Опубликовано

Потенциальный градиент и поле E

В предыдущем разделе мы исследовали взаимосвязь между напряжением и энергией. В этом разделе мы рассмотрим взаимосвязь между напряжением и электрическим полем. Например, однородное электрическое поле создается путем размещения разности потенциалов (или напряжения) на двух параллельных металлических пластинах, обозначенных A и B. (См. [Ссылка] ). Изучение этого скажет нам, какое напряжение необходимо для производства определенного электрического напряженность поля; это также покажет более фундаментальную связь между электрическим потенциалом и электрическим полем. С точки зрения физика зрения, либо или могут быть использованы для описания любого распределения заряда. наиболее тесно связан с энергией, тогда как наиболее тесно связан с силой. это скалярколичество и не имеет направления, а является векторной величиной, имеющей как величину, так и направление. (Обратите внимание, что величина напряженности электрического поля, скалярная величина, представлена ниже.) Взаимосвязь между и раскрывается путем вычисления работы, проделанной силой при перемещении заряда из точки А в точку Б. Но, как отмечено в Электрической потенциальной энергии: потенциальная разница , это сложно для произвольных распределений заряда, требующих исчисления. Поэтому мы рассматриваем однородное электрическое поле как интересный частный случай. Советуем вам перейти на сайт meanders.ru, здесь узнаете больше о потенциальный градиент и поле E https://meanders.ru/potencial-jelektricheskogo-polja.shtml

Соотношение между для параллельных проводящих пластин составляет . (Обратите внимание, что по величине. Для заряда, который перемещается от пластины A с более высоким потенциалом к ​​пластине B с более низким потенциалом, знак минус должен быть включен следующим образом: Текст для подробностей.)
Работа, проделанная электрическим полем в [link] для перемещения положительного заряда Qиз A, положительной пластины с более высоким потенциалом, в B, отрицательной пластины с более низким потенциалом, является

Разница потенциалов между точками А и В

Ввод этого в выражение для работы дает

Работа есть ; здесь , так как путь параллелен полю и так далее Так как
мы видим это . Подстановка этого выражения для работы в предыдущее уравнение дает

Заряд отменяется, и поэтому напряжение между точками A и B считается равным

где расстояние от А до В или расстояние между пластинами в [ссылка] . Обратите внимание, что приведенное выше уравнение подразумевает, что единицами измерения электрического поля являются вольт на метр. Мы уже знаем, что единицы для электрического поля — ньютоны за кулон; таким образом, справедливо следующее соотношение между единицами:

Напряжение между точками A и B
где расстояние от А до В или расстояние между пластинами.

Какое максимальное напряжение возможно между двумя пластинами?
Сухой воздух будет поддерживать максимальную напряженность электрического поля около Выше этого значения поле создает в воздухе достаточное количество ионизации, чтобы сделать воздух проводником. Это позволяет разряд или искру, которая уменьшает поле. Какое же максимальное напряжение между двумя параллельными проводящими пластинами, разделенными 2,5 см сухого воздуха?

стратегия

Нам дано максимальное электрическое поле между пластинами и расстояние между ними. Таким образом, уравнение можно использовать для расчета максимального напряжения.

Решение

Разность потенциалов или напряжение между пластинами

Ввод данных значений для

или же

(Ответ цитируется только из двух цифр, поскольку максимальная напряженность поля является приблизительной.)

обсуждение

Одним из следствий этого результата является то, что для скачка искры через зазор 2,5 см (1 дюйм) требуется около 75 кВ или 150 кВ для искры 5 см. Это ограничивает напряжения, которые могут существовать между проводниками, возможно, на линии электропередачи. Меньшее напряжение вызовет искру, если на поверхности есть точки, поскольку точки создают большие поля, чем гладкие поверхности. Влажный воздух разрушается при более низкой напряженности поля, что означает, что меньшее напряжение вызовет скачок искры во влажном воздухе. Наибольшие напряжения могут создаваться, скажем, статическим электричеством, в сухие дни.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *