Электрическое напряжение

Различные точки электрического поля обладают разными потенциалами. Обычно нас мало интересует абсолютная величина потенциалов отдельных точек электрического поля, но нам весьма важно знать разность потенциалов φ₁ — φ₂ между двумя точками поля А и Б (рис. 8). Разность потенциалов φ₁ и φ₂ двух точек поля характеризует собой работу, затрачиваемую силами поля на перемещение единичного заряда из одной точки поля с большим потенциалом в другую точку с меньшим потенциалом. Точно так же нас на практике мало интересуют абсолютные высоты Н₁, и Н₂ точек А и Б над уровнем моря (см. рис. 7), но для нас важно знать разность уровней Н между этими точками, так как на подъем локомотива из точки А в точку Б надо затратить работу, зависящую от величины Н. Разность потенциалов между двумя точками поля носит название электрического напряжения. Электрическое напряжение обозначают буквой U (u). Оно численно равно отношению работы А, которую нужно затратить на перемещение положительного заряда q из одной точки поля в другую, к этому заряду, т. е.

U = A/q.

Следовательно, напряжение U, действующее между различными точками электрического поля, характеризует запасенную в этом поле энергию, которая может быть отдана путем перемещения между этими точками электрических зарядов.

Электрическое напряжение — важнейшая электрическая величина, позволяющая вычислять работу и мощность, развиваемую при перемещении зарядов в электрическом поле. Единицей электрического напряжения служит вольт (В). В технике напряжение иногда измеряют в тысячных долях вольта — милливольтах (мВ) и миллионных долях вольта — микровольтах (мкВ). Для измерения высоких напряжений пользуются более крупными единицами — киловольтами (кВ) — тысячами вольт.

При однородном электрическом поле отношение электрического напряжения, действующего между двумя точками поля, к расстоянию l между этими точками представляет собой напряженность поля

E=U/l.

Из этой формулы ясно, почему напряженность электрического поля измеряют в вольтах на метр (В/м).

3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК И ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ВЕЩЕСТВА

Электрический ток. В веществе, помещенном в электрическом поле, под действием сил поля возникает процесс движения элементарных носителей электричества — электронов или ионов. Движение этих электрических заряженных частиц материи называют электрическим током.

За единицу силы тока принят ампер (А). Это такой ток, при котором через поперечное сечение проводника каждую секунду проходит ко­личество электричества, равное 1 Кл. Силу тока иногда измеряют тысячными долями ампера — миллиамперами (мА) или миллионными долями ампера — микроамперами (мкА), а при больших значе­ниях — тысячами ампер — килоамперами (кА), в формулах ток обозначают буквой I (i).

Электропроводность. Свойство вещества проводить электрический ток под действием электрического поля называют электропроводностью. Электропроводность различных веществ зависит от концен­трации свободных (т. е. не связанных c атомами, молекулами или кри­сталлической структурой) электрически заряженных частиц. Чем боль­ше концентрация этих частиц, тем больше электропроводность данного вещества. Все вещества в зависимости от электропроводности делят на три группы: проводники, диэлектрики (изолирующие мате­риалы) и полупроводники.

Проводники обладают очень высокой электропроводностью. Су­ществуют два рода проводников, которые различаются физической природой протекания электрического тока. К проводникам первого рода относятся металлы. Прохождение по ним тока обусловлено дви­жением свободных электронов, вследствие чего их называют проводни­ками с электронной проводимостью. Проводниками второго рода являются растворы кислот, щелочей и солей (в основном водные), называемые электролитами. Прохождение тока через электролиты связано с движением электрически заряженных частей молекул — положительных и отрицательных ионов, т. е. электролиты являются проводниками с ионной проводимостью.

Имеются также вещества со смешанной проводимостью, в которых ток переносится электронами и ионами. К ним относятся, например, газы и пары в ионизированном состоянии.

Физическая природа электропроводности металлов. Высокая электропроводность металлов хорошо объяс­няется на основе электронной теории. Согласно этой теории валентные электроны сравнительно слабо связаны с их ядрами. Поэтому они сво­бодно перемещаются между атомами, переходя из сферы действия од­ного атома в сферу действия другого и заполняя пространство между ними наподобие газа. Эти электроны принято называть свободными. Свободные электроны 1 находятся в состоянии беспорядочного движения (рис. 9, а). Однако если внести металлический проводник в электрическое поле, то свободные электроны под действием сил поля начнут перемещаться в сторону положительного полюса (рис. 9, б), создавая электрический ток. Таким образом, электрическим током в металлических проводниках называется упорядоченное (направлен­ное) движение свободных электронов.

Металлоиды имеют на внешней оболочке большое количество элек­тронов и они прочно удерживаются около своих ядер. Поэтому метал­лоиды, как правило, являются диэлектриками.

Date: 2015-11-13; view: 971; Нарушение авторских прав