Что такое потенциал в электричестве: Страница не найдена — Amperof.ru

Формула нахождения потенциальной разницы между точками в электромагнитном поле

Время чтения 22 мин.Просмотры 483Опубликовано

Понятие потенциала в физике

Что такое потенциал в физике? Это понятие очень часто применяется для описания качеств сил и полей самой разной природы. Скалярная функция, характеризующая некоторую величину, представляющуюся вектором, – вот что это потенциал. Гравитационный потенциал описывает соответствующее поле. В термодинамике это понятие применяется для системной внутренней энергии, в механике – для той или иной приложенной к предмету силы.

Электрика, прежде всего, интересует, что такое потенциал в электричестве. Из общего определения нетрудно вывести, что характеристика электрополя – это электрический потенциал. В своей статической форме электрический потенциал показывает потенциальную энергию одиночного «плюсового» заряда, помещаемого в данное место электрополя, и является одной из разновидностей электромагнитного потенциала. Вторая его форма – векторная (в отличие от скалярной), описывает магнитное поле.

Важно! Характеристика поля, описывающая зависимость работы при передвижении исключительно от исходной точки и места назначения, – это потенциальность поля. Траектория перемещения в этом случае на работу не влияет

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:

F=q∙E+q∙vхB,

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).

Потенциал. Эквипотенциальные поверхности.

В механике взаимодействие тел характеризует силой или потенциальной энергией. Электрическое поле, которое обеспечивает взаимодействие между электрически заряженными телами, также характеризуют двумя величинами. Напряженность электрического поля — это силовая характеристика. Теперь введем энергетическую характеристику — потенциал. С помощью этой величины можно будет сравнивать между собой любые точки электрического поля. Таким образом, потенциал как характеристика поля должен зависеть от значения заряда, содержащегося в этих точках. Поделим обе части формулы A = W1 — W2 на заряд q, получим

Отношение W/q не зависит от значения заряда и принимается за энергетическую характеристику, которую называют потенциалом поля в данной точке. Обозначают потенциал буквой φ.

Потенциал электрического поля φ — скалярная энергетическая характеристика поля, которая определяется отношением потенциальной энергии W положительного заряда q в данной точке поля к величине этого заряда:

Единица потенциала — вольт:

Подобно потенциальной энергии значения потенциала в данной точке зависит от выбора нулевого уровня для отсчета потенциала. Чаще всего в электродинамике за нулевой уровень берут потенциал точки, лежащей в бесконечности, а в электротехнике — на поверхности Земли.

С введением потенциала формулу для определения работы по перемещению заряда между точками 1 и 2 можно записать в виде

Поскольку при перемещении положительного заряда в направлении вектора напряженности электрическое поле выполняет положительную работу A = q (φ1 — φ2 )> 0, то потенциал φ1 больше чем потенциал φ2 . Таким образом, напряженность электрического поля направлена в сторону уменьшения потенциала.

Если заряд перемещать с определенной точки поля в бесконечность, то работа A = q (φ — φ

∞ ). Поскольку φ = 0, то A = qφ. Таким образом, величина потенциала φ определенной точки поля определяется работой, которую выполняет электрическое поле, перемещая единичный положительный заряд из этой точки в бесконечность,

Если электрическое поле создается точечным зарядом q, то в точке, лежащей на расстоянии r от него, потенциал вычисляют по формуле

По этой формуле рассчитывают и потенциал поля заряженного шара. В таком случае r — это расстояние от центра шара до выбранной точки поля. С этой формулы видно, что на одинаковых расстояниях от точечного заряда, который создает поле, потенциал одинаков. Все эти точки лежат на поверхности сферы, описанной радиусом r вокруг точечного заряда. Такую сферу называют эквипотенциальной поверхностью.

Эквипотенциальные поверхности — геометрическое место точек в электрическом поле, которые имеют одинаковый потенциал, — один из методов наглядного изображения электрических полей.

Эквипотенциальные поверхности электрических полей, созданных точечными зарядами разных знаков

Силовые линии всегда перпендикулярны эквипотенциальных поверхностей. Это означает, что работа сил поля по перемещению заряда по эквипотенциальной поверхности равна нулю.

В случае наложения электрических полей, созданных несколькими зарядами, потенциал электрического поля равен алгебраической сумме потенциалов полей, созданных отдельными зарядами, φ = φ1 + φ2 + φ3 . Эквипотенциальные поверхности таких систем имеют сложную форму. Например, для системы из двух одинаковых по значению одноименных зарядов эквипотенциальные поверхности имеют вид, изображенный на рисунке. Эквипотенциальные поверхности однородного поля явлются плоскостями.

Эквипотенциальные поверхности: а — поля двух одинаковых зарядов б — однородного поля

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.

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».

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

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.

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

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.

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

Для чего нужен потенциометр электрику

Данный прибор широко применяется в практике для модуляции напряжения. Дело в том, что у многих источников (особенно заточенных под автономное функционирование: аккумуляторные элементы, солнечные батареи и т.д.) константное напряжение, не поддающееся управлению без специальных устройств, что может вызвать проблемы. Чтобы уменьшить исходное напряжение такого элемента, используют устройства-делители, снабженные потенциометрами.

Потенциометр-реостат

Как работает потенциометр? Он представляет собой резистор, имеющий пару выводов и подвижный ползунок с еще одним выводом. Подключаться такое переменное устройство сопротивления может двумя способами:

  1. По типу реостата, с использованием ползункового вывода и одного из пары других. Сопротивление замеряется движением ползунка по корпусу резистора. Регуляция цепного электротока в таком случае возможна при последовательном подключении такого реостата и источника напряжения.
  2. Потенциометрическим методом, задействующим каждый вывод из имеющейся у прибора тройки. Два главных вывода включаются параллельно источнику, снятие сниженного напряжения реализуется с ползункового механизма и одного вывода. В этом случае через резисторное устройство течет электроток, создающий спад напряжения между ползунком и боковыми выводами. В такой модели на источник питания ложится большая нагрузка, так как для точности регуляции и отсутствия сбоев необходимо, чтобы резисторное сопротивление в несколько раз уступало нагрузочному.

Потенциометрическое подключение прибора

Таким образом, понятие потенциала используется в разных областях физики: как в механике, так и в изучении электричества. В последнем случае оно выступает в качестве характеристики поля. Непосредственно рассматриваемая величина измерению не поддается, зато можно измерить разность, тогда один заряд берется за точку отсчета.

Проводники в электростатическом поле. Электроемкость уединенного проводника.

Если поместить проводник во внешнее электростатическое поле или его зарядить, то на заряды проводника будет действо­вать электростатическое поле, в результа­те чего они начнут перемещаться. Переме­щение зарядов (ток) продолжается до тех пор, пока не установится равновесное рас­пределение зарядов, при котором электро­статическое поле внутри проводника обра­щается в нуль. Это происходит в течение очень короткого времени. В самом деле, если бы поле не было равно нулю, то в проводнике возникло бы упорядоченное движение зарядов без затраты энергии от внешнего источника, что противоречит закону сохранения энергии. Итак, напря­женность поля во всех точках внутри проводника равна нулю:

По гауссу

называют электроемкостью (или просто емкостью) уединенного проводника. Ем­кость уединенного проводника определяет­ся зарядом, сообщение которого провод­нику изменяет его потенциал на единицу.

Емкость проводника зависит от его размеров и формы, но не зависит от мате­риала, агрегатного состояния, формы и размеров полостей внутри проводника. Это связано с тем, что избыточные заряды распределяются на внешней поверхности проводника. Емкость не зависит также ни от заряда проводника, ни от его потенциа­ла. Сказанное не противоречит формуле, так как она лишь показывает, что емкость уединенного проводника прямо пропорциональна его заряду и обратно пропорциональна потенциалу.

Единица электроемкости — фарад (Ф): 1Ф

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.

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.

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.

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».

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

Движение заряда в электрическом поле

Когда носитель электрического заряда оказывается в электростатическом поле, на него неизбежно начинает действовать кулоновская сила. Это приводит к тому, что носитель заряда начинает перемещаться в пространстве, если, конечно, кулоновские силы не скомпенсированы другими, противодействующими силами. Рассмотрим случай, когда в электрическом поле оказался пробный заряд q совершенно свободный от действия других сил. Как только этот заряд окажется в зоне действия силовых линий электрического поля, то на него будет действовать сила в соответствии с Законом Кулона.

Как известно, механическая сила является векторной величиной, а значит имеет и величину, и направление. Носитель заряда в электрическом поле начнет менять свое энергетическое состояние. Как это проявляется? Одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются. Наш заряд в зависимости от знака начнет сближаться с противоположным ему знаком заряда, которое и образует электрическое поле. Легче всего это увидеть, посмотрев на силовые линии напряженности поля. Согласно правилам они имеют направление от заряда +Q к заряду -Q, иначе говоря выходят из положительных зарядов (источника) и заходят в отрицательные заряды (источника).

Направление силы действия на пробный заряд q определить очень легко, если он положительный, то сила будет направлена по силовым линиям поля, а если отрицательный, то против силовых линий. Траектория движения будет зависеть от начальной скорости заряда, ее величины и направления. Действующая сила будет ускорять заряд, то есть его скорость по величине и направлению будет меняться в сторону действия кулоновской силы.

Движение заряда q в электрическом поле

На рисунке изображена примерная траектория движения заряда +q, имеющего некоторую начальную скорость V. Если бы заряд имел противоположный знак, то траектория движения была бы зеркально отражена от оси X, и заряд бы двигался в сторону пластины (+). По оси Y можно изобразить шкалу потенциала, которая так же будет иметь полярность.

Спрашивается. Что это за шкала и как определить где больший, а где меньший потенциал? Учитывая, что по определению и по действующим правилам силовые линии выходят из зарядов (+) и уходят в бесконечность, где потенциал равен нулю, то максимальный положительный потенциал будет в начале силовых линий от источника, а максимальный отрицательный потенциал там, где линии заходят в источник поля. Наш заряд +q, изображенный на рисунке выше будет двигаться от большего потенциала к меньшему, тем самым уменьшая потенциальную энергию поля, а точнее, преобразуя ее в кинетическую энергию. Если же в нашем случае был заряд -q, то для него потенциалы поменяли бы знак, арифметически, за счет умножения на -1, он всё также бы двигался в сторону уменьшения энергии поля.

Разность потенциалов — энергетическая характеристика

Любой заряд при своем движении в электрическом поле имеет начальную позицию, точку в пространстве поля, которая характеризуется потенциалом φначальное, и конечную точку, которая также имеет свой потенциал φконечное. Разность между двумя этими величинами потенциалов называется Δφ — разность потенциалов, а иначе еще называют электрическим напряжением поля.

Следует различать электрическое напряжение поля в электростатическом потенциальном поле, где нет вихрей, и падение электрического напряжения в электротехнических цепях, а также напряжение, которое является ЭДС (электродвижущая сила). Для того, чтобы не было путаницы, обычно для электрического поля употребляют выражение «разность потенциалов», для электрических цепей — «падение напряжения», а для источников тока — «ЭДС источника». Когда отсутствует понимание различия таких определений, становится трудно разобраться в сути сложных явлений в мире электротехники, электроники и автоматики. Что же роднит все эти три такие похожие, но всё-таки различные понятия? Прежде всего общее здесь то, что все три характеризуют энергетическое состояние. Но далее, при ответе на вопрос «Энергетическое состояние чего?», идут различия. Разность потенциалов характеризует энергетику электрического потенциального поля, падение напряжения — для участка электрической цепи, а ЭДС источника — это энергетическая характеристика устройства создающего электрический ток. Общность при ответе на вопрос: «Что это?», а различия при ответе на вопрос «Где?». Всё познается в сравнении, поэтому необходимо отлично ориентироваться во всех трёх вышеуказанных понятиях.

Имеем некоторый путь пройденный зарядом q от точки A до точки B, от начального потенциала, к конечному, а разница между ними и есть разность потенциалов. О чем это нам говорит? Если Δφ=φAB (разность потенциалов), тогда чтобы узнать какую работу, которую совершил заряд проделавший путь, нам надо Δφ умножить на величину заряда q, причем надо учесть знак заряда.

Полученное значение является работой, которую совершает заряд при перемещении. Иначе говоря, потенциальная энергия поля преобразуется в кинетическую энергию заряда, а так как заряд, в случае движения в сторону противоположного ему знака уменьшает напряженность поля, то потенциальная энергия поля уменьшится.

В случае, если некоторые не кулоновские силы воздействуют на заряд и тем самым переместят его в сторону поля, где знак такой же как у заряда, то работа будет совершена с противоположным знаком, точнее сказать она будет затрачена извне и общее энергетическое состояние поля увеличится. В одном случае потенциальная энергия поля уменьшается, за счет того, что часть этой энергии переходит в кинетическую, а в другом случае, если действуют на заряд внешние механические силы против кулоновских сил — потенциальная энергия возрастает из внешнего источника. В первом случае заряд движется в сторону уменьшения своего энергетического состояния, а во втором случае он движется в сторону увеличения своего энергетического состояния. Соответственно работа совершатся может либо с положительным знаком, либо с отрицательным.

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.

Разность потенциалов

Практическое значение имеет не сам потенциал в точке, а изменение (разница) потенциала φ1 — φ2 , которое не зависит от выбора нулевого уровня отсчета потенциала. Разность потенциалов φ1 — φ2 еще называют напряжением и обозначают латинской буквой U. Тогда формула для работы по перемещению заряда приобретает вид

Напряжение U — это физическая величина, определяемая работой электрического поля по перемещению единичного положительного заряда между двумя точками поля,

Единица разности потенциалов (напряжения), как и потенциала, — вольт,

Поскольку работа сил поля по перемещению заряда зависит только от разности потенциалов, то в случае перемещения заряда с первой эквипотенциальной поверхности на другую (потенциалы которых соответственно φ1 и φ2 ) выполненная полем работа не зависит от траектории этого движения.

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

Разность потенциалов. Напряжение

Работа сил электростатического поля по перемещению заряда q из точки 1 в точку 2 поля

\(~A_{12} = W_{p1} — W_{p2} .\)

Выразим потенциальную энергию через потенциалы поля в соответствующих точках:

\(~W_{p1} = q_0 \varphi_1 , W_{p2} = q_0 \varphi_2 .\)

Тогда

\(~A_{12} = q_0 (\varphi_1 — \varphi_2) .\)

Таким образом, работа определяется произведением заряда на разность потенциалов начальной и конечной точек.

Из этой формулы разность потенциалов

\(~\varphi_1 — \varphi_2 = \frac{A_{12}}{q_0} .\)

Разность потенциалов — это скалярная физическая величина, численно равная отношению работы сил поля по перемещению заряда между данными точками поля к этому заряду.

В СИ единицей разности потенциалов является вольт (В).

1 В — разность потенциалов между двумя такими точками электростатического поля, при перемещении между которыми заряда в 1 Кл силами поля совершается работа в 1 Дж.

Разность потенциалов в отличие от потенциала не зависит от выбора нулевой точки. Разность потенциалов φ1φ2 часто называют электрическим напряжением между данными точками поля:

\(~U = \varphi_1 — \varphi_2 .\)

Напряжение между двумя точками поля определяется работой сил этого поля по перемещению заряда в 1 Кл из одной точки в другую. В электростатическом поле напряжение вдоль замкнутого контура всегда равно нулю.

Работу сил электрического поля иногда выражают не в джоулях, а в электронвольтах. 1 эВ равен работе, совершаемой силами поля при перемещении электрона (е = 1,6·10-19 Кл) между двумя точками, напряжение между которыми равно 1 В.

1 эВ = 1,6·10-19 Кл·1 В = 1,6·10-19 Дж.
1 МэВ = 106 эВ = 1,6·10-13 Дж.

Электрическое поле графически можно изобразить не только с помощью линий напряженности, но и с помощью эквипотенциальных поверхностей.

Эквипотенциальной называется воображаемая поверхность, в каждой точке которой потенциал одинаков. Разность потенциалов между двумя любыми точками эквипотенциальной поверхности равна нулю.{\circ}\).

Следовательно, линии напряженности перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям. Первая эквипотенциальная поверхность металлического проводника — это поверхность самого заряженного проводника, что легко проверить электрометром. Остальные эквипотенциальные поверхности проводятся так, чтобы разность потенциалов между двумя соседними поверхностями была постоянной.

Картины эквипотенциальных поверхностей некоторых заряженных тел приведены на рис. 3.

Рис. 3

Эквипотенциальными поверхностями однородного электростатического поля являются плоскости, перпендикулярные линиям напряженности (рис. 3, а).

Эквипотенциальные поверхности поля точечного заряда представляют собой сферы, в центре которых расположен заряд q (рис. 3, б).

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.

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.

Разность потенциалов (напряжение)

Напряжение является одним из важнейших терминов в электрике, оно описывается как работа, совершаемая электрополем с целью перемещения некоторого заряда из одной точки в другую. По аналогии с гравитацией, заряд при помещении в зону действия поля обладает потенциалом, который можно сравнить с соответствующим видом энергии у тела. Величина электрического потенциала прямо пропорциональна степени полевой напряженности и величине самого заряда.

Встает вопрос: потенциал в чем измеряется? Правильнее будет сказать, в чем обычно измеряется разность потенциалов, так как работники электротехники имеют дело именно с этой величиной в форме напряжения. Для самого потенциала специальной измерительной единицы не существует. В СИ принято измерять разность в вольтах (В). Она равна одному вольту в том случае, если для транспортировки заряда в один кулон из одной точки электрополя в другую потребуется совершить работу в один джоуль.

Важно! Измерить напряжение можно с помощью специального устройства – вольтметра. Стрелочная разновидность прибора, использующаяся на школьных уроках физики, оснащена градуированной шкалой, базирующейся на угле отклонения проволочной рамки, по которой проходит электроток

Помимо него, существуют и приборы с цифровым дисплеем, а также мультиметры, способные работать в нескольких режимах и измеряющие разные величины, описывающие электроцепь. Для измерения важно правильно подключить щупы.

Измерить напряжение поможет вольтметр

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.

Разница между разностью потенциалов и напряжением | Сравните разницу между похожими терминами — Наука

Разница потенциалов в зависимости от напряжения

Разница потенциалов и напряжение — это два термина, которые используются в технике для описания разности потенциалов в двух точках. Напряжение относится к электричеству, где разность потенциалов может быть связана с электрическим, магнитным и гравитационным полями. Однако если рассматривать только электрическое поле, разность потенциалов такая же, как и напряжение.

Разность потенциалов

Потенциал — это понятие, используемое в электрическом, магнитном и гравитационном полях. Потенциал — это функция местоположения, а разность потенциалов между точкой A и точкой B рассчитывается путем вычитания потенциала A из потенциала B. Другими словами, гравитационная разность потенциалов между точками A и B — это объем работы, который должен быть выполняется для перемещения единицы массы (1 кг) из точки B в точку A. В электрическом поле это количество работы, которое необходимо совершить для перемещения единичного заряда (+1 кулон) из точки B в A. Разность гравитационных потенциалов равна измеряется в Дж / кг, где разность электрических потенциалов измеряется в В (вольтах).

Однако в общепринятом смысле термин «разность потенциалов» в основном используется для описания разности электрических потенциалов. Следовательно, мы должны использовать этот термин осторожно, чтобы избежать неверных толкований.

напряжение

Разность электрических потенциалов между точками A и B также известна как напряжение между точками A и B. Напряжение измеряется в вольтах (В). Вольтметр — это оборудование, используемое для измерения напряжения. Батарея обеспечивает напряжение между двумя своими концами (электродами), и ее положительная сторона имеет более высокий потенциал, а отрицательный электрод — более низкий потенциал.

В цепи ток течет от более высокого потенциала к более низкому потенциалу. Когда он проходит через резистор, можно наблюдать напряжение между двумя концами. Это называется «падением напряжения». Хотя напряжение всегда находится между двумя точками, иногда люди просят напряжение точки. Речь идет о напряжении между этой конкретной точкой и контрольной точкой. Эта контрольная точка обычно «заземлена», и ее электрический потенциал считается равным 0 В.


В чем разница между разностью потенциалов и напряжением?

1. Разницу потенциалов можно найти в любом поле (гравитационном, электрическом, магнитном и т. Д.), А напряжение используется только для электрических полей.

2. Разность потенциалов по отношению к электрическому полю называется напряжением.

3. Напряжение измеряется в вольтах (В), а единица измерения разности потенциалов изменяется в зависимости от типа энергетического поля (В для электрического, Дж / кг для гравитационного и т. Д.).

1.4. Работа сил электростатического поля и потенциальная энергия заряженных частиц. Потенциал, разность потенциалов — ЗФТШ, МФТИ

Пусть точечный заряд `q` находится в однородном электрическом поле с напряжённостью `vecE`. (Обобщение на случай неоднородного поля см. ниже.) Тогда со стороны поля на него действует сила `vecF=qvecE`. Рассмотрим перемещение этого заряда из точки `1`, характеризуемой радиус — вектором `vecr_1`, в точку `2` — с радиус — вектором `vecr_2` по, вообще говоря, криволинейной траектории (рис. 11). Мысленно разобьём всю траекторию на большое число малых перемещений  `Deltavecr_i`, так что `Deltavecr=vecr_2-vecr_1=sum_i Deltavecr_i`, где все векторы `Deltavecr_i`  считаем сложенными по правилу многоугольника. 

Работой  силы со стороны электрического  поля  при  перемещении заряда `q` из точки  `1`  в  точку `2`  называют  величину  (сумму работ на  отдельных  участках)

                                                   `A_(12)=sum_i vecF_i Deltavecr_i`,                              (1.4.1.)

где `vecF_i` — сила,  действующая на заряд на малом участке `Deltavecr_i`, `vecF_iDeltavecr_i` — скалярное произведение векторов. В нашем случае (однородного электрического поля) сила на всех участках одна и та же,  `vecF=qvecE`, поэтому получаем

         `A_(12)=sum_i vecF_i Deltavecr_i= qvecE sum_i Deltavecr_i=qvecE(vecr_2-vecr_1)`.      (1.4.2)

Заметим, что работа силы электростатического поля (1.4.2) определяется лишь начальной и конечной точками (двумя радиус-векторами `vecr_1` и `vecr_2`) и не зависит от конкретной траектории, по которой двигался заряд (в ответ вошла лишь разность этих векторов). Силы, обладающие тем свойством, что работа этих сил не зависит от траектории, называют консервативными силами, а соответствующие поля — потенциальными полями. Не все силы обладают этим свойством; пример неконсервативной силы — сила трения. Другой важный пример не потенциального поля (и неконсервативной силы) — изменяющееся со временем электрическое поле.2)/2` — кинетическая энергия  заряда, равенство (1.4.4’) – это просто  закон  сохранения энергии:

                                                             `K_2+Pi_2=K_1+Pi_1`,                                              (1.4.6)

т. е. в процессе движения сумма кинетической и потенциальной энергий не изменяется (сохраняет своё значение).

Если приписать точке `A` с радиус-вектором `vecr_0` потенциальную энергию, равную нулю, то это эквивалентно выбору константы `Pi_0=+qvecEvecr_0`. Выбрав в качестве точки  `A` начало координат `(vecr_0=0)`, получаем `Pi_0=0` и `Pi(vecr)=-qvecEr`.

Важнейшим понятием в учении об электричестве является потенциал. Перепишем выражение для работы сил электростатического поля в виде

`A_(12)=qvecE(vecr_2-vecr_1)=Pi_1-Pi_2=q(varphi_1-varphi_2)`,                     (1.4.7)

введя потенциал однородного электростатического поля по формуле

                                                      `varphi(vecr)=-vecEvecr+varphi_0`,                                     (1.4.8)

`varphi_0` — произвольная постоянная.

Записав (1.4.8) в виде `varphi(vecr)=-(+1)vecEvecr+varphi_0`, можно чисто формально (в согласии с (1.4.5)) трактовать потенциал как потенциальную энергию единичного положительного заряда `(+1)` в электрическом поле. Важно, однако, помнить, что потенциал и потенциальная энергия имеют разные размерности. В силу равенства (1.4.7) и, соответственно,                    

                                                                    `varphi=Pi//q`,                                                             (1.4.9)

потенциал измеряется в единицах Дж/Кл = В (вольт).

По формуле (1.4.8) найдём ещё изменение потенциала при переходе от одной точки поля к другой — с радиус-векторами `vecr_1` и `vecr_2`:

 `Deltavarphi=varphi_2-varphi_1=varphi(vecr_2)-varphi(vecr_1)=-vecE(vecr_2-vecr_1)=-vecEDeltavecr`.     (1.4.10)

Заметим, что если перемещение перпендикулярно электрическому полю, `Deltavecr_|_vecE`, то скалярное произведение `vecEDeltavecr=0`, т. е. `Deltavarphi=0`: перемещаясь в плоскости перпендикулярно вектору напряжённости электрического поля `vecE`, переходим от одной точки к другой с таким же потенциалом. О таких плоскостях (в общем случае – о поверхностях) говорят как об эквипотенциальных поверхностях.

А как будет изменяться потенциал при переходе от одной эквипотенциальной плоскости к другой? Рассмотрим перемещение вдоль электрического поля `Deltavecr«||«vecE`. Направим ось `X` параллельно электрическому полю (не обязательно по полю, м. б., и против поля, так что проекция `E_x` вектора `vecE` на ось `X` может иметь любой знак). Согласно основным свойствам скалярного произведения  векторов `(vecavecb=|veca|*|vecb|cosalpha=a_xb_x+a_yb_y+a_zb_z)` имеем

                                                                 `varphi(x)=-E_x+varphi_0`,                                (1.4.8′)

а для приращения потенциала

`Deltavarphi=varphi_2-varphi_1=varphi(x_2)-varphi(x_1)=-E_x(x_2-x_1)=-E_xDeltax`.   (1.4.10′)

Формуле (1.4.10’) можно придать ещё следующий вид. Пусть ось `X` направлена по полю `(E=E_x>0)` и пусть `d=x_2-x_1`. Введём разность потенциалов (напряжение) по формуле `U=varphi_1-varphi_2`. Тогда согласно (1.4.10’) получаем  `U=Ed`.

Определить разность потенциалов между двумя параллельными друг другу равномерно заряженными плоскостями, одна из которых заряжена положительно с поверхностной плотностью `sigma_1=+sigma`, а вторая отрицательно `sigma_2=-sigma`. Расстояние между плоскостями равно `d`. Определить также:

1) чему будет равен потенциал 2-ой плоскости, если потенциал 1-ой принять равным нулю?

2) Каким будет потенциал 1-ой плоскости, если за нуль потенциала принять потенциал 2-ой плоскости?

Направим ось `X` от 1-й плоскости ко 2-й перпендикулярно им обоим и совместим начало координат с 1-й плоскостью. Тогда  `U=Ed=sigma/(epsilon_0)d`.

1) Полагая в формуле `varphi(x)=-E_x x+varphi_0`,  (1.4.8′) `varphi(0)=0`,  получаем `varphi_0=0` и `varphi(d)=-U`.2//2)=|DeltaPi|=eU`,

откуда получаем `v=sqrt((2eU)/m)~~103000` км/с `~~0,34` с (т. е. составляет `34%`  от скорости света).

До сих пор мы рассматривали лишь однородное электростатическое поле. Простейшим примером неоднородного поля является поле точечного заряда. К сожалению, нахождение работы сил даже этого сравнительно простого поля без привлечения высшей математики весьма затруднительно. Поэтому формулу для неё приведём без вывода.

Пусть  имеется неподвижный точечный заряд `q` и пусть другой заряд `q_0` перемещается в поле этого заряда. Пусть он переместился из точки `1`, характеризуемой радиус-вектором `vecr_1`, в точку `2` — с радиус-вектором `vecr_2` по, вообще говоря, криволинейной траектории. Можно показать (вывод можно найти в книге `[3]`), что в этом случае работа сил электростатического поля будет равна

`A_(12)=(q_0q)/(4pi epsilon_0r_1) — (q_0q)/(4pi epsilon_0r_2)`,                  (1.2)/2+(q_0q)/(4pi epsilon_0r_1)`      (1.4.12)

Определяя потенциальную энергию взаимодействия точечных зарядов  `q` и `q_0` находящихся на расстоянии `r` друг от друга, формулой                                    

                                                         `Pi(r)=(q_0q)/(4pi epsilon_0r)+Pi_0`,                          (1.4.13)

где `Pi_0` — произвольная постоянная, мы можем придать равенству (1.4.12) вид закона сохранения энергии  `K_2+Pi_2=K_1+Pi_1`.

В случае точечных зарядов весьма часто константу `Pi_0` выбирают равной нулю так, чтобы потенциальная энергия взаимодействия двух зарядов стремилась к нулю при разнесении зарядов на бесконечно большое расстояние друг от друга (когда они перестанут «чувствовать» друг друга). В этом случае

                                                       `Pi(r)=(q_0q)/(4pi epsilon_0r)`.                                            (1.4.13′)

Пусть в одну и ту же точку поля точечного заряда `q` на расстоянии `r` от него поочерёдно помещаются разные пробные заряды `q_1`, `q_2`, `…`. Энергии этих зарядов будут разными `Pi_1`, `Pi_2`, `…`. Существенно, однако, что отношение этих энергий в величинам пробных зарядов будет одним и тем же

`(Pi_1(r))/(q_1)=(Pi_2(r))/(q_2)=…=q/(4pi epsilon_0r)-=varphi(r)`.                       (1.4.14)

Последним равенством определяется потенциал `varphi(r)` точечного заряда `q` на расстоянии `r` от него. Заметим, что согласно (1.4.11) потенциал `varphi(r)=q/(4pi epsilon_0r)` равен работе сил электростатического поля заряда `q` при перемещении единичного положительного точечного заряда из точки на расстоянии `r` от заряда `q` на бесконечность. Потенциал, как и потенциальная энергия, определён, вообще говоря, неоднозначно — с точностью до произвольной константы

                                                    `varphi(r)=q/(4pi epsilon_0r)+varphi_0`,                              (1.4.14′)

которую весьма часто выбирают равной нулю с тем, чтобы при удалении от заряда на бесконечно большое расстояние потенциал заряда в этих (бесконечно удалённых точках) стремился к нулю.

Согласно формуле (1.4.14′) потенциал точечного заряда одинаков во всех точках, равноудалённых от него. Это означает, что эквипотенциальными поверхностями в данном случае будут концентрические сферы. Как и в случае однородного поля, в каждой точке поля напряжённость перпендикулярна эквипотенциальной поверхности.

Если электростатическое поле создаётся несколькими зарядами `q_1,q_2,…`, потенциал в произвольной точке поля равен сумме потенциалов, создаваемых каждым из зарядов в той точке:

                                                                    `varphi=varphi_1+varphi_2+…`,                                 (1.4.15)

что, как и в случае напряжённостей полей, называют принципом суперпозиции. Важно, что напряжённости полей надо складывать векторно, а потенциалы — алгебраически (т. е. все же с учётом знаков).

Если воздушный шарик радиусом `R=10` см потереть о шерсть, о мех или о волосы, то он приобретёт довольно большой отрицательный заряд – порядка `q=0,1` мкКл.(-10)` м.

Два основных объекта нашего дальнейшего изучения это – проводники и диэлектрики в  электрическом поле, а также электрические поля в вакууме в их присутствии. Считается, что в проводниках имеется большое число подвижных носителей заряда (способных свободно перемещаться в пределах проводника). В диэлектриках, напротив, считается,  что  таких подвижных зарядов практически нет (их число пренебрежимо мало).

Лекции по электричеству и магнетизму

          Поскольку работа при перемещении заряда в потенциальном поле не зависит от траектории, а зависит лишь от начальной и конечной точек пути, ее можно выразить через координаты концов траектории. Это делается с помощью потенциала. Если пробный заряд перемещается между точками 1 и 2, то работа равна:

.                         (1.32)

Здесь  и  — значения потенциала в точках 1 и 2. Определенная таким образом величина  называется потенциалом поля. Ясно, что потенциал – это величина, численно равная потенциальной энергии положительного единичного (пробного) заряда в данной точке поля. Верно также, что разность потенциалов  между двумя точками электростатического поля равна взятой с обратным знаком работе, совершаемой при перемещении пробного заряда из точки 1 в точку 2.

Установим связь между потенциалом и напряженностью электростатического поля . Так как:

,

,                          (1.33)

то, определив градиент потенциала как:

,                 (1.34)

получим из (1.33):

                                         (1.35)

или

.                                              (1.36)

          Из (1.35) ясно, что бесконечно малое приращение потенциала  при перемещении в некотором направлении равно компоненте потенциала по этому направлению, умноженной на величину перемещения. Сравнивая (1.36) с (1.32), можно записать:

                                      (1.37)

или                                             ,                                   (1.38)

Внимание!

Если вам нужна помощь в написании работы, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 авторов готовы помочь вам прямо сейчас. Бесплатные корректировки и доработки. Узнайте стоимость своей работы.

т.е. напряженность поля равна градиенту потенциала с обратным знаком.

          Введем понятие эквипотенциальной поверхности как поверхности, во всех точках которой потенциал имеет одно и то же значение. Изобразим поверхности :   (рис.1.16).

При перемещении вдоль  . Так как     , то . Значит, вектор  направлен перпендикулярно эквипо-тенциальной поверхности,  противоположен .

Разность потенциалов — это работа по перемещению пробного заряда из точки 1 в точку 2 (см.рис.1.16) – из точки, отвечающей большему потенциалу, в точку, отвечающую меньшему потенциалу.

          Если это перемещение совершается вдоль , т.е. , тогда .

          Найдем потенциал поля точечного заряда. Считая, что в формуле

точка 2 находится на бесконечности, полагаем . Тогда

.

Поле точечного заряда сферически симметрично, поэтому путь интегрирования возьмем по радиус-вектору .

.          (1.39)

          По принципу суперпозиции для потенциала системы точечных зарядов

.

При непрерывном распределении заряда

.                                  (1.40)

          Единица измерения потенциала – Вольт (В).

 

 

Примеры.

1.      Электрический диполь – это система из двух одинаковых по модулю, но разноименных точечных зарядов, находящихся на расстоянии  друг от друга.

Найти потенциал и напряженность поля диполя (рис.1.17).

Введем электрический момент диполя, направленный от  к :

.                                             (1.41)

          Потенциал для диполя в точке А:

:

.                    (1.42)

Из формулы (1.42) видно, что потенциал диполя зависит от электрического момента . Найдем напряженность поля  диполя:

,         (1.43)

. При , сонаправленном с , получим:

 — напряженность поля на оси диполя.

При :                   , напряженность поля перпендикулярно оси диполя. Силовые линии вблизи диполя показаны на рис.1.18.

Модуль вектора :

.

2. Найти потенциал шара, равномерно заряженного по объему зарядом q.

          Напряженность поля шара была найдена ранее в § 1.4. Найдем потенциал в центре шара по формуле (1.40):

.                  (1.44)

При этом, . Для нахождения  воспользуемся формулой, связывающей напряженность поля и потенциал:

.

Учтем, что при:      ;  при      (см.(1.24) и (1.25)). Тогда:

         ;

         , – учтено, что .

 найдем из граничного условия для , .

При ;         . Тогда:

                  .                             (1.45)

 найдем из следующего граничного условия: при  и  , т.е. . Тогда

              .                              (1.46)

График зависимости показан на рис.1.19. Видно, что потенциал  непрерывно уменьшается от  до  внутри шара и от  до нуля снаружи.

Поможем написать любую работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Узнать стоимость

3.2.1. Трудовая функция / КонсультантПлюс

Трудовые действия

Проверка готовности измерительного и испытательного оборудования к выполнению работ, в том числе наличия калибровки

Выполнение измерений и испытаний

Регистрация и классификация результатов измерений и испытаний

Сбор исходных данных для проектирования систем электрохимической защиты

Тестирование элементов оборудования систем электрохимической защиты перед вводом в эксплуатацию, проверка полярности, подача электропитания

Руководство работой специалиста 4 уровня квалификации, включая подготовку технических инструкций

Анализ данных, полученных при вводе в эксплуатацию или в процессе эксплуатации систем электрохимической защиты, с оформлением соответствующих протоколов и отчетов для простых систем

Обработка по инструкции специалиста 6 уровня квалификации данных, полученных при вводе в эксплуатацию или в процессе эксплуатации систем электрохимической защиты, с оформлением соответствующих протоколов и отчетов для других систем

Оптимизация эксплуатационных характеристик систем электрохимической защиты, включая действия по регулировке и настройке

Исследование любого случая коррозии металла с потерей вещества при применении электрохимической защиты под руководством специалиста 6 уровня квалификации

Измерение естественного потенциала металл — грунт (свободная коррозия)

Измерение сопротивления грунта четырехточечным методом Венера и (или) с использованием специального электрохимического прибора

Контроль подготовки поверхности металлической конструкции для выполнения кабельного присоединения и (или) ремонта защитного покрытия

Контроль монтажа (монтаж) кабельных присоединений

Контроль монтажа (монтаж) кабельных соединений

Ремонт кабельных линий

Контроль монтажа (монтаж) гальванических анодов (протекторов)

Контроль установки (установка) источника постоянного тока

Контроль монтажа (монтаж) глубинных анодных заземлителей

Контроль монтажа (монтаж) других типов анодных заземлителей с наложенным током

Контроль монтажа (монтаж) электроизолирующих соединений

Контроль монтажа (монтаж) стационарных электродов сравнения (включая калибровку), вспомогательных электродов и других элементов системы мониторинга, дистанционного управления или телеметрии

Контроль монтажа (монтаж) электродов защитного заземления и устройств защитного отключения

Проверка параметров электрохимической защиты всех элементов защищаемой металлической конструкции

Определение (локализация) местоположения трубопровода, стальной запорно-регулирующей арматуры и внешних металлических конструкций

Проверка исходной полярности источника постоянного тока

Проверка и испытание электрической изоляции кабельных линий и устройств защиты от перенапряжений

Измерение силы тока и напряжения в цепи катодной защиты

Измерение и регулировка выходного тока и напряжения источника постоянного тока

Измерение и регулировка всех эксплуатационных параметров источника постоянного тока

Проверка и техническое обслуживание силовых клемм источника постоянного тока

Проверка и техническое обслуживание конструктивных элементов источника постоянного тока

Измерение с помощью переносных измерительных приборов выходного напряжения и силы тока источника постоянного тока

Измерение потенциала включения металл — грунт

Измерение мгновенного потенциала выключения металл — грунт

Регистрация суммарного потенциала методом коротких интервалов

Регистрация поляризованного потенциала методом коротких интервалов

Установка прерывателей тока для измерения в выключенном состоянии без настройки синхронизации

Измерение суммарного потенциала и поляризационного потенциала, а также постоянного и переменного тока на вспомогательных электродах

Измерение градиентов потенциала в почве

Перемещение дополнительного электрода в интенсивных измерениях

Измерение ослабления сигнала переменного тока

Измерение градиента напряжения постоянного тока без регистрации

Перемещение переносного электрода сравнения при измерении градиента напряжения постоянного тока с регистрацией прибором

Измерение поляризационного и (или) суммарного потенциала на смежной конструкции при оценке негативного влияния электрохимической защиты на другие металлические конструкции

Определение наличия (отсутствия) контакта труба — футляр

Визуальный осмотр защищаемых металлических конструкций и элементов системы электрохимической защиты

Подготовка технических инструкций для специалиста 4 уровня квалификации

Проектирование простых систем электрохимической защиты (резервуаров, трубопроводов ограниченной длины) для простых условий

Разработка разделов проекта при проектировании всех систем электрохимической защиты, не указанных в предыдущем пункте

Обработка и анализ под руководством специалиста 6 уровня квалификации негативных воздействий блуждающего постоянного тока

Измерение поляризационного и (или) суммарного потенциала, обработка результатов измерения при анализе негативных воздействий блуждающего переменного тока

Расшифровка данных и анализ обнаруженных дефектов и аномалий защитных покрытий металлических конструкций

Необходимые умения

Проверять правильность сборки, настройки и калибровки измерительного и испытательного оборудования

Выполнять измерения и испытания по инструкциям в соответствии с трудовыми действиями

Регистрировать и классифицировать результаты измерений и испытаний

Составлять протоколы, включающие результаты измерений и испытаний в понятном формате

Выполнять контроль, проверку и испытание во время монтажа, монтаж элементов системы электрохимической защиты

Выполнять работы по проверке и плановому техническому обслуживанию систем электрохимической защиты

Контролировать ход и качество работ, выполняемых специалистами 4 уровня квалификации

Выдавать производственные задания специалистам 4 уровня квалификации

Выбирать способы проведения измерений и испытаний в системах электрохимической защиты

Определять область применения метода испытания в соответствии с учрежденными методиками

Разрабатывать на основе стандартов письменные технические инструкции по измерениям и испытаниям в системах электрохимической защиты, их плановому техническому обслуживанию и ремонту

Определять мероприятия по повышению эффективности электрохимической защиты

Выполнять под руководством специалиста 6 уровня квалификации проектные работы по электрохимической защите

Вводить под руководством специалиста 6 уровня квалификации в эксплуатацию системы электрохимической защиты

Выполнять техническое обслуживание систем электрохимической защиты

Необходимые знания

Основы учения об электричестве, теории коррозии и применения защитных покрытий

Методы электрохимической защиты и измерений

Требования охраны труда и применяемые стандарты по электрохимической защите

Приемы оказания первой помощи пострадавшим при поражении электрическим током

Особенности электрохимической защиты подземных и подводных металлических конструкций

Методики измерений на подземных и подводных металлических конструкциях

Основные термины и определения в области коррозии металлов и сплавов

Общие принципы противокоррозионной и электрохимической защиты

Основы электротехники

Требования к защитным покрытиям и их влияние на катодную защиту

Катодная защита сложных конструкций

Катодная защита подземных металлических резервуаров и связанных с ними трубопроводов

Наружная катодная защита обсадных труб

Защита от коррозии блуждающим током от систем постоянного тока

Другие характеристики

Потенциал ветроэнергетики в Казахстане в 10 раз превышает потребность в электричестве: 20 февраля 2013, 16:10

Потенциал ветроэнергетики в Казахстане в 10 раз превышает потребность в электричестве: 20 февраля 2013, 16:10 — новости на Tengrinews.kz
  1. Главная
  2. Узнай
  3. Новости
  4. Новости Казахстана
Тем не менее, переход к «зеленой» энергетике не снизит стоимость электроэнергии, а наоборот, может сделать ее еще выше.
  • Vkontakte
  • Facebook
  • Twitter
  • Одноклассники
  • Telegram
Новостью поделились: человек
  • Нашли ошибку?
  • Выделите ее и нажмите Ctrl + Enter

Потенциал ветроэнергетики в Казахстане в 10 раз превышает потребность в электричестве Потенциал ветряных электростанций в Казахстане в 10 раз превышает потребность страны в электроэнергии, об этом корреспонденту Tengrinews.kz рассказал советник проекта ПРООН/ГЭФ по энергоэффективности Геннадий Дорошин. По словам эксперта, сейчас вся энергетика Казахстана базируется на угольном топливе. Это связано с тем, что страна располагает значительными запасами угля, которого хватит еще на 200-300 лет. Тепловые электростанции (ТЭЦ) производят порядка 85 процентов всей электроэнергии в стране. Один киловатт-час, вырабатываемый ТЭЦ, стоит около 6-7 тенге. Цена основывается только на себестоимости производства, так как все станции были построены несколько десятков лет назад и возврата инвестиций они не требуют. Однако ввиду изношенности ТЭЦ и их низкой экологичности в Казахстане необходимо строить усовершенствованные тепловые электростанции или переходить к возобновляемым источникам энергии (ВИЭ), то есть к ветро-, гидро- и солнечным электростанциям. «Если установить ветростанции на ветреных местах, то суммарно они будут вырабатывать порядка 920 миллиардов киловатт-часов электроэнергии в год, что в 10 раз больше, чем ежегодно потребляет весь Казахстан. Причем, разговор идет о потенциале, который может быть реализован», — отметил Дорошин. В то же время установка ветрогенераторов потребует значительных инвестиций, каждый киловатт мощности будет стоить около 2- 2,5 тысячи долларов. «В стоимость электроэнергии должна быть заложена инвестиционная составляющая. Себестоимость здесь незначительная — ветер покупать не надо. Но инвестиции надо будет возвращать. В рамках этого аспекта стоимость возрастает до 20-25 тенге за киловатт-час», — сказал Дорошин. По его подсчетам, при такой цене инвестиции окупятся в течение 10 лет, и только после этого электроэнергия может подешеветь. «В чем проблема — если вы построите ветростанцию и будете выходить на рынок с этой энергией — ее никто не купит, потому что она существенно дороже. Нужно соответствующее государственное регулирование, которое позволило бы использовать эту энергию. Такое решение воплощается в соответствующих законах и в принятии тех целей, которые должны быть достигнуты государством. Априори такие цели имеются», — подчеркнул эксперт. Он добавил, что Казахстан имеет добровольные обязательства по снижению выбросов парниковых газов — на 15 процентов (по сравнению с 1992 годом) к 2020 году и на 25 процентов к 2050 году. Помимо этого, по словам эксперта, государство планирует довести долю электроэнергии, вырабатываемой ВИЭ, до 50 процентов. Дорошин отметил, что все области Казахстана имеют потенциал для строительства ветряных электростанций. К примеру, в Алматинской области ветрогенераторы можно установить в районе горного перевала Кордай, в Шелекском коридоре и в Джунгарских воротах. В сумме эти три электростанции смогут выдавать мощность порядка 900 мегаватт, или 2,5 миллиарда киловатт-часов в год. Этого хватило бы для всего Алматы, при учете, что в период пиковых нагрузок (в вечернее время), или во время безветренной погоды к подаче энергии будут подключаться резервные источники, например, гидроэлектростанции. Эксперт подчеркнул, что вопрос производства электроэнергии в Казахстане стоит довольно остро. Это связано с изношенностью существующих электростанций и большим количеством вредных выбросов, которые сопровождают их работу. Естественно, что одним из ключевых моментов для рядового потребителя является не только экологическая, но и финансовая составляющая проблемы. «Оборудование на ТЭЦ изношено на 70 процентов, его надо менять. С учетом вышесказанного, ожидать снижения стоимости электроэнергии никаким образом не стоит. Нужно готовиться к тому, что она будет повышаться. И она уже повышается», — заключил эксперт.

12 Разность потенциалов

Разностью потенциалов между точками 1 и 2 называется работа, совершаемая силами поля при перемещении единичного положительного заряда по произвольному пути из точки 1 в точку 2. для потенциальных полей эта работа не зависит от формы пути, а определяется только положениями начальной и конечной точек

потенциал определен с точностью до аддитивной постоянной. Работа сил электростатического поля при перемещении заряда q по произвольному пути из начальной точки 1 в конечную точку 2 определяется выражением

Практической единицей потенциала является вольт. Вольт есть разность потенциалов между такими точками, когда при перемещении одного кулона электричества из одной точки в другую электрическое поле совершает работу в один джоуль.

1 и 2 — бесконечно близкие точки, расположенные на оси х, так что Х2 — х1 = dx.

Работа при перемещении единицы заряда из точки 1 в точку 2 будет Ех dx. Та же работа равна . Приравнивая оба выражения, получим

— градиент скаляра

Градиент функцииесть вектор, направленный в сторону максимального возрастания этой функции, а его длина равна производной функциив том же направлении. Геометрический смысл градиента– эквипотенциальные поверхности ( поверхности равного потенциала) поверхность, на которой потенциал остается постоянным.

13 Потенциал зарядов

Потенциал поля точечного заряда q в однородном диэлектрике. — электрическое смещение точечного заряда в однородном диэлектрикеD –вектор электрической индукции или электрического смещения

В качестве постоянной интегрирования следует взять нуль, чтобы при потенциал обратился в ноль, тогда

Потенциал поля системы точечных зарядов в однородном диэлектрике.

Используя принцип суперпозии получаем:

Потенциал непрерывно распределенных электрических зарядов.

элементы объема и заряженных поверхностей с центрами в точке

— в случае если диэлектрик неоднороден, то интегрирование надо распространить и на поляризационные заряды. Включение таких

зарядов автоматически учитывает влияние среды, и величину вводить не надо

14 Электрическое поле в веществе

Электрическое поле в веществе. Вещество, внесенное в электрическое поле, может существенно изменить его. Это связано с тем, что вещество состоит из заряженных частиц. В отсутствие внешнего поля частицы распределяются внутри вещества так, что создаваемое ими электрическое поле в среднем по объемам, включающим большое число атомов или молекул, равно нулю. При наличии внешнего поля происходит перераспределение заряженных частиц, и в веществе возникает собственное электрическое поле. Полное электрическое поле складывается в соответствии с принципом суперпозиции из внешнего поля и внутреннего поля , создаваемого заряженными частицами вещества. Вещество многообразно по своим электрическим свойствам. Наиболее широкие классы вещества составляют проводники и диэлектрики. Проводник — это тело или материал, в котором электрические заряды начинают перемещаться под действием сколь угодно малой силы. Поэтому эти заряды называют свободными. В металлах свободными зарядами являются электроны, в растворах и расплавах солей (кислот и щелочей) — ионы. Диэлектрик — это тело или материал, в котором под действием сколь угодно больших сил заряды смещаются лишь на малое, не превышающее размеров атома расстояние относительно своего положения равновесия. Такие заряды называются связанными. Свободные и связанные заряды. СВОБОДНЫЕ ЗАРЯДЫ 1) избыточные электрич. заряды, сообщённые проводящему или непроводящему телу и вызывающие нарушение его электронейтральности. 2) Электрич. заряды носителей тока. 3) положит. электрич. заряды атомных остатков в металлах. СВЯЗАННЫЕ ЗАРЯДЫ Электрич. заряды частиц, входящих в состав атомов и молекул диэлектрика, а также заряды ионов в кристаллич. диэлектриках с ионной решёткой.

Учебник по физике: Электрический потенциал

В предыдущем разделе Урока 1 было объяснено, что движение положительного пробного заряда в электрическом поле сопровождается изменением потенциальной энергии. Для объяснения связи между местоположением и потенциальной энергией использовалась гравитационная аналогия. Перемещение положительного пробного заряда против направления электрического поля подобно перемещению массы вверх в гравитационном поле Земли. Оба движения были бы подобны , противоречащим природе , и потребовали бы работы внешней силы.Эта работа, в свою очередь, увеличит потенциальную энергию объекта. С другой стороны, движение положительного пробного заряда в направлении электрического поля было бы похоже на падение массы вниз в гравитационном поле Земли. Оба движения были бы подобны , идущим вместе с природой , и происходили бы без необходимости работы внешней силы. Это движение приведет к потере потенциальной энергии. Потенциальная энергия — это накопленная энергия положения объекта, связанная с положением объекта в поле.В этом разделе Урока 1 мы введем понятие электрического потенциала и свяжем это понятие с потенциальной энергией положительного пробного заряда в различных местах электрического поля.

 

Новый взгляд на гравитационную аналогию

Вокруг Земли существует гравитационное поле, оказывающее гравитационное воздействие на все массы, находящиеся в окружающем ее пространстве. Движение объекта вверх против гравитационного поля увеличивает его гравитационную потенциальную энергию.Объект, движущийся вниз в гравитационном поле, теряет гравитационную потенциальную энергию. Когда гравитационная потенциальная энергия была введена в Блоке 5 физического класса, она была определена как энергия, запасенная в объекте из-за его вертикального положения над Землей. Количество гравитационной потенциальной энергии, хранящейся в объекте, зависело от количества массы, которой обладал объект, и высоты, на которую он был поднят. Гравитационная потенциальная энергия зависела от массы и высоты объекта.Объект с удвоенной массой будет иметь удвоенную потенциальную энергию, а объект с удвоенной высотой будет иметь удвоенную потенциальную энергию. Обычно высокие должности называют местами с высокой потенциальной энергией. Взгляд на диаграмму справа показывает ошибочность такого утверждения. Обратите внимание, что груз массой 1 кг, удерживаемый на высоте 2 м, имеет такую ​​же потенциальную энергию, что и груз массой 2 кг, удерживаемый на высоте 1 м. Потенциальная энергия зависит не только от местоположения; это также зависит от массы.В этом смысле гравитационная потенциальная энергия зависит как минимум от двух типов величин:

1) Масса — свойство объекта, находящегося под действием гравитационного поля, и

2) Высота — положение в гравитационном поле

Поэтому неправильно называть высокие позиции в гравитационном поле Земли позициями с высокой потенциальной энергией. Но существует ли величина, которую можно было бы использовать для оценки таких высот как обладающих большим потенциалом обеспечения больших количеств потенциальной энергии расположенным там массам? Да! Хотя это и не обсуждалось в разделе о гравитационной потенциальной энергии, можно было бы ввести величину, известную как гравитационная потенциальная — потенциальная энергия на килограмм.Гравитационный потенциал будет величиной, которую можно использовать для оценки различных мест на поверхности Земли с точки зрения того, какой потенциальной энергией будет обладать каждый килограмм массы, помещенный туда. Величина гравитационного потенциала определяется как PE/масса. Поскольку и числитель, и знаменатель PE/массы пропорциональны массе объекта, выражение становится независимым от массы. Гравитационный потенциал — это зависящая от местоположения величина, которая не зависит от массы объекта, подвергающегося воздействию поля.Гравитационный потенциал описывает воздействие гравитационного поля на объекты, расположенные в различных местах внутри него.


Если гравитационный потенциал является средством оценки различных местоположений в гравитационном поле с точки зрения количества потенциальной энергии на единицу массы, то понятие электрического потенциала должно иметь аналогичный смысл. Рассмотрим электрическое поле, создаваемое положительно заряженным генератором Ван де Граафа. Направление электрического поля совпадает с направлением, в котором будет выталкиваться положительный пробный заряд; в этом случае направление направлено наружу от сферы Ван де Граафа.Потребуется работа, чтобы переместить положительный пробный заряд к сфере против электрического поля. Количество силы, связанной с выполнением работы, зависит от количества перемещаемого заряда (согласно закону Кулона об электрической силе). Чем больше заряд на пробном заряде, тем больше сила отталкивания и тем большую работу надо было бы совершить над ним, чтобы переместить его на такое же расстояние. Если два объекта с разным зарядом, один из которых в два раза больше другого, перемещаются на одинаковое расстояние в электрическом поле, то объект с удвоенным зарядом потребует удвоенной силы и, следовательно, вдвое большей работы.Эта работа изменит потенциальную энергию на величину, равную произведенной работе. Таким образом, электрическая потенциальная энергия зависит от количества заряда объекта, находящегося в поле, и от местоположения в поле. Подобно потенциальной гравитационной энергии, потенциальная электрическая энергия зависит как минимум от двух типов величин:

1) Электрический заряд — свойство объекта, подвергающегося воздействию электрического поля, и

2) Расстояние от источника — местоположение в пределах электрического поля

В то время как электрическая потенциальная энергия зависит от заряда объекта, подвергающегося воздействию электрического поля, электрический потенциал зависит исключительно от местоположения.Электрический потенциал – это потенциальная энергия, приходящаяся на один заряд.

Понятие электрического потенциала используется для выражения эффекта электрического поля источника с точки зрения положения внутри электрического поля. Пробный заряд с удвоенным количеством заряда будет обладать удвоенной потенциальной энергией в данном месте; однако его электрический потенциал в этом месте будет таким же, как и у любого другого пробного заряда. Положительный тестовый заряд будет иметь высокий электрический потенциал, если его держать близко к положительному заряду источника, и более низкий электрический потенциал, если держать его дальше.В этом смысле электрический потенциал становится просто свойством местоположения в электрическом поле. Предположим, что электрический потенциал в данном месте составляет 12 Дж на кулон, тогда это электрический потенциал объекта с зарядом в 1 или 2 кулона. Заявление о том, что электрический потенциал в данном месте составляет 12 Дж на кулон, будет означать, что объект в 2 кулона будет обладать потенциальной энергией в 24 Дж в этом месте, а объект в 0,5 кулона будет испытывать потенциальную энергию в 6 Дж в этом месте.

 

Электрический потенциал в цепях

Когда мы начнем обсуждать электрические цепи, мы заметим, что электрическая цепь с батарейным питанием имеет места с высоким и низким потенциалом. Заряд, движущийся по проводам цепи, будет сталкиваться с изменениями электрического потенциала по мере прохождения цепи. Внутри гальванических элементов батареи между двумя клеммами создается электрическое поле, направленное от положительной клеммы к отрицательной клемме.Таким образом, перемещение положительного пробного заряда через клетки от отрицательного полюса к положительному полюсу потребует работы, что увеличит потенциальную энергию каждого кулона заряда, который движется по этому пути. Это соответствует движению положительного заряда против электрического поля. Именно по этой причине положительная клемма описывается как клемма с высоким потенциалом. Подобные рассуждения привели бы к выводу, что движение положительного заряда по проводам от положительного вывода к отрицательному происходит естественным образом.Такое движение положительного пробного заряда было бы в направлении электрического поля и не требовало бы работы. Заряд будет терять потенциальную энергию при перемещении по внешней цепи от положительного вывода к отрицательному. Отрицательная клемма описывается как клемма с низким потенциалом. Это присвоение высокого и низкого потенциала выводам гальванического элемента предполагает традиционное соглашение о том, что электрические поля основаны на направлении движения положительных пробных зарядов.

В определенном смысле электрическая цепь есть не что иное, как система преобразования энергии. В электрохимических элементах электрической цепи с батарейным питанием химическая энергия используется для выполнения работы над положительным пробным зарядом, чтобы переместить его от клеммы с низким потенциалом к ​​клемме с высоким потенциалом. Химическая энергия преобразуется в потенциальную электрическую энергию во внутренней цепи (то есть в батарее). Оказавшись на клемме с высоким потенциалом, положительный тестовый заряд будет двигаться через внешнюю цепь и выполнять работу с лампочкой, двигателем или катушками нагревателя, преобразуя свою потенциальную электрическую энергию в полезные формы, для которых схема была разработана.Положительный тестовый заряд возвращается к отрицательной клемме с низкой энергией и низким потенциалом, готовый повторить цикл (или мы должны сказать схема ) снова и снова.

 

 

Проверьте свое понимание

1. Величина электрического потенциала определяется как сумма _____.

а. электрическая потенциальная энергия

б. сила, действующая на заряд

в.потенциальная энергия на заряд

д. сила на зарядку

 

2. Заполните следующую выписку:

Когда внешняя сила совершает работу над положительным пробным зарядом, чтобы переместить его из одного места в другое, потенциальная энергия _________ (увеличивается, уменьшается) и электрический потенциал _________ (увеличивается, уменьшается).

 

3.На следующих диаграммах показано электрическое поле (обозначено стрелками) и две точки, обозначенные A и B, расположенные внутри электрического поля. Положительный пробный заряд показан в точке А. Для каждой диаграммы укажите, какую работу необходимо совершить над зарядом, чтобы переместить его из точки А в точку В. Наконец, укажите точку (А или В) с наибольшей электрической потенциальной энергией и наибольший электрический потенциал.

 

Что такое электричество? — учиться.sparkfun.com

Авторы: Джимблом Избранное Любимый 74

Электрический потенциал (энергия)

Когда мы используем электричество для питания наших схем, устройств и гаджетов, мы действительно преобразуем энергию. Электронные схемы должны иметь возможность накапливать энергию и передавать ее в другие формы, такие как тепло, свет или движение. Запасенная энергия цепи называется электрической потенциальной энергией.

Энергия? Потенциальная энергия?

Чтобы понять потенциальную энергию, нам нужно понять энергию в целом. Энергия определяется как способность объекта совершать работы над другим объектом, что означает перемещение этого объекта на некоторое расстояние. Энергия приходит в многих формах , некоторые мы можем видеть (например, механические), а другие мы не можем (например, химические или электрические). Независимо от того, в какой форме она находится, энергия существует в одном из двух состояний : кинетическом или потенциальном.

Объект имеет кинетическую энергию , когда он находится в движении.Количество кинетической энергии объекта зависит от его массы и скорости. Потенциальная энергия , с другой стороны, является накопленной энергией , когда объект находится в состоянии покоя. Он описывает, какую работу может выполнить объект, если его привести в движение. Это энергия, которую мы обычно можем контролировать. Когда объект приводится в движение, его потенциальная энергия превращается в кинетическую энергию.

Вернемся к примеру с гравитацией. Шар для боулинга, неподвижно сидящий на вершине башни Халифа, имеет много потенциальной (запасенной) энергии.После падения мяч, притягиваемый гравитационным полем, с ускорением устремляется к земле. По мере ускорения мяча потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию (энергию движения). В конце концов вся энергия мяча преобразуется из потенциальной в кинетическую, а затем передается тому, во что он попадает. Когда мяч находится на земле, его потенциальная энергия очень мала.

Электрическая потенциальная энергия

Точно так же, как масса в гравитационном поле обладает гравитационной потенциальной энергией, заряды в электрическом поле обладают электрической потенциальной энергией .Электрическая потенциальная энергия заряда описывает, сколько энергии он имеет, когда он приводится в движение электростатической силой, эта энергия может стать кинетической, и заряд может совершать работу.

Подобно шару для боулинга, находящемуся на вершине башни, положительный заряд в непосредственной близости от другого положительного заряда обладает высокой потенциальной энергией; оставленный свободным двигаться, заряд будет отталкиваться от такого же заряда. Положительный тестовый заряд, помещенный рядом с отрицательным зарядом, будет иметь низкую потенциальную энергию, аналогичную шару для боулинга на земле.

Чтобы наделить что-либо потенциальной энергией, мы должны совершить работу , переместив это на расстояние. В случае с шаром для боулинга работа заключается в том, чтобы поднять его на 163 этажа против поля гравитации. Точно так же необходимо совершить работу, чтобы оттолкнуть положительный заряд от стрелок электрического поля (либо к другому положительному заряду, либо от отрицательного заряда). Чем дальше вверх по полю уходит заряд, тем больше работы вам предстоит сделать. Точно так же, если вы попытаетесь оторвать отрицательный заряд от положительного заряда против электрического поля, вам придется совершить работу.

Для любого заряда, находящегося в электрическом поле, его электрическая потенциальная энергия зависит от типа (положительный или отрицательный), количества заряда и его положения в поле. Электрическая потенциальная энергия измеряется в джоулях ( Дж ).

Электрический потенциал

Электрический потенциал основывается на электрическом потенциале энергии , чтобы помочь определить, сколько энергии хранится в электрических полях . Это еще одна концепция, которая помогает нам моделировать поведение электрических полей.Электрический потенциал равен , а не , то же самое, что электрическая потенциальная энергия!

В любой точке электрического поля электрический потенциал равен количеству потенциальной электрической энергии, деленному на количество заряда в этой точке. Это убирает количество заряда из уравнения и оставляет нам представление о том, сколько потенциальной энергии могут обеспечить определенные области электрического поля. Электрический потенциал измеряется в джоулях на кулон ( Дж/Кл ), который мы определяем как вольт (В).

В любом электрическом поле есть две точки электрического потенциала, представляющие для нас значительный интерес. Есть точка с высоким потенциалом, где положительный заряд будет иметь максимально возможную потенциальную энергию, и есть точка с низким потенциалом, где заряд будет иметь наименьшую возможную потенциальную энергию.

Одним из наиболее распространенных терминов, которые мы обсуждаем при оценке электричества, является напряжение . Напряжение – это разность потенциалов между двумя точками в электрическом поле.Напряжение дает нам представление о том, какой толкающей силой обладает электрическое поле.


Имея за плечами потенциал и потенциальную энергию, у нас есть все ингредиенты, необходимые для производства электроэнергии. Давай сделаем это!


← Предыдущая страница
Электрические поля

Что такое электрический потенциал? — Определение и формула — Видео и стенограмма урока

Что такое электрический потенциал?

Электрический потенциал — это «проталкивание» электричества по цепи.Электрический потенциал легко спутать с электрическим током, поэтому лучше думать об электрическом токе как о воде в вашем душе, а об электрическом потенциале — как о напоре воды. Как и давление воды, изменение напряжения может увеличить или уменьшить поток электричества.

Если вы выключите душ, вода перестанет течь (перестанет течь), но давление воды не изменится. Точно так же, как вы не улучшите или ухудшите напор воды, когда снова включите душ, так и напряжение остается постоянным для каждого типа источника энергии.1,5-вольтовая батарея остается 1,5-вольтовой независимо от того, используется она или нет.

Изменение электрического потенциала

Продолжая аналогию: так же, как вы можете вызвать мастера, который поможет вам решить проблемы с давлением воды, вы также можете увеличить или уменьшить напряжение. Заряженные частицы, крошечные частички атомов, из которых когда-либо состоит все, мало что делают сами по себе, но если собрать группу заряженных частиц вместе, получится настоящая вечеринка. Сборник зарядов представляет собой группу заряженных частиц, которые вместе в конечном итоге образуют достаточную потенциальную энергию, чтобы служить источником энергии.Ранее я говорил, что батарея — это электрохимический источник энергии, что является причудливым способом сказать, что она получает свой заряд в результате химической реакции, происходящей внутри батареи.

Плотность заряда , или плотность электронов в батарее, определяет напряжение батареи. Если вы посмотрите на бытовую батарейку типа D, вроде той, которую вы вставляете в фонарик, и маленькую батарейку ААА, вроде той, что вы вставляете в пульт дистанционного управления, вы увидите, что они обе имеют напряжение, равное 1.5 вольт. Это означает, что, несмотря на разницу в размерах, они имеют одинаковую плотность электронов внутри себя или одинаковый электрический потенциал. Разница в размерах означает только то, что большая батарея D имеет большую мощность.

Несмотря на то, что все эти батареи имеют разные размеры, некоторые из них, D, C, AA и AAA, имеют одинаковое напряжение: 1,5 вольта.

Чем плотнее сборка заряда, тем выше напряжение.Средняя автомобильная батарея имеет напряжение 12 вольт, что имеет смысл. Я надеюсь, что батарея, питающая мою машину, имеет значительно больший «толчок», чем батарея, питающая мой пульт дистанционного управления.

Формула электрического потенциала

Чтобы вычислить электрический потенциал, мы должны начать с того, как мы измеряем работу. Работа рассчитывается путем умножения силы на расстояние. Чтобы косить газон, нужно толкать газонокосилку на определенное расстояние, поэтому вам нужно умножить силу, которую необходимо приложить для перемещения газонокосилки, на пройденное вами расстояние.Чем больше силы вы прилагаете или чем дальше вы толкаете газонокосилку, тем больше работы вы выполняете.

Мы измеряем работу в джоулей (Дж) , и если вы хотите почувствовать, сколько стоит работа в 1 джоуль, поднимите яблоко на один метр в воздух. Электрический заряд — это вторая половина формулы представления об электрическом потенциале. Заряд измеряется в кулонов (Кл) , в честь французского физика Шарля де Кулона.

Формула нахождения напряжения, измеряемого в вольтах.

Напряжение — это количество работы, которое может быть выполнено за один заряд, и определяется путем деления работы на электрический заряд. Таким образом, говоря простым языком, один вольт эквивалентен одному джоулю на кулон. Поскольку «джоули на кулон» трудно повторять снова и снова, ученые придумали для сокращения вольт . Например, батарея D — это 1,5 джоуля (работа) на кулон (заряд) или, проще говоря, 1,5 вольта.

Резюме урока

Электрический потенциал — это уровень мощности потока электричества, но его не следует путать с самим электрическим током.Мы часто называем электрический потенциал напряжением и измеряем его в вольт (В) , которое находится путем деления работы (джоулей) на заряд (кулон). Чем выше напряжение, тем сильнее «толчок» электричества, действующий подобно напору воды в душе.

Ключевые термины

Электрический потенциал- уровень мощности в потоке электричества
  • Вольтова куча : буквально куча из 24 медных и цинковых дисков, плюс картонные диски, пропитанные солью, разработанные Александром Вольта
  • Батарея : электрохимический источник энергии
  • Вольт : единица измерения электрического потенциала
  • Электрический потенциал : поток электричества по цепи
  • Сбор заряда : группа заряженных частиц
  • Плотность заряда : плотность электронов в батарее, определяющая напряжение батареи
  • Джоули : измерение работы
  • Кулоны : измерение заряда

Результаты обучения

Когда учащиеся закончат этот урок, они должны быть в состоянии:

  • Определить электрический потенциал
  • Определите формулировку электрического потенциала
  • Продемонстрируйте, как работают батареи

Электрический потенциал | Electrical4U

Электрический потенциал в точке электрического поля определяется как количество работы, которую нужно совершить, чтобы доставить единичный положительный электрический заряд из бесконечности в эту точку.

Точно так же разность потенциалов между двумя точками определяется как работа, которую необходимо совершить для переноса единичного положительного заряда из одной точки в другую.
Когда тело заряжено, оно может притягивать противоположно заряженное тело и отталкивать аналогично заряженное. Значит, заряженное тело способно совершать работу. Способность заряженного тела совершать работу определяется как электрического потенциала этого тела.

Если два электрически заряженных тела соединить проводником, то электроны начинают течь от тела с более низким потенциалом к ​​телу с более высоким потенциалом, т. е. начинает течь ток от тела с более высоким потенциалом к ​​телу с более низким потенциалом в зависимости от разности потенциалов тел и сопротивления соединительный проводник.

Итак, электрический потенциал тела есть его заряженное состояние, которое определяет, будет ли оно принимать или отдавать электрический заряд другому телу.
Электрический потенциал оценивается как электрический уровень, и разница двух таких уровней вызывает протекание тока между ними. Этот уровень должен измеряться от эталонного нулевого уровня. Потенциал земли принимается за нулевой уровень. Электрический потенциал выше потенциала земли принимается за положительный потенциал, а электрический потенциал ниже потенциала земли — отрицательный.

Единицей электрического потенциала является вольт. Чтобы перенести единичный заряд из одной точки в другую, если совершается работа в один джоуль, то говорят, что разность потенциалов между точками равна одному вольту. Итак, мы можем сказать,

Если одна точка имеет электрический потенциал 5 вольт, то мы можем сказать, что для переноса заряда в один кулон из бесконечности в эту точку необходимо совершить работу в 5 джоулей.
Если одна точка имеет потенциал 5 вольт, а другая точка имеет потенциал 8 вольт, то для перемещения на один кулон из первой точки во вторую необходимо совершить работу 8 — 5 или 3 джоуля.

Потенциал в точке от точечного заряда

Возьмем в пространстве положительный заряд + Q. Представим себе точку на расстоянии x от указанного заряда + Q. Теперь поместим в эту точку единичный положительный заряд. Согласно закону Кулона, на единичный положительный заряд действует сила

. Теперь переместим этот единичный положительный заряд на небольшое расстояние dx по направлению к заряду Q.

Во время этого движения работа, совершаемая против поля, равна Таким образом, общая работа, которую нужно совершить для перемещения положительного единичного заряда из бесконечности на расстояние x, определяется выражением

. Согласно определению, это электрический потенциал точки из-за заряда + Q.Итак, мы можем написать,

Разность потенциалов между двумя точками


. Рассмотрим две точки на расстоянии d 1 метра и d 2 метра от заряда +Q.
Мы можем выразить электрический потенциал в точке d 1 метров от +Q, as,

Мы можем выразить электрический потенциал в точке d 2 метров от +Q, as,

Таким образом, разность потенциалов между этими двумя точками составляет

Электричество и магнетизм — Электрический потенциал

Электрический потенциал

Если электрические поля могут создавать силы и перемещать заряды, они должны быть способны изменять механическую энергию заряженных частиц.Это правда, и поэтому в этом разделе мы познакомимся с другой формой потенциальной энергии, называемой электрической потенциальной энергией ( U e ). Однако, чтобы добраться туда, мы должны сначала познакомиться с новой концепцией: электрических потенциалов ( В ).

Это очень похоже на встречу с однояйцевыми близнецами, которые сразу же обижаются, когда их путают; однако, хотя разница между «электрической потенциальной энергией» и «электрическим потенциалом» этимологически невелика, это совершенно разные люди, и важно не путать их.

Электрический потенциал — часто называемый разностью электрических потенциалов или напряжением — это потенциальная энергия, которую теоретический заряд +1 Кл имел бы , если бы он был помещен в существующее электрическое поле. Электрический потенциал энергия — это потенциальная энергия, которой на самом деле обладает интересующий вас заряд. Другими словами, для заряда q в поле E с соответствующим потенциалом V :

U e = qV

Вы можете думать об электрической мере заряда того, как трудно подтолкнуть к себе другую заряженную частицу (из-за закона Кулона мы знаем, что одинаковые заряды будут сопротивляться сближению друг с другом).Это количество работы, которую вам нужно совершить, чтобы переместить заряженную частицу на единицу заряда, поэтому она измеряется в джоулях на кулон, что определяется в единицах СИ как вольт (В). Потенциал, создаваемый зарядом q , определяется как:

Мы можем объединить эти две формулы, чтобы получить потенциальную энергию заряда q 1 , когда он перемещается на расстояние r от заряда q. 2 :

Итак, вы можете увидеть, что есть круг радиуса R вокруг заряда Q 2 , где энергия, необходимая для перемещения Q 1 в любую точку на круге точно такие же — каждая точка окружности находится на расстоянии r от q 2 .Мы можем изобразить это на нашей диаграмме силовых линий, где она называется эквипотенциальной линией .

На самом деле эквипотенциальные линии легко добавить к любой диаграмме силовых линий. Они всегда пересекают силовые линии под углом 90° и располагаются ближе друг к другу там, где поле сильнее.

Эти чертежи линий поля и эквипотенциальных линий могут очень напоминать топографические карты — это прекрасная аналогия. Точно так же, как гравитация затрудняет катание тяжелого мяча по крутому склону, кулоновская сила затрудняет толкание большого заряда вблизи сильного поля.Гравитация заключена в потенциальной энергии гравитации, а кулоновская сила — в потенциальной электрической энергии.

Но у гравитации есть интуитивно понятное место для нуля — а именно, земля. Иногда возникают проблемы, которые легче решить, поместив нашу нулевую потенциальную точку где-нибудь в другом месте, но девять из десяти стоматологов согласны с тем, что земля — это довольно хорошее место, чтобы назвать h = 0 в формуле U g = мгч .

В случае электрической потенциальной энергии мы обычно называем бесконечность точкой нулевого потенциала: когда r = ∞, формула переходит к 0.Это определение согласуется с нашими формулами для силы, приближающейся к 0, когда r → ∞, и электрическое поле также приближается к 0, когда r → ∞).

Консистенция хорошая. Не «мы выиграли в лотерею, получили пятерку на тесте по физике и нашли счастливую копейку» вроде хорошо, но мы все равно возьмем это.

Распространенные ошибки

Формулы для F e , E , V и U e — все они выглядят очень похожими. для проверки агрегатов.Силы ( F e ) выражены в Н, электрические поля ( E ) выражены в Н/Кл, электрические потенциалы ( В ) выражены в В или Дж/Кл, а электрические потенциальные энергии выражены в Дж.

Закуска для мозгов

Если вы думаете, что утконос впечатляет, то это не единственное электрическое животное. Некоторые рыбы, такие как электрический угорь, способны создавать огромные разности потенциалов на своих телах, которые они могут разрядить, иногда приводя к катастрофическим последствиям (500 вольт «эй-я-съешь-тебя», как правило, не слишком забавны для этого). многие другие животные).

Электрический потенциал

Электрический потенциал Авторское право © Майкл Ричмонд. Эта работа находится под лицензией Creative Commons License.
  • Электрический потенциал представляет собой скалярное поле: оно помечает каждую точку в пространстве со значением (но без направления). Значение связано количество энергии, необходимое для перемещения электрического заряда к этому моменту.
  • Гравитационная потенциальная энергия между двумя объектами зависит о разнице в их позициях по отношению к гравитационное поле (т.е. вверх или вниз от земли). Электрическая потенциальная энергия между двумя объектами зависит от разницы в их положении относительно электрического поля (т. е. по направлению к или от электрические заряды).
  • Электрическая потенциальная энергия может быть обменена на кинетическую энергию, или гравитационная потенциальная энергия, или пружинный потенциал энергия и т.д.
  • Если заряженный объект движется в электрическом поле из точки А в точку В, изменение его электрической потенциальной энергии равно
                дельта EPE = - (работа электрического поля)
     
  • Изменение электрического потенциала при движении заряженного объекта из пункта А в пункт Б определяется как
                                 дельта ЭПЕ
                дельта V = ---------------
                               начисление на объект
     
  • Единицы измерения электрического потенциала: (Джоули / Кулоны) = Вольты.(-19) Джоуль
  • Разность потенциалов между двумя точками A и B из-за точки заряд q есть
                               ке * q ке * q
                 В - В = --------- - ---------
                  Б А р р
                                   Б А
     

Просмотр графика 1


Просмотр графика 2


Просмотр графика 3


Просмотр 4


Просмотр графика 5


Просмотр графика 6


Просмотр графика 7


Просмотр графика 8


Просмотр графика 9


Просмотр графика 10


Просмотр графика 11


Просмотр графика 12


Ответ на контрольный вопрос
Просмотр графика 13


Просмотр графика 14

Авторское право © Майкл Ричмонд.Эта работа находится под лицензией Creative Commons License.

Electric Potential — Видео по физике от Brightstorm

Поговорим об электрическом потенциале. Электрический потенциал — это еще одна величина, которую очень-очень полезно определить, и она находится как бы вдоль тех же линий электрического поля. Итак, если я перемещаю заряд через электрическое поле, это требует работы, потому что электрическое поле будет воздействовать на электрический заряд. Таким образом, электрическая сила является консервативной силой, и это означает, что любая работа, совершаемая ею, может быть выражена в терминах функции потенциальной энергии.Работа равна отрицательному изменению потенциальной энергии.

Теперь, как и в случае с электрическими полями, я хочу относиться ко всем тестовым зарядам одинаково. Я хочу рассматривать их все одновременно и не хочу рассматривать их всех по отдельности. Итак, что мы собираемся сделать, так это определить электрический потенциал как электрическую потенциальную энергию, деленную на пробный заряд. Итак, это точно то же самое, что мы сделали для электрического поля. Электрическое поле – это электрическая сила, деленная на пробный заряд.Хорошо, функция электрического потенциала расскажет нам, насколько положительный заряд будет скорее в одном месте, чем в другом. Итак, как мы понимаем из простой механики, всякий раз, когда потенциальная энергия высока, это означает, что объект на самом деле не хочет быть там. Так что всякий раз, когда электрический потенциал высок, это означает, что положительный заряд не хочет быть там. Скорее, там, где электрический потенциал низок. Теперь отрицательный заряд скорее будет там, где электрический потенциал высок.И предпочел бы не быть там, где электрический потенциал низок. Хорошо.

Единицей электрического потенциала является вольт, а это точно такой же вольт, который вы хорошо знаете по батарейкам. Итак, вольт, один вольт равен одному джоулю на кулон. Таким образом, это говорит нам, сколько энергии требуется для того, чтобы заряд находился в определенном месте на кулон заряда. Итак, если у меня есть электрический потенциал в три вольта или что-то еще, мне потребуется вдвое больше энергии, чтобы поместить туда двойной заряд.Джоулей на кулон. Хорошо? Хорошо.

Итак, из закона Кулона мы знаем, что электрический потенциал, связанный с большим зарядом, капиталом q, будет kq больше r, и это точно так же, как вы помните из гравитации, где электрическая, извините, гравитационная потенциальная энергия gmm над r. Тогда как сила была gmm над r в квадрате. Так что это одно и то же. Закон Кулона говорит нам, что kqq больше r в квадрате, но потенциальная энергия энергии чуть больше r. А затем, когда я делю на другой заряд, я получаю kq вместо r.Итак, это указывает нам на то, что когда вы близки к положительному заряду, потенциал, электрический потенциал высок. Это положительно. Когда вы находитесь рядом с отрицательным зарядом, электрический потенциал отрицателен. Так что это просто самое простое, что может быть, и, конечно, это имеет смысл. Если я попытаюсь получить положительный тестовый заряд, близкий к положительному большому заряду, то это будет стоить энергии. Он не хочет быть рядом с этим положительным зарядом. Это означает, что электрический потенциал должен увеличиться, и именно об этом говорит нам закон Кулона.

Хорошо. Сделаем пример. Итак, предположим, что у меня есть аккумулятор, и у него есть разность потенциалов 3 вольта. И я хочу знать, сколько энергии мне будет стоить взять 2 микрокулона заряда и перенести его с отрицательной стороны на положительную сторону батареи. Теперь, конечно, это будет стоить мне энергии, потому что эти 2 микрокулона положительны. Это означает, что он хочет быть на отрицательной стороне. Он хочет быть рядом со всем отрицательным зарядом, потому что это то, кто ему нравится.Он не хочет быть на позитивной стороне. Поэтому я хочу знать, сколько энергии это займет. Ну, господи. Энергия равна заряду, умноженному на напряжение. Заряд составляет 2 микрокулона, обратите внимание, что мы делаем все в единицах СИ. Напряжение составляет 3 вольта, и поэтому, когда мы умножаем, мы просто получаем 6 умножить на 10 на -6, а затем кулоны умножить на вольты, что составляет джоули. Так что мне будет стоить 6 микроджоулей энергии, чтобы переместить этот заряд с отрицательной стороны на положительную. Хорошо.

Теперь проведем качественный анализ.И мы собираемся ввести некоторые электрические поля, когда будем это делать. Я думаю, что это отличное упражнение, и оно просто помогает нам понять, что происходит с электрическим потенциалом и электрическими полями. И я хочу просто провести здесь несколько линий, чтобы разделить. У меня есть 3 разных примера. Хорошо. Итак, здесь у меня есть 2 положительных заряда и 3 точки, a, b и c. И я хочу знать в каждой из этих 3 точек, я не хочу точно знать, каков потенциал. Я не хочу точно знать, что такое электрическое поле.Я просто хочу знать, является ли электрический потенциал положительным, отрицательным или нулевым. И в каком направлении указывает электрическое поле? Хорошо.

Итак, приступим к первому примеру. Положительный, положительный, и я получил свою точку зрения прямо здесь. Хорошо. Сначала займемся электрическим потенциалом. Таким образом, а близок к 2 положительным зарядам. Каждый из этих положительных зарядов вносит положительный электрический потенциал. И тогда [IB] электрический потенциал положительный. Хорошо. А электрическое поле?

Ну, я должен подумать об этом.Этот положительный заряд хочет подтолкнуть любой положительный заряд вправо. Этот положительный заряд хочет подтолкнуть любой положительный заряд влево. Тот же заряд, то же расстояние, они отменяются. Таким образом, электрическое поле в точке а равно нулю. Он вообще не указывает ни в каком направлении. Хорошо. Сделаем б.

Опять же, в точке b электрический потенциал должен быть положительным, потому что единственные вклады исходят от плюсов. Итак, у нас есть положительный электрический потенциал. А электрическое поле? Ну, в данном случае этот положительный заряд всех отталкивает.Этот положительный заряд всех сталкивает с этого пути. И когда я сложу эти два вектора вместе, они вернутся к моим предыдущим вычислениям, но электрическое поле будет направлено прямо вверх. Хорошо. Выполним пункт c. Очевидно, снова электрический потенциал положительный. Теперь в этом случае оба положительных заряда толкают влево, а это означает, что электрическое поле слева. Хорошо, отлично. Сделаем второй пример. Вот этот.

Итак, у меня есть положительный заряд и отрицательный заряд.Итак, давайте посмотрим на пункт а. Ну, в точке а одинаковое расстояние от положительного и от отрицательного. Итак, что вы думаете об электрическом потенциале? Ну, это будет ноль. Итак, v=0. Хорошо. Давайте посмотрим на электрическое поле. Положительный заряд хочет, чтобы любой пробный заряд в точке а двигался вправо, отрицательный заряд хочет, чтобы любой пробный заряд в точке а двигался вправо. Так что ты думаешь? Это будет справа. Хорошо? Делаем пункт б.

Теперь, для точки b, снова это то же самое расстояние от положительного, что и от отрицательного.А это опять означает, что электрический потенциал будет равен нулю. Хорошо. А электрическое поле? Ну, положительный заряд хочет, чтобы пробный заряд двигался вот так. Отрицательный заряд хочет, чтобы пробный заряд двигался именно так. Когда я складываю эти два вектора вместе, электрическое поле оказывается прямо справа. Хорошо. А пункт с?

Точка c ближе к положительному заряду, чем к отрицательному. Так положительный заряд больше, он сильнее. Важнее электрический потенциал в точке с.А это значит, что он положительный. Хорошо. Теперь займемся электрическим полем. Ну, в точке с положительный заряд толкает влево. Отрицательный заряд тянет вправо. Значит, электрическое поле будет равно нулю? Что ж, давайте подумаем об этом. Положительный заряд ближе, значит, он побеждает. Ну вот. Хорошо. Электрическое поле слева. Хорошо. Теперь давайте сделаем это последнее.

Вот у меня 4 заряда. Положительный, отрицательный, отрицательный, положительный. Хорошо. Итак, давайте продолжим и посмотрим на a.Электрический потенциал. Итак, точка а находится на одинаковом расстоянии от двух положительных зарядов и на одном и том же расстоянии от двух отрицательных зарядов. Таким образом, электрический потенциал отменяется. Будет ноль, хорошо? А электрическое поле? Ну, что здесь происходит, так это то, что у меня есть этот отрицательный заряд, который тянет вот так. У меня есть этот положительный заряд, который толкает вот так, но затем у меня есть этот положительный заряд, который нейтрализует тот, и у меня есть этот отрицательный заряд, который равен [IB]. Это означает, что электрическое поле также нуль.Эта ситуация называется квадропольным моментом. Где у нас есть электрический потенциал и электрическое поле, оба равны нулю. Хорошо. А пункт б?

Итак, точка b находится на таком же расстоянии от этого положительного заряда, как и от того. Так что, что касается электрического потенциала, эти ребята даже не имеют значения. Хорошо? А здесь и здесь? Ну, опять же расстояние. Таким образом, электрический потенциал снова равен нулю. А электрическое поле? Что ж, посмотрим. Электрическое поле здесь стремится к отрицательному.Электрическое поле здесь отталкивает [IB], так что они соглашаются друг с другом.

0 comments on “Что такое потенциал в электричестве: Страница не найдена — Amperof.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.