Часть 3. Основные законы электротехники

1. Закон Кулона.

2. Закон Джоуля-Ленца.

3. Первый закон Кирхгофа.

4. Второй закон Кирхгофа.

5. Закон Ампера.

6. Закон Ома для участка цепи.

7. Закон Ома для полной цепи.

Часть 1. Общая электротехника

1. Проводники в электрическом поле.

Проводники — это вещества, характеризующиеся наличием в них большого количества носителей зарядов, способных перемещаться под действием электрического поля.

Чаще всего в качестве проводника используют металлы, электролиты и плазмы. В металлах носителями заряда являются электроны, свободно перемещающиеся между атомами, в электролитах — положительные и отрицательные ионы, в плазме — свободные электроны и ионы.

Рис. 1.1.

В металлическом теле (рис. 1.1) под действием внешнего электрического поля с напряженностью Е свободные электроны перемещаются вдоль линий напряженности к одной из поверхностей тела, которая получает отрицательный заряд. Тогда противоположная поверхность тела получает такой же положительный заряд в соответствии с законом сохранения заряда. Такое явление смещения зарядов на поверхность проводника, помещенного в электрическое поле, называется электростатической индукцией.

В результате разделения зарядов создается внутреннее электрическое поле Е_в, направленное противоположно внешнему. При равенстве E = Е_в разделение зарядов прекращается. Результирующая напряженность внутри проводника равна нулю.

Если в электрическое поле поместить проводник с полостью внутри, то и в этом случае заряженные частицы будут только на поверхности. Внутри металла и внутри полости электрическое поле отсутствует. На практике это свойство используют для электростатического экранирования, т.е. для защиты какого-либо устройства от внешних электрических полей. Например, поместив устройство в металлический кожух (экран), защищают его от воздействия внешних электрических полей.

2. Диэлектрики в электрическом поле.

В диэлектриках количество свободных заряженных частиц очень мало, поэтому направленным движением этих частиц можно пренебречь.

Различают диэлектрики с полярными и неполярными молекулами. Полярные молекулы можно представить в виде электрического диполя, т.е. пары разноименных зарядов, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга. При отсутствии внешнего поля диполи ориентированы произвольно. Во внешнем поле диполи испытывают действие силы, которая поворачивает их в направлении внешнего поля.

В неполярных молекулах внешнее поле смещает заряженные частицы вдоль направления поля, в результате чего они приобретают свойства диполей.

Ориентация или смещение зарядов диполей под действием внешнего электрического поля называется поляризацией диэлектрика.

При снятии внешнего поля диполь занимает прежнее положение. Однако имеются такие диэлектрики, которые, будучи поляризованными внешним электрическим полем, сохраняют остаточную поляризацию (сегнетоэлектрики, электреты). Явление поляризации присуще только диэлектрикам. Величина, показывающая во сколько раз уменьшится напряженность поля, если вместо вакуума применить диэлектрик, называется относительной диэлектрической проницаемостью. Ее приводят в справочниках, так для воздуха έ = 1, слюды 4-6, фарфора 5-8 и т.д.