Основные явления электромагнитного поля, применяемые в теории электрических цепей
Поле неподвижных электрических зарядов называют электростатическим нолем, являющимся наиболее простым случаем электромагнитного поля. В обычных условиях в достаточно большом элементе объема тела находятся в среднем равное количество положительно и отрицательно заряженных частиц или, другими словами, положительных и отрицательных электрических зарядов, и тело является электрически нейтральным.
В электрически заряженном теле преобладают положительные или отрицательные заряды. Электрически заряженные тела и частицы окружены электрическим полем, в общем случае изменяющемся во времени.
Если в электрическое поле, которое окружает электрически заряженную частицу вещества, внесли другую заряженную частицу (пробный заряд), то последняя будет испытывать действие силы поля, причем сила поля оказывается пропорциональной величине пробного заряда и может иметь разную величину в различных точках пространства.
Напряженность электрического поля есть векторная величина, характеризующая электрическое поле и определяющая силу, действующую на заряженную частицу со стороны электрического поля.
Напряженность электрического поля есть векторная величина, равная пределу отношения вектора силы, с которой электрическое поле действует на неподвижное точечное заряженное тело, внесенное в рассматриваемую точку поля, к величине заряда этого тела, когда его заряд стремится к нулю:
Из (1.1) видно, что направление напряженности совпадает с направлением силы, действующей на положительно заряженное точечное тело.
Воспользуемся экспериментально установленной Кулоном зависимостью:
где: 
и 
— величины точечных электрических зарядов двух тел, которые расположены в однородной изотропной среде на расстоянии 
друг от друга; 
— абсолютная диэлектрическая проницаемость среды, которая связана соотношением 
. Здесь 
— относительная диэлектрическая проницаемость вещества, a 
— диэлектрическая постоянная вакуума равная 
.
Если определить напряженность поля во всех его точках, можно провести ряд линий так, чтобы в каждой точке этих линий касательные к ним совпадали по направлению с вектором напряженности поля (рисунок 1.1).
Эти линии называют линиями напряженности электрического поля. На чертеже их изображают со стрелками, указывающими направление вектора 
. Совокупность таких линий образует картину электрического поля. Если второй заряд выбрать в качестве пробного и в выражение (1.1) подставить формулу (1.2), то получим:
где 
— единичный радиус-вектор.
В соответствии с формулой (1.3) появляется физическая интерпретации вектора напряженности электрического поля как силы, численно равной силе, действующей на единичный положительный пробный заряд 
. Единицей измерения является В/м.
На заряд 
(рисунок 1.1), расположенный в произвольной точке электрического поля, действует сила:
При переносе этого тела из точки 
в точку 
на участке 
сила электрического поля выполняет работу 
, а на всем пути от точки до точки :
Величиной падения напряжения 
, между точкой и принято называть работу сил электрического поля при переносе единичного положительного электрического заряда из точки в точку в областях не занятых источниками энергии.
Единицей измерения напряжения является вольт (В). Если путь 
совпадает с линией напряженности поля, то 
, откуда единица измерения напряженности — В/м.
Если точка будет перемещена в точку 
и далее в бесконечность, где нет источников поля, так как стремится к бесконечности и напряженность равна нулю, то падение напряжения 
зависит только от координат точки 
и, таким образом, является характеристикой поля в ней. Полученная скалярная величина называется электрическим потенциалом точки 
Если выбрать заряд 
, то электрическим потенциалом точки а является работа сил электрического поля по переносу единичного положительного заряда из данной точки а в бесконечность, где нет источников поля:
Рассмотрим разность потенциалов между точкой и :
В соответствии с формулой (1.5) 
,. Следовательно, разница потенциалов между точкой и является падением напряжением между точками и и не зависит от формы пути. Работа сил электрического поля по переносу электрического заряда по замкнутому контуру из точки в точку и наоборот из точки в точку равна нулю. Действительно:
Поля, для которых выполняется равенство (1.7), принято называть потенциальными, независимо от физической природы вектора 
.
Под электрической емкостью одиночного заряда тела понимают отношение величины заряда тела к величине потенциала этого тела 
. В системе СИ емкость измеряется в фарадах 
и кратных ей единицах:
микрофарадах (мкФ) и пикофарадах (пФ), при этом 
, 
Кроме величин векторов 
следует учитывать явление поляризации вещества:
где: 
— вектор поляризованности вещества; 
— электрический момент двух равных по значению и противоположных по знаку зарядов, находящихся на расстоянии 
(это векторная величина, направленная от заряда — 
к заряду + ).
В поляризованном веществе молекулы в электрическом отношении представляют собой диполи.
Для большинства диэлектриков вектор поляризации пропорционален напряженности электрического поля 
(
— электрическая восприимчивость).
Интенсивность электрического поля характеризуется вектором электрической индукции или вектором электрического смещения 
:
где 
— относительная диэлектрическая проницаемость.
В системе СИ величины 
и 
имеют одну и ту же единицу: кулон деленный на метр в квадрате 
.
Одной из важнейших теорем электростатики является теорема Гаусса.
Поток вектора электрической индукции (электрического смещении) через любую замкнутую поверхность, окружающую некоторый объем, равен алгебраической сумме свободных зарядов, находящихся внутри этой поверхности:
Из этой формулы следует, что вектор 
в однородных средах не зависит от диэлектрических свойств среды 
.
Эта страница взята со страницы задач по электротехнике:
Электротехника — решения задач и примеры выполнения заданий
Возможно эти страницы вам будут полезны:
| Проводники, диэлектрики и полупроводники |
| Электрические токи проводимости, переноса и смещения |
| Теорема компенсации |
| Линейные соотношения в линейных электрических цепях |
