади или силы на смоченную длину поверхностное натяжение измеряется в мН/м и обозначается символом σ (сигма в нижнем регистре).

 

Если фаза является твердой, обычно используется эквивалентный термин свободной поверхностной энергии. Если соседняя фаза является жидкостью или твердым телом, делается ссылка на межфазное натяжение.

Фон

По сравнению с объемной фазой молекула на поверхности жидкости встречает меньше молекул, с которыми она может взаимодействовать. Таким образом, присутствие на поверхности менее выгодно с энергетической точки зрения. Таким образом, жидкость принимает наименьшую возможную площадь поверхности без действия внешней силы. Необходимо совершить работу, чтобы увеличить площадь поверхности.

Молекулярная среда в объемной фазе и на границе раздела

В случае жидкостей с поверхностно-активными молекулами (ПАВ) поверхностное натяжение зависит от времени, пока не установится равновесие. В этом равновесии измеренное поверхностное натяжение называется статическим поверхностным натяжением. Если, с другой стороны, измеряется величина, зависящая от времени, это динамическое поверхностное натяжение.

 

 

Значение

Поверхностное натяжение определяет поведение жидкостей в ряде процессов и явлений:

 

• Смачивание и смачиваемость: Смачивание твердого тела жидкостью зависит, среди прочего, от поверхностного натяжения. Это играет важную роль при стирке и очистке, а также в процессах смачивания, таких как печать и нанесение покрытия.
• Размер капель: При использовании спрея или эмульсии общая площадь поверхности капель тем больше, чем меньше становятся отдельные капли. Таким образом, размер образующихся капель зависит от поверхностного натяжения.
• Дисперсии и диспергируемость: Граничные поверхности образуются между твердыми частицами и жидкостью во время диспергирования. Высокое поверхностное натяжение отрицательно влияет на диспергируемость, так как предпочтителен контакт между однородными частицами (образование сгустков).

 

 

Методы измерения

• Кольцевой метод по Дю Нуи: Сила, действующая на оптимально смачиваемое кольцо в результате натяжения извлеченной жидкой пластинки при извлечении кольца, измеряется этим методом .
• Метод пластины по Вильгельми: В этом методе измеряется сила, действующая на оптимально смачиваемую пластину, вертикально погруженную в жидкость.
• Стержневой метод: Аналогично пластинчатому методу, при котором для измерения меньшего объема жидкости используется цилиндрический стержень меньшей длины во влажном состоянии.
• Метод давления пузырька: Измеряется максимальное внутреннее давление пузырька газа, который образуется в жидкости с помощью капилляра.
• Метод объема капли: Объем капли жидкости, образовавшейся в вертикальном капилляре, измеряется в момент ее отрыва. Этот метод в основном используется для измерения межфазного натяжения.
• Метод подвесной капли: Форма капли, подвешенной на игле, определяется поверхностным натяжением и весом капли. Поверхностное натяжение можно определить по изображению капли с помощью анализа формы капли.

Сопутствующие товары

Как измерить поверхностное натяжение

Сила притяжения молекул, присутствующих на поверхности жидкости, по отношению друг к другу называется поверхностным натяжением этой жидкости.

Это может показаться мелочью (и с точки зрения массы она не намного меньше, чем несколько верхних молекулярных слоев, составляющих поверхность жидкости или твердого тела), но силы притяжения, притягивающие эти молекулы по отношению друг к другу, радикально влияют на производственные процессы. Эти силы — невидимый клей, скрепляющий современное производство, простите за буквальный каламбур.

Есть много вещей, которыми необходимо управлять и контролировать, чтобы производственный процесс производил надежные и высокопроизводительные продукты. Многие из этих вещей строго контролируются и имеют долгую историю изучения, измерения и размышлений. Однако есть и другие, которые полностью упускаются из виду из-за непонимания их важности и отсутствия инструментов для их измерения.

Химические законы определяют, насколько надежно и прочно жидкость, такая как клей, чернила или покрытие, будет прилипать к твердому телу. Измерение поверхностного натяжения является частью уравнения, позволяющего предсказать, насколько сильным и надежным будет это сцепление. Недостаточно просто знать, что научные принципы являются частью производственных процессов. Если у вас нет количественных оценок невидимых сил, таких как поверхностное натяжение или поверхностная энергия, то вы оставляете свой процесс уязвимым для производства некачественной продукции.

Правду говорят: нельзя управлять тем, что не измеряешь.

---

Свяжитесь с экспертом по анализу поверхностей сегодня, чтобы узнать больше о нашем опыте, технологиях и других услугах: телефон или полимерное покрытие на конце электрического шнура, защищающее спасательный аппарат ИВЛ от неисправности, зависит от химических свойств нескольких верхних молекулярных слоев на поверхности жидкостей и твердых тел.

Измерение силы притяжения между этими молекулами предлагает больше, чем просто еще одну точку данных в длинном списке точек данных, это дальновидный взгляд в будущее ваших продуктов. Прогностическая аналитика, основанная на этих измерениях молекулярного поведения, является страховым полисом от гарантийных требований, возвратов, отзывов и недовольных клиентов.

Почему важно поверхностное натяжение?

Поверхностное натяжение важно, потому что наш мир связан силами, которые притягивают молекулы друг к другу. Эти силы управляют тем, как вещества взаимодействуют с другими веществами, и самое основное взаимодействие между веществами происходит через их поверхности. Поверхностное натяжение влияет на то, как они ведут себя в этом взаимодействии. Силу притяжения между молекулами на этих поверхностях можно понять и контролировать, измеряя поверхностное натяжение или поверхностную энергию. Потому что, если мы собираемся понять и контролировать производственные процессы, нам нужно контролировать, как поверхности взаимодействуют друг с другом.

Чтобы узнать больше о том, как использовать измерения поверхностной энергии для создания более надежных продуктов, загрузите нашу бесплатную электронную книгу: Predictable Adhesion in Manufacturing Through Process Verification

Поверхностное натяжение — это измеряемая величина, которая говорит нам, насколько сильно притяжение между молекулами на поверхности жидкости. Химические характеристики, которые определяют, насколько велико поверхностное натяжение вещества, влияют на другие характеристики этого вещества. Например, вещества с высоким поверхностным натяжением, как правило, имеют высокие температуры кипения: их нужно сильно нагревать, чтобы преодолеть межмолекулярное притяжение, чтобы разбить их на части и образовать пар или пар.

Зная поверхностное натяжение вещества, вы можете получить более глубокое понимание, а также контролировать, как это вещество будет вести себя в процессе адгезии.

Поверхностное натяжение и температура

На поверхностное натяжение вещества влияет множество факторов. На самом деле все, что влияет на притяжение между молекулами, влияет на поверхностное натяжение.

Температура — одна из многих переменных, которые могут вызывать изменение поверхностного натяжения, но по сравнению с другими переменными она оказывает относительно незначительное влияние. Молекулярная структура или состав вещества имеет гораздо большее значение, чем температура. Поверхностное натяжение 99%+ в зависимости от химического состава молекул, присутствующих в верхних 1-5 молекулярных слоях поверхности вещества. Для сравнения, температура оказывает незначительное влияние на поверхностное натяжение.

Температура оказывает гораздо более существенное влияние на вязкость жидкостей, чем на поверхностное натяжение. Вязкость — это мера сопротивления потоку или, точнее, насколько трудно перемещать молекулы жидкости друг относительно друга. Вязкость не является мерой того, насколько сильно эти молекулы притягиваются друг к другу или к другим молекулам.

Факторы, влияющие на поверхностное натяжение

Итак, давайте поговорим подробнее о молекулярном составе поверхностей, так как они имеют такое огромное влияние на поверхностное натяжение.

Жидкость может быть однокомпонентным веществом (т. е. гомогенной группой одинаковых молекул) или многокомпонентным веществом (т. е. состоять из смеси различных веществ, поэтому молекулы не одинаковы). Итак, если вы пытаетесь определить поверхностное натяжение однокомпонентной жидкости, оно зависит только от молекулярной структуры этой жидкости, поскольку она состоит из одних и тех же веществ. Если вы имеете дело с многокомпонентной жидкостью, поверхностное натяжение зависит от структуры и количества отдельных компонентов, составляющих жидкость.

В производственных процессах обычно используются многокомпонентные вещества, такие как чернила, краски или смеси расплавленных полимеров.

Важно отметить, что поверхностное натяжение не обязательно является суммой поверхностных натяжений каждого компонента. Например, если в вашей жидкости содержится 75 % компонента А и 25 % компонента В, вы не просто используете средневзвешенное значение поверхностного натяжения обоих веществ, чтобы получить поверхностное натяжение всей жидкости. Дело не столько в количестве компонентов, сколько в химических характеристиках. Различные молекулы имеют разные химические свойства, которые влияют на то, насколько они привлекательны друг для друга и молекул других веществ.

Поверхностное натяжение в действительности определяется тем, как молекулы располагаются на поверхности жидкости. И именно их химические свойства влияют на то, как они устроены. Если у вас есть компоненты, которые сильно взаимодействуют друг с другом, молекулы могут влиять друг на друга таким образом, что изменяется относительное количество и ориентация молекул на поверхности. Результатом является изменение общего поверхностного натяжения, которое трудно предсказать.

Динамическое измерение поверхностного натяжения

Поверхностное натяжение является статическим свойством, однако его можно изменять и управлять им, изменяя химические свойства молекул на поверхности жидкости. Например, вы можете добавить в чернила немного поверхностно-активного вещества, чтобы изменить поверхностное натяжение и заставить его растекаться по поверхности твердой бумаги.

Динамическое поверхностное натяжение относится к измерению и пониманию того, как изменения, которые вы вносите в общий состав жидкости, влияют на поверхностное натяжение этой жидкости. Например, сразу после добавления в воду небольшого количества (скажем. 0,1%) поверхностно-активного вещества состав поверхности воды изменится всего на 0,1%, и мы вряд ли сможем измерить изменение поверхности. напряжение. Однако через секунду или две, когда молекулы ПАВ получили возможность диффундировать к поверхности, поверхностная концентрация ПАВ теперь может быть близка к 100%, и мы зафиксируем большое падение поверхностного натяжения. Если мы затем взболтаем воду, мы можем разрушить поверхность и уменьшить концентрацию молекул поверхностно-активного вещества на ней, увеличив поверхностное натяжение обратно до исходного значения. Использование измерений поверхностного натяжения для управления производством в этой ситуации требует знания его реакции на смешивание: измерения должны выполняться динамически, то есть с учетом зависимости от времени и смешивания. Это очень важно при производстве продуктов, содержащих поверхностно-активные вещества, такие как поверхностно-активные вещества и смачивающие вещества.

Измеритель поверхностного натяжения

Для измерения поверхностного натяжения в различные моменты жизни жидкости используется измеритель поверхностного натяжения для непосредственного измерения поверхностного натяжения жидкости. Важно отметить, что поверхностное натяжение жидкости можно измерить напрямую, но поверхностное натяжение твердого тела (или его поверхностную энергию) нельзя измерить напрямую. В обоих случаях измерение поверхностного натяжения или поверхностной энергии связано с пониманием и контролем поверхностей жидкостей и твердых тел, чтобы они образовывали прочные связи при взаимодействии друг с другом.

Поверхностное натяжение легко измерить с помощью широко используемого метода максимального давления пузырьков, весов Вильгельми или кольцевого тензиометра Дю Нуи.

Поверхностное натяжение можно регулировать динамически

Поверхностное натяжение является критически важным параметром в производстве, и доступные датчики позволяют относительно просто выполнять хорошую работу по измерению и управлению поверхностным натяжением их продуктов.

Одной из причин такого уровня контроля является простота измерения динамического поверхностного натяжения. Они могут без особого труда собирать данные в режиме реального времени и реагировать на изменения поверхностного натяжения соответствующей корректировкой рецептуры или температуры. Это означает, что в дальнейшем в процессе не будет никаких сюрпризов из-за неконтролируемого поверхностного натяжения. Клеи, краски и покрытия обычно производятся с автоматическим и точным контролем их поверхностного натяжения.

Однако остается открытой другая часть уравнения межфазной связи. В то время как поверхностное натяжение клея или покрытия хорошо контролируется, как вы осуществляете аналогичный контроль над поверхностной энергией твердого тела, к которому вам нужно приклеиться?

Как мы уже говорили ранее, мы можем проводить измерения, которые не являются прямыми измерениями поверхностной энергии, но напрямую коррелируют с поверхностной энергией. Мы можем использовать наше понимание поверхностного натяжения, чтобы быстро и точно измерить, как жидкость реагирует на твердую поверхность, и на основе этого измерения мы можем сделать прогнозный вывод об уровне поверхностной энергии этого твердого тела.

Звучит сложно, но на самом деле все очень просто. А раз мы можем легко проводить это измерение, то мы можем легко контролировать поверхностную энергию твердых тел и прогнозировать прочность и надежность межфазных связей в производственных процессах.

Какая связь между поверхностным натяжением жидкости и поверхностным натяжением твердого тела?

Когда жидкость вступает в контакт с твердым телом, она либо собирается в капли, либо растекается. Мы постоянно видим это в реальном мире, когда дождевая вода капает на вощеную машину или вода из посуды скатывается широкими полосами с чистой тарелки. Это взаимодействие определяется взаимодействием между факторами, определяющими поверхностное натяжение жидкости, и факторами, определяющими поверхностную энергию твердого тела.

Если мы знаем поверхностное натяжение жидкости, то можем использовать эту информацию для определения поверхностной энергии твердого тела. Измеряя поведение капли жидкости на твердой поверхности, мы можем использовать корреляцию этого измерения с поверхностной энергией твердого тела, чтобы получить уровень контроля над процессами, которые подготавливают, обрабатывают и очищают поверхности для склеивания. t было достигнуто в производственных условиях раньше.

Для надежной и предсказуемой адгезии необходимо контролировать три момента:

1. Состав и химические характеристики клея, чернил, краски или покрытия
2. Качество склеиваемой твердой поверхности по
3. Процесс нанесения и отверждения клея, чернил, краски или покрытия.

Факторы два и три очень хорошо изучены и контролируются на производстве. Второй фактор, качество поверхности, плохо контролируется в большинстве производственных операций, часто из-за того, что его недооценивают, а инструменты для удобного измерения свойств поверхности относительно новы. В результате изменчивость и непредсказуемость процессов, зависящих от адгезии одного материала к другому, остаются неконтролируемыми.

Когда дело доходит до этого, производители могут положиться на составителей рецептур своих клеев и покрытий для надлежащего измерения и контроля поверхностного натяжения. Чего они не должны делать, так это оставлять на волю случая качество (то есть чистоту или уровень обработки) своих поверхностей.