43. Основные понятия и законы электротехники
Закон Кулона:
Сила взаимодействия между двумя наэлектризованными телами, находящимися в вакууме, пропорциональна произведению величин их зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:
\[
F = K \frac{Q_1 Q_2}{r^2}
\]
где:
- \( F \) — сила взаимодействия, кг;
- \( r \) — расстояние между зарядами;
- \( Q_1 \) и \( Q_2 \) — величины зарядов;
- \( K \) — коэффициент пропорциональности, зависящий от системы единиц измерения.
Если \( Q_1 \), \( Q_2 \) и \( r \) измерены в системе CGSE, то \( K = 1 \).
Электрическое поле:
Пространство, в котором действуют электрические силы, называется электрическим полем.
Напряженность электрического поля:
Сила, действующая на единичный заряд, помещенный в какой-либо точке поля, называется напряженностью поля в данной точке:
\[
E = \frac{F}{q}
\]
где:
- \( E \) — напряженность электрического поля, В/м;
- \( F \) — сила, действующая на заряд;
- \( q \) — величина заряда, помещенного в данной точке.
Потенциал. Напряжение. Потенциальная энергия:
Потенциальная энергия в какой-либо точке электрического поля измеряется работой, совершаемой силами поля при перемещении единицы положительного заряда из этой точки в бесконечность.
Работа, совершаемая силами электрического поля при перемещении единичного заряда из одной точки поля в другую, называется электрическим напряжением между этими точками и численно равна разности потенциалов между ними:
\[
U = U_1 - U_2
\]
где:
- \( U \) — напряжение между двумя точками поля, В;
- \( U_1 \) и \( U_2 \) — потенциалы первой и второй точек поля.
Электрическая емкость. Конденсатор:
Электрической емкостью называется отношение величины заряда изолированного проводника к его потенциалу:
\[
C = \frac{Q}{U}
\]
где:
- \( C \) — электрическая емкость, Ф;
- \( Q \) — величина заряда, Кл;
- \( U \) — потенциал, В.
Устройства для накопления электрических зарядов называются конденсаторами. Конденсаторы бывают воздушные (с воздушным диэлектриком), электролитические и с твердым диэлектриком.
Емкость плоского конденсатора пропорциональна диэлектрической постоянной \( \epsilon \) и площади одной стороны пластины, и обратно пропорциональна толщине диэлектрика между пластинами:
\[
C = \epsilon \frac{S}{d}
\]
где:
- \( \epsilon \) — диэлектрическая постоянная;
- \( S \) — площадь одной стороны пластины, м²;
- \( d \) — толщина диэлектрика или, для воздушного конденсатора, расстояние между пластинами, м.
Параллельное соединение конденсаторов:
При параллельном соединении конденсаторов емкость конденсаторной батареи равна сумме емкостей конденсаторов, составляющих батарею:
\[
C_{\text{общ}} = C_1 + C_2 + \ldots + C_n
\]
где:
- \( C_{\text{общ}} \) — общая емкость батареи;
- \( C_1, C_2, \ldots, C_n \) — емкости отдельных конденсаторов.
Последовательное соединение конденсаторов:
При последовательном соединении конденсаторов величина, обратная емкости батареи, равна сумме величин, обратных емкостям конденсаторов, составляющих батарею:
\[
\frac{1}{C_{\text{общ}}} = \frac{1}{C_1} + \frac{1}{C_2} + \ldots + \frac{1}{C_n}
\]
где:
- \( C_{\text{общ}} \) — общая емкость батареи;
- \( C_1, C_2, \ldots, C_n \) — емкости отдельных конденсаторов.
- 43