Меню

Возникновение электрического тока разность потенциалов

Электрический ток, напряжение — поймет даже ребенок!

Автор: Владимир Васильев · Опубликовано 11 января 2015 · Обновлено 29 августа 2018

Всем привет, на связи с вами снова Владимир Васильев. Новогодние празднования подходят к концу, а значить надо готовиться к рабочим будням, с чем вас дорогие друзья и поздравляю! Хех, только не надо расстраиваться и впадать в депрессию, нужно мыслить позитивно.

Электрический ток и напряжение

Так вот в эти новогодние праздники я как-то размышлял о аудитории моего блога: «Кто он? Кто тот посетитель моего блога, что каждый день заходит почитать мои посты?». Может быть это прошаренный спец зашел из любопытства почитать что я тут накалякал? А может это какой -нибудь доктор радиотехнических наук зашел посмотреть как спаять схему мультивибратора? 🙂

Содержание статьи

Знаете все это маловероятно, потому как для прошаренного специалиста все это уже пройденный этап и скорее всего все уже не так интересно и они сами с усами. Им может быть интересно лишь из праздного любопытства, мне конечно очень приятно и я жду каждого с распростертыми объятьями.

Так что я пришел к выводу, что основной контингент моего блога да и большинства радиолюбительских сайтов это новички и любители рыскающие по интернету в поисках полезной информации. Так какого лешего, у меня ее так мало? Будет в скором временя поболее так что [urlspan] не пропустите! [/urlspan]

Я вспоминаю себя, когда я искал в интернете какую-нибудь простенькую схемку чтобы с чего-нибудь начать, но постоянно что-то не подходило, что-то казалось заумным. Мне не хватало азов, таких, чтобы можно было по принципу от простого к сложному начать разбираться в интересующей меня теме.

Кстати первая книга которая мне действительно помогла, от прочтения которой действительно начало приходить понимание — это была книга «Искусство схемотехники» П. Хоровица, У. Хилла. Я писал про нее в этой статье, там и книжку можно скачать. Так вот, если вы новичок то обязательно ее скачайте и пусть она станет вашей настольной книгой.

Что такое напряжение и ток?

Ток и напряжение водопроводная аналогия

Кстати действительно что же такое электрический ток и напряжение? Я думаю, что никто на самом деле и не знает, ведь чтобы это знать это надо хотябы видеть. Кто может видеть ток, бегущий по проводам?

Да никто, человечество еще не достигло таких технологий, чтобы воочию наблюдать движения электрических зарядов. Все что мы видим в учебниках и научных трудах это некая абстракция созданная в результате многочисленных наблюдений.

Ну ладно об этом можно много рассуждать… Так давайте попробуем разобраться, что такое электрический ток и напряжение. Я не буду писать определения, определения не дают самого понимания сути. Если интересно, возьмите любой учебник по физике.

Так как мы его не видим электрического тока и всех процессов протекающих в проводнике, тогда попробуем создать аналогию.

И традиционно электрический ток текущий в проводнике сравнивают с водой бегущей по трубам. В нашей аналогии вода это электрический ток. Вода бежит по трубам с определенной скоростью, скорость это сила тока, измеряемая в амперах. Ну трубы это само собой проводник.

Хорошо, электрический ток мы себе представили, но а что такое напряжение? Сейчас помозгуем.

Вода в трубе, в отсутствии каких-либо сил (сила тяжести, давления) теч не будет, она будет покоиться как и любая другая жижа вылитая на пол. Так вот эта сила или точнее сказать энергия в нашей водопроводной аналогии и будет тем самым напряжением.

Но что происходит с водой бегущей из резервуара расположенного высоко над землей? Вода устремляется бурным потоком из резервуара к поверхности земли, гонимая силами тяготения. И чем выше от земли расположен резервуар тем с большей скоростью вытекает вода из шланга. Понимаете о чем я говорю?

Чем выше резервуар, тем больше сила (читай напряжение) воздействующая на воду. И тем больше скорость водного потока (читай сила тока). Теперь становится понятно и в голове начинает создаваться красочная картинка.

Понятие потенциала, разности потенциалов

Электрическая цепь

С понятием напряжения электрического тока тесно связано понятие «потенциал» , или «разность потенциалов». Хорошо, обратимся снова к нашей водопроводной аналогии.

Наш резервуар находится на возвышенности что позволяет воде беспрепятственно стекать по трубе вниз. Так как бак с водой на высоте, то и потенциал этой точки будет более высоким или более положительным чем тот что находится на уровне земли. Видите что получается?

У нас появилось две точки имеющие разные потенциалы, точнее разную величину потенциала.

Получается, для того чтобы электрический ток мог бежать по проводу, потенциалы не должны быть равны. Ток бежит от точки с большим потенциалом к точки с меньшим потенциалом.

Помните такое выражение, что ток бежит от плюса к минусу. Так вот это все тоже самое. Плюс это более положительный потенциал а минус более отрицательный.

Кстати а хотите вопрос на засыпку? Что произойдет с током, если величины потенциалов будет периодически меняться местами?

Тогда мы будем наблюдать то как электрический ток меняет свое направление на противоположное каждый раз как потенциалы поменяются. Это получится уже переменный ток. Но его мы пока рассматривать не будем, дабы в голове сформировалось ясное понимание процессов.

Измерение напряжения

Замер напряжения

Для замера напряжение используется прибор вольтметр, хотя сейчас наиболее популярны мультиметры. Мультиметр это такой комбинированный прибор имеющий в себе много чего. О нем я писал в статье и рассказывал как им пользоваться.

Вольтметр это как раз тот прибор который измеряет разность потенциалов между двумя точками. Напряжение (разность потенциалов) в любой точке схемы обычно измеряется относительно НОЛЯ или ЗЕМЛИ или МАССЫ или МИНУСА батарейки. Не важно главное это должна быть точка имеющая наименьший потенциал во всей схеме.

Итак чтобы измерить напряжение постоянного тока между двумя точками, делаем следующее. Черный (минусовой ) щуп вольтметра втыкается в ту точку, где предположительно мы можем наблюдать точку с меньшим потенциалом (НОЛЬ). Красный щуп (плюсовой) втыкаем в точку, потенциал которой нам интересен.

И результатом измерения будет числовое значение разности потенциалов, или другими словами напряжение.

Измерение тока

Замер тока

В отличие от напряжения, которое замеряется в двух точках, величина тока замеряется в одной точке. Так как сила тока (или говорят просто ток) по нашей аналогии есть скорость течения воды, то эту скорость нужно замерять только в одной точке.

Нам нужно распилить водопровод и вставить в разрыв некий счетчик, который будет подсчитывать литры и минуты. Както так.

Аналогично если вернемся в реальный мир нашей электрической модели, то получим тоже самое. Чтобы замерить величину электрического тока, нам нужно подключить в разрыв электрической цепи нехитрый прибор — амперметр. Амперметр также входит в состав мультиметра. Вы также можете почитать в моей статье.

Щупы мультиметра нужно переставить в режим измерения тока. Затем перекусываем наш проводник, и подключаем обрывки провода к мультиметру и вуаля — на экране мультиметра будет показана величина тока.

Закон Ома

Ну что дорогие друзья, я думаю что мы не теряли время даром. Ознакомившись с нашими водопроводными моделями в голове начал складываться пазл, начало формироваться понимание.

Ну чтож попробуем проверить его на законе Ома.

Где:

  • I — ток измеряемый в Амперах (А);
  • U-напряжение измеряемое в Вольтах (В);
  • R-сопротивление измеряемое в Омах (Ом)

Ом нам говорил, что Электрический ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению.

Про сопротивление я сегодня не говорил, но я думаю что вы поняли. Сопротивление электрическому току оказывается материалом проводника. В нашей водопроводной системе сопротивление току воды оказывают ржавые трубы, забитые ржавчиной и прочей какой. 🙂

Таким образом закон Ома работает во всей своей красе что для водопроводной системы, что для электрической. Может быть мне податься в сантехники, уж очень много схожего. 🙂

Чем выше задран резервуар с водой, тем быстрее по трубам будет теч вода. Но если трубы загажены то скорость будет меньше. Чем больше сопротивление воде тем медленнее она будет теч. Если засор, то вода вообще может встать.

Ну и для электричества. Величина тока зависит прямо пропорционально от величины напряжения (разности потенциалов), и обратно пропорционально зависит от сопротивления.

Чем выше напряжение тем больше величина тока, но чем больше сопротивление тем меньше величина тока. Напряжение может быть очень большим, но ток может не теч из-за обрыва. А обрыв это все равно, что если вместо металлического проводника мы подключили проводник из воздуха, а воздух обладает просто гигантским сопротивлением. Вот ток и остановится.

Читайте также:  Методика расчета цепей несинусоидального тока

Чтоже дорогие друзья, вот и подходит время закругляться, вроде все что хотел сказать в этой статье я сказал. Если остаются какие-либо вопросы спрашивайте в комментариях. Дальше будет больше, планирую написать череду обучающих материалов, так что [urlspan] не пропустите… [/urlspan]

Желаю вам удачи, успехов и до новых встреч!

Источник

О физике. Часть 3. Электричество.

Электричество.

Электрическое поле – является производным от гравитационного поля. Оно возникает при определенных условиях и представляет собой двусторонний направленный поток эфира по каналу проводнику.

В основе электричества лежит разность гравитационных потенциалов различных областей пространства. Под гравитационным потенциалом понимает количество движения в выбранной локальной области. Собственно такая разность всегда существует внутри гравитационного поля. Во-первых, при приближении к Земле и в глубину Земли поток уплотняется сам по себе. Кроме того разность потенциалов существует и в рамках самого потока, так как сам поток тоже представляет собой спираль в спирали. И в центре таких спиралей плотность потока выше, чем на окраинах. Поэтому в рамках разных высот, а также на одной высоте естественным образом существуют различные потенциалы. Но система не уравновешивает их, ибо гравитационное поле само по себе уже сбалансировано таким образом.

Но если в системе появляется проводник, например в воздухе существует повышенная влажность, эта разность потенциалов между различными слоями может быть естественным образом быть замкнута через проводник. В результате возникает то, что называется молнией. В районе земли существует разность потенциалов порядка 130В на метр высоты, но она не равномерна. Самый большой потенциал – у Земли. Он обычно помечается минусом (-). Самый малый потенциал – на высоте – он обычно помечается плюсом (+). Рельеф местности, деревья, дома уравнивают потенциал у земли. Поэтому у самой земли разность потенциалов минимальная, если только это не чистое поле. Собственно само электрическое поле существует только в момент самой молнии, в другое время этого потока нет. Разряд происходит сначала путем формирования канала лидера, который через атомы выстраивает сам проводник, замыкая через себя зоны с разными гравитационными потенциалами. После этого идет сам обмен между слоями в виде мощного пробоя – молнии. Завершается он разрушением самого проводника из-за большой энергии, пропускаемой по каналу.

В момент разряда поток с низким потенциалом движется в сторону высокого потенциала, а поток с высоким потенциалом движется в сторону низкого потенциала. При этом такие направленные потоки закручиваются в двойную спираль. Та спираль с еще меньшие спирали и т.д. Самая большая плотность электрического поля в середине проводника, поле и поток течет и вокруг проводника. Чем дальше от проводника, тем меньше электрическое поле.

Никола Тесла в конце 19 века проводил эксперименты в Колорадо-Спрингс. На рисунках ниже показана схема его установки, а также рисунок из патента по получению радиантной энергии от 1901 года
.Колорадо-Спрингс1
Колорадо-Спрингс2
Собственно, рисунок показывает большой, высоко поднятый шар над землей, который соединен с верхней пластиной конденсатора, находящегося у земли. Нижняя пластина конденсатора хорошо заземлена. Из-за хорошей проводимости проводника потенциал нижней пластины выравнивается с потенциалом земли. А потенциал высокоподнятого шара (а это более 60м) выравнивается с потенциалом верхней пластины конденсатора.
В результате верхняя пластина конденсатора приобретает гравитационный потенциал, который существует в области большого шара диаметром почти метр, а нижняя – гравитационный потенциал земли в месте заземления. Чем ниже заземление и чем выше шар, тем больше организуется разность потенциалов на пластинах конденсатора.
Когда разность достигает критической отметки, возникает пробой в искровом промежутке вместе с током во всей цепи от верхнего шара до заземления, энергия пробоя может быть утилизирована разными способами, приведенными в патенте. После прерывания пробоя, процесс выравнивания потенциалов шара и верхней пластины конденсатора, заземления и нижней пластины повторяется вновь до следующего пробоя.
Что-то подобное может работать и у земли, когда проводник натягивается у земли на изоляторах, как это делал Морей.
Moray
В этом случае работает как разность потенциалов между заземлением и высотой натянутого провода, так и разность гравитационных потенциалов между разными точками у земли из-за неравномерности входящего в землю гравитационного потока. При этом необходимо понимать картину распределения потенциалов возле земли, а также знать радиусы гравитационных спиралей на соответствующем иерархическом уровне у земли. По некоторым данным, лучше всего разница у земли ловиться с проводником порядка 57м натянутым в направлении север-юг. Заземление – не менее 2м в глубину.
Замечание – потоки и сама земля находятся в постоянном движении, поэтому возле земли не существует фиксированной разницы потенциалов между двумя точками провода. И поэтому устройство Морея настраивалось через резонанс, с одной из частот гравитационного потока, где резонатором выступает провод над устройством.

Резонанс атомов проводника.

Никаких свободных электронов не существует. Электрон является частью атома, и частью того, что составляет химический элемент атома. Изымание из атома электрона приведет к трансмутации элемента. Но никакой трансмутации не происходит. Медь десятилетиями остается медью. Как показано выше работа электричества по одному проводу возможна, т.е. нет потребности иметь замкнутую электрическую сеть. Никакие ионы в воздухе не поднимаются. Молнии чаще сверкают внутри облаков, просто ликвидируя неоднородности гравитационных потенциалов внутри слоя облака. Да и вообще нету потребности вводить вообще понятие электрона, протона, нейтрона с элементарными зарядами. Все частицы в атоме полностью нейтральны, и никакими зарядами не обладают. Вся энергия идет от гравитационного поля, а оно внешнее относительно проводника. Проводник, просто «утилизирует» часть этой «свободной энергии» изменений.

Электрическое поле работает только на уровне вещества. Т.е. материальный проводник является необходимым условием для образования поля. При этом проводник работает на уровне кристаллических связей.

Все атомы любого вещества находятся под постоянным воздействием спиралей гравитационных потоков, а также других полей и импульсов. При этом каждый атом и вещество в целом постоянно флуктуирует (вибрирует) под действием этих потоков. Причем спирали верхних уровней воздействуют на крупные кристаллы и крупные зерна и на вещество/проводник в целом, спирали более нижних уровней воздействуют на зерна вещества более мелких размеров и на конкретные атомы. Каждая спираль воздействует на свой размер элементов. При этом атом, кристалл или вещество в целом, может входить в резонанс с этими потоками эфира, или не входить. Из-за резонанса меняется форма гравитационных потоков в локальной области проводника.
Резонанс атомов проводника
Флуктуация – это своего рода трехмерная вибрация. Она зависит от общего количества движения гравитационных потоков в локальной области вещества. Когда атомы находятся в кристаллической решетке, они на разных уровнях пытаются синхронизовать свои флуктуации. Это происходит из-за того, что они воздействуют друг на друга своими вибрациями через связи между атомами, зернами кристаллов. При этом выделяют синхронные вибрации, и асинхронные вибрации. Уровень асинхронных вибраций в веществе – это температура. Хороший проводник резонирует и синхронизируется на множестве уровней и тем самым выравнивает количество движения в своем объеме. При этом существует большое количество собственных частот синхронизации – колебаний атомов, кристаллов, вещества.
совмещение спиралей
В итоге при подведении потенциала на один конец провода изменяется гравитационный потенциал на другом конце провода, выравнивая его на всем участке проводника. Когда вещество является диэлектриком, то связи между атомами или зернами вещества/наличие разных атомов в структуре диэлектрика не позволяет создать синхронные вибрации по веществу. В итоге в направлении диэлектрика выравнивания потенциалов не происходит. Возникает своего рода заряд на стыке сред.
Описанное выше работает всегда, даже когда провод просто лежит на столе, никуда не подключенный. При этом можно регистрировать «шум проводника», как результат микротоков-синхронизаций внутри его объема – из-за флуктуации эфира окружающей среды и внешних импульсов среды.
Если 2 проводника соединить другим материалом, например припоем, из-за разности материалов будет возникать нарушение синхронизаций во всем объеме, и это место соединение будет источником новых шумов в проводе. Поэтому проводники делают как можно более чистыми, без примесей и соединяют физическим контактом, а там где критично, например, в аудио кабелях для точной передачи звука, еще и экранируют снаружи, чтобы уменьшить уровень шумов в проводнике.

Читайте также:  Корпус духового шкафа бьет током

Разность потенциалов, ток и сопротивление.

Гравитационный потенциал определяется количеством движения эфирных потоков в локальной области. Там где потоков больше, плотность, коэффициент сжатия среды эфира — выше. Там, где потоков меньше – плотность среды эфира ниже. Под напряжением понимают разность плотности потоков между точками. При этом ток – упрощенно – это перетекание эфира из более плотной области в менее плотную.

Если просто провод подвесить на изоляторах сверху вниз, или поставить антенну заземленную, то никакого тока в ней не будет. Просто произойдет изменений уровней потенциалов в окружающей среде, и стандартная разность 130В/м исчезнет.
эквипотенциальные линии
Для того, чтобы такая разность могла появиться, необходим именно разрыв в проводнике, как это сделано в башне Тесла Колорадо-Спрингс, или в разрез двух проводников поставить нечто, обладающее сопротивлением.
Когда потенциал от генератора подводят к проводнику к одному концу, то он почти со скоростью света распространяется волной к другому концу проводника. При этом все атомы и кристаллы проводника приобретают этот потенциал в процессе синхронизации. Тока в этом случае нет. Есть только импульс перераспределения, который сам по себе есть энергия волны потенциала.
Но если к проводнику подвести разность потенциалов и постоянно ее удерживать генератором стартует более сложный процесс. Существует постоянный разбаланс системы. Поток эфира с более плотной области по спирали устремляется в область с более низкой плотностью. И обратный поток по спирали из более низкой плотности устремляется в область более высокой плотности. Фактически с каждой стороны стартует процесс синхронизации с потенциалом генератора. Возникает дополнительная система движения внутри проводника. Эта система движения «раскачивает» проводник, наполняя его энергией. Атомы, кристаллы начинают резонировать на этом дополнительном потоке синхронизации, резко увеличивая синхронные и асинхронные колебания. Число уровней резонанса напрямую влияет на проводимость. Чем больше уровней срезонировало, тем меньше сопротивление. Чем толще проводник, тем меньше его сопротивление.
Синхронные колебания атомов и кристаллов проводника распространяться и на окружающее вокруг провода пространство, меняя его гравитационный потенциал. Это обычно называют индуктивностью. Хотя это просто форма спиральных потоков электрического поля вокруг проводника.
спираль тока 1спираль тока 2
Фактически электрическое поле имеет 2 спирали, показанные на картинке, которые вращаются вокруг проводника в противофазе, на разных уровнях своя спираль.
Асинхронные колебания приводят к росту температуры и излучениям в пространство. Именно они определяют «сопротивление» и нагрузку. Если ток слишком большой, то атомы слишком разбалтываться в системе кристаллических связей, и происходит физическое разрушение проводника. Если проводник является сверхпроводником, то асинхронные колебания не возникают, или гасятся внутри проводника при движении потоков эфира. В итоге тока в обычном понимании на участке «сверхпроводника», по сути, нет. Ибо нет изъятия энергии из проводника, нету разности потенциалов на этом участке.
Коэффициент резонанса – это коэффициент вхождения вещества в резонанс. У сверхпроводника равен 1. У проводников с малым сопротивлением близок к единице. У резисторов, или другого вида активной нагрузки, коэффициент падает. Число уровней синхронных колебаний вещества активной нагрузки не велик, меньший поток эфира способен двигаться вдоль проводника через нее, тем самым ограничивая максимальный ток. Когда частоты излучений асинхронных колебаний атомов и кристаллов смещаются в видимую область, возникает свет и эффект лампы освещения. В диэлектриках вещество вообще не резонирует, проходит резонанс только на уровне отдельных атомов. Поэтому ток через них практически равен нулю.

Статическое электричество.

Когда один материал тереть о другой, возникают механические сильные колебания (флуктуации) атомов и кристаллов вещества. Эти колебания вызывают резонанс соседних атомов, которые тоже начинают флуктуировать, соседние атомы воздействуют на следующие окружающие и т.д. и в веществе возникают волны флуктуаций. Некоторые вещества способны поддерживать такие колебания очень длительное время, почти без затуханий. Например, стекло, эбонит. В результате в веществе возникает дополнительная система движения импульсов. Фактически это означает, что в веществе возникло новое дополнительное количество движения, что и есть гравитационный потенциал. Причем напряжение даже от простого расчесывания может быть десятки тысяч вольт. Правда такое движение ограничено объемом вещества и поэтому имеет ограниченное количество энергии, или другими словами, имеет заряд.

Такие колебания на очень длительное время возможны потому, что некоторые вещества являются почти сверхпроводниками для очень высоких частот. Первоначальный импульс не переходит в асинхронные колебания, т.е. нагрев, поэтому атомы и кристаллы продолжают резонировать.

При подведении проводника к диэлектрику со статическим электричеством можно снять заряд. Электростатическая машина путем трения и съема преобразуется механическую энергию трения в электричество.

Электромагнетизм.

Электромагнитного поля не существует. Есть электрическое поле, магнитное поле, и волновое поле. Это разные поля, отличающееся формой. Электрическое поле – имеет линейную форму вдоль проводника, со спиралями вокруг проводника. Магнитное поле имеет форму сходящихся спиралей, направленных в центр магнитного поля, волновое поле – это поле распространения импульсов по среде/эфиру.

В основе электрического генератора лежит идея создания разности гравитационных потенциалов разными способами. Электромагнитный генератор построен на идее движения провода поперек спиралей потока магнитного поля. Спирали магнитного потока, цепляют и отпускают кристаллы проводника. При каждом захвате и отпускании кристалл дергается и меняет форму и амплитуду флуктуации. Чем больше магнитное поле, тем больше спиралей воздействует на вещество и больше возбуждение, а возбуждение — это дополнительное движение, что и есть потенциал. Чем больше витков провода возбудиться, тем больше возбудиться атомов/кристаллов, и больше напряжение. Подсоединяя к генератору проводник, возбуждение передается дальше по проводнику, от центра к его концам, выравниваясь по его объему.

Магнит, уходя от провода, реже цепляет провод своими спиралями, тем самым уменьшая возбуждение атомов. Вращая магнит вокруг проводов в электрическом генераторе, возникает переменное напряжение.

Что-то подобное возникает и в случае электромагнита, но там процессы несколько иные. Само электрическое поле в виде спиралей вокруг провода, в случае катушки начинает взаимодействовать само с собой на разных витках. Во-первых проявляется сила ампера, отталкивающая витки друг от друга, из-за того что спирали вокруг провода вращаются в одном направлении, а между витков – в противофазе. Это создает условия создания общей спирали вокруг множества витков. В итоге возникает новая система движения, которая по форме похожа на магнитное поле, но имеет немного другую форму:
электромагнетизм

Во вторых такое электрическое поле начинает оказывать воздействие на вещество сердечника, который начинает резонировать на основании этого электрического поля и проявляет свойства магнетизма. Своими спиралями вращающееся электрическое поле катушки с сердечником воздействует на провод статора генератора, почти точно также как и поле постоянного магнита, создавая в катушке статора переменное напряжение.

Заряд и индуктивность.

Электричество похоже по своему поведению на гидросистему, где давление – аналог напряжения, ток – движение жидкости, конденсаторы – это гидроаккумуляторы. Стандартная схема трансформатора Теслы с разрядником имеет следующий гидроаналог (смотри рисунок ниже)
гидроаналог электричества
Конденсатор в слое диэлектрика накапливает разницу между потенциалами подводимых пластин, аналогично того, как мембрана гидроаккумулятора хранит некоторый заряд из-за создавшегося напряжения на ней.
Из-за того, что диэлектрик не способен синхронизировать вибрации атомов и кристаллов внутри себя, внутри него создаются зоны с разным потенциалом и разным количеством движения. Этот внутренний дисбаланс диэлектрика и есть накопленный заряд.
Индуктивность – это своего рода тоже заряд, только запасенный в новой системе движения вокруг провода. Когда в катушке течет ток, вокруг нее формируется система движения эфира, которая подобно магниту, формирует новое поле, большее по размеру, чем просто поле отдельного провода, ибо поля витков как бы складываться и образуется более сложное составное поле. Когда напряжение меняется, производиться перестройка этого составного поля. Требуется некоторое время на перестройку поля, таким образом, индуктивность как бы показывает замедленную реакцию на изменения напряжения, и тока, показывает скорость переходных процессов перестройки поля вокруг катушки. Когда напряжение снимается, созданная система движения исчезает, отдавая энергию обратно, что есть самоиндукция.
Меняя напряжение в катушке переменным напряжением, создаются условия постоянного изменения поля вокруг катушки, таким образом, спирали этого перестраивающегося поля могут постоянно воздействовать на соседние катушки, подобно магниту, который движется возле провода и цепляет его атомы. Так через изменяющееся электрическое поле идет передача энергии в трансформаторе.

Источник

Что такое разность потенциалов

Во многих случаях для того, чтобы правильно уяснить суть вопроса, касающегося электротехники, необходимо точно знать, что такое разность потенциалов.

Читайте также:  Звук с помощью тока

Определение разности потенциалов

Общее понятие состоит в электрическом напряжении, образованном между двумя точками, и представляющем собой работу электрического поля, которую необходимо совершить для перемещения из одной точки в другую положительного единичного заряда.

Что такое разность потенциалов

Таким образом, в равномерном и бесконечном электрическом поле положительный заряд под воздействием этого поля будет перемещен на бесконечное расстояние в направлении, одинаковым с электрическим полем. Потенциал конкретной точки поля представляет собой работу, производимую электрическим полем при перемещении из этой точки положительного заряда в точку, удаленную бесконечно. При перемещении заряда в обратном направлении, внешними силами производится работа, направленная на преодоление электрической силы поля.

Разность потенциалов на практике

Разность потенциалов, существующая в двух различных точках поля, получила понятие напряжения, измеряемого в вольтах. В однородном электрическом поле очень хорошо просматривается зависимость между электрическим напряжением и напряженностью электрического поля.

Точки с одинаковым потенциалом, расположенные вокруг заряженной поверхности проводника, полностью зависят от формы этой поверхности. При этом разность потенциалов для отдельных точек, лежащих на одной и той же поверхности имеет нулевое значение. Такая поверхность проводника, где каждая точка обладает одинаковым потенциалом носит название эквипотенциальной поверхности.

Когда происходит приближение к заряженному телу, происходит быстрое увеличение потенциала, а расположение эквипотенциальных поверхностей становится более тесным относительно друг друга. При удалении от заряженных тел, расположение эквипотенциальных поверхностей становится более редким. Расположение электрических силовых линий всегда перпендикулярно с эквипотенциальной поверхностью в каждой точке.

Источник



Разность потенциалов

Поскольку электрический ток является упорядоченным движением заряженных частиц, то для определения величины тока необходимо знать, как величину энергии частиц, так и силу стороннего воздействия на них.

Электрический ток

Сущность понятия потенциальной разницы

Для изучения свойств заряженных частиц, помещенных в электростатическое поле, введено понятие потенциала. Оно означает отношение энергии заряда, помещенного в электростатическое поле, к его величине.

При переносе заряженной частицы в другую точку поля меняется его потенциальная энергия, а величина заряда остается неизменной. Для переноса требуется затратить некоторое количество энергии. Данная энергия по переносу единицы заряда получила название электрического напряжения. Соответственно, больший запас энергии будет ускорять перенос, то есть, чем больше напряжение, тем больше ток в цепи.

Разность потенциалов

В данном случае разность потенциалов – это численное равенство напряжению между точками нахождения единичного заряда. Для общего случая здесь должна добавляться работа сторонних сил, которая называется электродвижущей силой (ЭДС). По своей сути, электричество – это работа стороннего источника (генератора) по поддержанию в электросхеме заданных уровней напряжения и тока.

Единица разности потенциалов

В честь ученого (Алессандро Вольта), впервые доказавшего существование разницы потенциалов, единица измерения названа Вольт. В международной системе единиц напряжение обозначается символами:

  • В – в русскоязычной литературе;
  • V – в англоязычной литературе.

Кроме этого, существуют кратные обозначения:

  • мВ – милливольт (0.001 В);
  • кВ – киловольт (1000 В);
  • МВ – мегавольт (1000 кВ).

Алессандро Вольта

Поток вектора магнитной индукции

Электростатическое поле характеризуется напряженностью, которая вместе с вектором электромагнитной индукции составляет электромагнитное поле.

Если заряженная частица движется в электромагнитном поле, то полную силу, которая воздействует на частицу, определяют по закону Лоренца:

где:

  • q – величина заряда;
  • v – скорость движения;
  • E – величина электрического поля;
  • В – вектор магнитной индукции.

Обратите внимание! В указанной формуле приведены векторные величины. Крестом обозначено векторное произведение.

Силу F воздействия на частицу принято называть силой Лоренца.

Поток вектора магнитной индукции

Данная формула является наиболее общей и может использоваться для вычисления при условии точечного заряда (в том числе единичного).

Теорема Гаусса для магнитного поля

Теорема Гаусса является одной из самых основных в электродинамике законов. Существуют теоремы Гаусса для электрического и магнитного полей, которые входят в состав уравнений Максвелла. При помощи данного закона устанавливается связь между напряженностью электрического поля и заряда в случае произвольной поверхности. Теорема (закон) Гаусса гласит, что в произвольной замкнутой поверхности поток вектора электрического поля пропорционален заряду, заключенному внутри поверхности. Для магнитного поля теорема Гаусса говорит о том, что поток вектора магнитной индукции через произвольную замкнутую поверхность равен нулю.

Выражение для потенциала поля точечного заряда

Поскольку потенциал равен интегралу от напряженности поля, то можно подставить под знак интеграла выражение для напряженности поля единичного заряда. После интегрирования и преобразования выражение для поля точечного заряда принимает вид:

где:

  • ε0 – электрическая постоянная;
  • r – расстояние.

Приведенное выражение свидетельствует, что величина энергии растет пропорционально степени заряженности и падает пропорционально расстоянию.

Проводники в электростатическом поле

Размещение проводника в электростатическом поле приводит к тому, что поле начнет действовать на носители заряда внутри проводящего предмета. Носители начинают перемещаться до тех пор, пока электростатическое поле вне поверхности ни обратится в нуль.

Поскольку поле внутри вещества отсутствует, то во всех точках проводящего материала энергия будет постоянной, а поверхность эквипотенциальной. Векторы напряженности поля направлены под прямым углом в любой точке поверхности проводника.

Проводник в электростатическом поле

Под действием поля заряды внутри проводника отсутствуют, поскольку они сосредоточены исключительно на поверхности. Этот факт используется при экранировке – защите тел от влияния внешних электромагнитных и электростатических полей. Для экранирования может использоваться не только сплошной проводящий материал, но и сетка, так называемая «клетка Фарадея».

Клетка Фарадея

Также свойство перемещения заряженных частиц (электронов) используется в электростатических генераторах для получения напряжения в несколько миллионов вольт.

Электроемкость уединенного проводника

Для связи величин заряда и напряжения введено понятие электрической емкости. Для уединенного проводника (такого, на который отсутствует влияние других заряженных тел) значение емкости – величина постоянная и равная отношению количества заряда к потенциалу. Другими словами, емкость показывает, какой заряд нужно сообщить проводнику, чтобы его потенциальная энергия увеличилась на единицу.

Электроемкость не зависит от степени заряженности. Роль играют только:

  • форма;
  • геометрические размеры;
  • диэлектрические свойства среды.

Так же, как и емкость электрического конденсатора, электроемкость проводника будет обозначаться в фарадах.

Обратите внимание! На практике электроемкость проводника составляет очень малую величину. Для увеличения значения, особенно при производстве конденсаторов, как элементов с нормированным значением емкости, разработаны особые технологии.

Падение потенциала вдоль проводника

На концах проводника, помещенного в электрическое поле, начинает наблюдаться разность потенциалов. Вследствие этого электроны начинают перемещаться в сторону увеличения разности. В проводнике возникает электрический ток. Свободные электроны продвигаются вдоль проводника до тех пор, пока разница ни будет равна нулю. На практике для поддержания заданной величины тока цепи запитываются от источников напряжения или тока. Разница заключается в следующем:

  • Источник тока поддерживает в цепи постоянный ток вне зависимости от сопротивления нагрузки;
  • Источник напряжения поддерживает на своих зажимах строго постоянную ЭДС, независимо от величины потребляемого тока.

Разница потенциалов (падение напряжения) пропорциональна расстоянию от концов проводника, то есть обладает линейной зависимостью.

Опыт Вольта

Первым доказал существование разности потенциалов Алессандро Вольта. Для опытов были взяты два диска, выполненных из меди и цинка и насаженных на стержень электроскопа. При соприкосновении меди и цинка листочки электроскопа расходятся, свидетельствуя о наличии электрического заряда.

Опыт Вольта

На основании своих опытов ученый изготовил первый источник электрического напряжения – вольтов столб.

Вольтов столб

Измерение контактной разности потенциалов

Основная проблема заключатся в том, что контактная разность потенциалов не может быть измерена напрямую, вольтметром, хотя значение ЭДС в цепи с соединением двух различных проводников может составлять от долей до единиц вольт.

Контактная потенциальная разница существенно влияет на вольтамперную характеристику измеряемой цепи. Наглядным примером может служить полупроводниковый диод, где подобное явление возникает на границе соприкосновения полупроводников с разным типом проводимости.

Разность потенциалов на практике

С общепринятой точки зрения, разность потенциалов – это напряжение между двумя выбранными точками цепи. В то же время напряжение между каждой из этих точек и третьей точкой будет отличаться в полном соответствии с определением.

Наглядный пример:

  • Точка А в электрической схеме – напряжение 10 В относительно провода заземления;
  • В точке В напряжение составляет 25 В относительно того же провода.

Необходимо найти напряжение между точками А и В.

В данном случае искомая разность составляет:

UAB= ϕА-ϕВ=10-25=15 В.

Рассматриваемые понятия важны для минимального объема знаний в области электротехники и электроники, поскольку на них основываются все расчеты и практические решения. Без этих азов невозможно более углубленное изучение электрических дисциплин.

Видео

Источник