Процесс накопления энергии в электрическом поле характеризуется уравнением

Электрический ток в проводящей среде. Процесс превращения электрической энергии в тепло. Процесс накопления энергии в электрическом поле

Страницы работы

Фрагмент текста работы

упорядоченное построение электрических зарядов под воздействием электрического поля

4.Упорядоченное движение электрических зарядов под воздействием электрического поля

5.упорядоченное движение молекул под воздействием электрического поля

Процесс превращения электрической энергии в тепло характеризуется уравнением

Процесс накопления энергии в электрическом поле характеризуется уравнением:

1.

2.

3.

4.

5.

Мгновенные значения электрических величин, характеризующие режим работы устройства называются

1. Параметрами устройства

2. Параметрами цепи

3. Параметрами режима

4. Параметрами ветви

5. Параметрами электрического поля

При протекании электрического тока в катушке индуктивности создается запас

2.Энергии магнитного поля

3.Энергии электрического поля

1.Разность токов между двумя точками поля

2.Разность потенциалов между двумя точками поля

3. Сумма потенциалов двух точек поля

4. Разность сопротивлений двух ветвей

5. Произведение потенциалов двух точек поля

В идеальном источнике тока

1.Внутреннее сопротивление R_вн= 0, I=const

2.Внутреннее сопротивление R_вн=const, I=const

3.Внутреннее сопротивление R₀¹0, Е=0

4.Внутреннее сопротивление R_вн>R_н, I=const

5. Внутреннее сопротивление R₀>R_н, I=const

Устройство, в котором происходит процесс превращения электрической энергии в световую, тепловую, механическую, называют

1.Источником постоянного тока

2.Приемником электрической энергии

3.Источником электрической энергии

4.Преобразователем электрической энергии

5.Преобразователем тепловой энергии

Величина сопротивления измеряется в следующих единицах

Зависимость напряжения на сопротивлении (R=const)от силы тока выражается

Элемент цепи, в котором электрическая энергия источника преобразуется в энергию магнитного поля, называется

Количественно индуктивность определяется:

1.×t

2.

3.

4.

5.×t 2

При возникновении э.д.с. самоиндукции напряжение на катушке индуктивности численно определяется из выражения

1.

2.

3.

4.

5.

Энергия магнитного поля индуктивной катушки уменьшается при:

1. 0

5.>0

Количественно идеальная емкость определяется

1.

2.

3.

4.

5.

Численно ток в конденсаторе определяется из выражения

1.

2.

3.

4.

5.

В конденсаторе энергия электрического поля возрастает при

1. 0

Алгебраическая сумма токов всех ветвей, соединенных в один узел, равна нулю (какой это закон)

3.Первый закон Кирхгофа

4.Второй закон Кирхгофа

В замкнутом контуре алгебраическая сумма всех источников э.д.с. равна сумме падений напряжений во всех резистивных элементах контура (какой это закон)

1.Первый закон Кирхгофа

2.Второй закон Кирхгофа

Мощность на участке цепи при постоянном токе

Наименьший интервал повторения мгновенных значений электрических параметров называется

Величина, обратная периоду переменного тока, называется

Частота синусоидального тока в рад/с определяется из выражения

1.

2.

3.

4.

5.

При постоянном токе отсутствует явление самоиндукции и поэтому:

Постоянный ток не проходит

2.Через активное сопротивление

3.Через катушку индуктивности

5.Через резистивный элемент

Принцип действия электромагнитных генераторов основан на использовании явления

Значение мгновенной величины синусоидального тока в момент времени t=0, характеризуется начальной фазой

Мгновенное значение синусоидального тока, протекающего через активное сопротивление

1.

2.

3.

4.

5.

Мгновенное синусоидальное напряжение на катушке индуктивности

1.

2.

3.

4.

5.

Реактивное индуктивное сопротивление в омах равно

3.

Мгновенное значение тока в цепи с идеальной емкостью

1.

2.

3.

4

5.

Реактивное емкостное сопротивление

1.

2.

3.

4.

5.

Приведена временная диаграмма мгновенных значений тока и напряжения для цепи

1.С идеальной катушкой индуктивности

2.С идеальной емкостью

3.С идеальным активным сопротивлением

4.С последовательно соединенными конденсатором и сопротивлением

5.С параллельно соединенными конденсатором и катушкой индуктивности

36.

Зависимость полного сопротивления от частоты при параллельном соединении L, С

Линейные и фазные токи и напряжения в симметричной трехфазной системе при соединении фаз нагрузки треугольником

1. ,

2. ,

3. ,

4. ,

5. ,

Определение напряжения между “нулем” источника и “нулем” приемника

Энергия электрического поля — формулы и определение с примерами

Содержание:

Энергия электрического поля:

Для зарядки проводника выполняется работа по преодолению силы отталкивания между зарядами. За счет этой работы проводник получает энергию. Полученная энергия заряженного тела количественно равна работе, выполненной при его зарядке, т.е.

Среднее значение потенциала тела равно среднему арифметическому его начальных и конечных значений, т.е.

Поставляя значении в уравнение (7.21), получим следующее выражение:

Значит, работа, выполненная при зарядке тела, равняется половине произведения его заряда на потенциал. При зарядке тела его потенциал плавно, т.е. линейно изменяется согласно формуле . Здесь – электрическая емкость проводника. Тогда выражение (7.23) можно записать следующим образом:

Согласно соотношению , формулу для расчета энергии электрического поля изолированного заряженного тела можно записать в виде

Если заряженное тело является конденсатором, то при расчете энергии () его электрического поля величину заряда в формуле (7.25) нужно заменить на величину зарядов на одной обкладке конденсатора, а потенциал заменить на разницу потенциалов между обкладками, т.е., можно записать:

Исходя из этого, формулу определения электрической энергии конденсатора можно записать в виде:

Энергия заряженного тела сосредоточена в электрическом поле, созданном вокруг него, величина энергии зависит от объема пространства, занимаемого полем и напряженности поля.

Рассмотрим частный случай плоского заряженного конденсатора.

Электрическое поле, созданное зарядами обкладок плоского конденсатора, сосредоточено в среде между его обкладками. Объем пространства можно вычислить по формуле .

Учитывая емкость заряженного плоского конденсатора и зависимость между разницей потенциалов обкладок и напряженностью поля конденсатора, с учетом формулы (7.27), получим следующее соотношение:

Энергия заряженного плоского конденсатора прямо пропорциональна квадрату напряженности созданного им поля и объему пространства, занимаемого этим полем. Энергия, приходящаяся на удельную единицу поля, называется объемной плотностью энергии. То есть:

Каждый конденсатор имеет свойство накапливать в себе не только заряд, но и энергию. Энергия, полученная конденсатором, сосредоточена в среде между его обкладками. Эту энергию невозможно хранить длительное время. Конденсатор с течением времени передает полученный заряд в окружающую среду, т.е. разряжается.

При разрядке конденсатора через цепь с маленьким электрическим сопротивлением энергия передается практически мгновенно.

Образец решения задачи:

Емкость плоского воздушного конденсатора равна 0,1 , разность потенциалов 200 В. Вычислите энергию электрического поля в конденсаторе.
Дано:

Основные понятия, правила и законы:

Закон сохранения зарядов	Алгебраическая сумма зарядов всех тел внутри любой закрытой системы не меняется, т.е.:
Силовые линии электрического поля	Линии, показывающие направления силы, действующие со стороны поля на положительный заряд, введенный в электрическое поле. Силовые линии электрического поля, образованного положительным зарядом, направлены от заряда, а в случае отрицательного заряда – направлены к нему.
Напряженность электрического поля	Напряженность электрического поля – векторная физическая величина, характеризующая электрическое поле в данной точке и численно равная отношению силы , действующей на неподвижный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда :
Напряженность поля, создаваемого точечным зарядом на расстоянии .
Принцип суперпозиции электрического поля.	Напряженность электростатического поля, создаваемого в данной точке системой зарядов, равна векторной сумме напряженностей полей, создаваемых в этой точке каждым зарядом в отдельности:
Напряженность электрического поля в точках внутри заряженного шара (сферы) и за его пределами
Поляризация диэлектрика.	Деформация электронной оболочки атомов (молекул) диэлектрика под воздействием электрического поля, в результате чего центры положительных и отрицательных зарядов атома не накладываются друг на друга.
Диэлектрическая восприимчивость.
Напряженность поля в точке на расстоянии от точечного заряда, расположенного внутри диэлектрика.
Потенциальная энергия заряда, находящегося на расстоянии от неподвижного положительного заряда
Потенциал точечного заряда .
Электрическое напряжение.
Консервативная сила.	Сила, работа которой не зависит от траектории перемещения.
Объемная плотность энергии.

Энергия электрического поля

В заряженном конденсаторе обкладки имеют разноименные .заряды и взаимодействуют благодаря наличию электрического поля. О телах, которые взаимодействуют, говорят, что они имеют энергию. Таким образом можно утверждать, что заряженный конденсатор имеет энергию.

Наличие энергии в заряженном конденсаторе можно подтвердить опытами. Для этого возьмем конденсатор довольно большой емкости, источник тока, лампочку и составим цепь, показанную на рисунке 1.44. Сначала переведем переключатель в положение 1, зарядив таким образом конденсатор от источника тока.

Pиc. 1.44. Схема цепь, в которой лампочка вспыхивает за счет энергии заряженного конденсатора

Если после этого перевести переключатель в положение 2, то увидим кратковременную вспышку света вследствие накала нити лампочки.

Наблюдаемое явление можно объяснить тем, что заряженный конденсатор имел энергию, благодаря которой была выполнена работа по накалу спирали лампочки.

Согласно закону сохранения энергии работа, выполненная при разрядке конденсатора, равна работе, выполненной при его зарядке. Расчет этой работы и соответственно потенциальной энергии заряженного конденсатора должен учитывать особенности процесса зарядки конденсатора. Зависимость заряда Q от времени зарядки t показана на графике (рис. 1.45).

Pиc. 1.45. Изменение заряда конденсатора при его зарядке

Поскольку заряд конденсатора изменяется не пропорционально времени, вести расчет на основании формулы A = QEd нельзя, ведь напряженность поля также все время изменяется. Вместе с тем разность потенциалов между обкладками при зарядке линейно изменяется от нуля до определенного максимального значения (рис. 1.46).

Рис. 1.46. К расчету работы электрического поля в конденсаторе

Поэтому работа, которая выполняется при зарядке конденсатора, равна:

Если учесть, что то

Таким образом, энергия электрического поля в конденсаторе равна:

Приняв во внимание, что , получим: .

Задача:

Импульсную контактную сварку медной проволоки совершают при помощи разряда конденсатора электроемкостью 1000 мкФ при разности потенциалов между обкладками 1500 В. Какова средняя мощность импульсного разряда, если его дли тельность 2 мкс и КПД установки равен 4 %?

Решение
Работа по сварке проволоки выполняется
за счет энергии за ряженного конденсатора:

Средняя полезная мощность определяется с учетом времени выполнения работы:

Подставив значения физических величин, получим:

Ответ: полезная мощность, которую развивает сварочная установка, равна 225 ∙ 10 -5 Вт.

Влияние электрического поля на живые организмы

Многие люди понятие электричества и электрического поля связывают только с электризацией различных тел, мощными электрическими машинами, средствами электроники и т. п. Вместе с тем электрические явления происходят и в живой природе. И это не только электризация шерсти кошки или собаки, когда их гладят рукой, но и более сложные формы, связанные с их жизнедеятельностью. В природе существуют живые организмы, способные генерировать электричество и использовать его для охоты, защиты и ориентирования в пространстве.

Одним из таких живых существ является электрический угорь (рис. 1.47). Он может генерировать разность потенциалов между отдельными частями своего тела до 360 В. Разряды, которые создает эта рыба, живые существа ощущают на расстоянии до 20 см.

Рис. 1.47 Электрический угорь

Свойства электрического угря использовали древние врачи для лечения подагры, мигрени, эпилепсии и т. п.

Аналогичные свойства и у электрического ската-торпедо (рис. 1.48). Он может на протяжении 15 с генерировать до 150 разрядов за секунду по 80 В каждый.

Pиc. 1.48 Электрический скат

Электрические явления играют существенную роль и в физиологии человека. Одним из мощных генераторов человека является сердце. На рисунке 1.49 показаны о к ни потенциальные поверхности тела человека при активной работе сердца.

Рис. 1.49. Эквипотенциальные растений.

Хотя эти потенциалы сравнительно невелики — несколько милливольт, но их используют для диагностирования болезней сердца. Записывая эти потенциалы, специальные аппараты создают кардиограммы, по которым врач определяет состояние человека.

В физиотерапевтических кабинетах используют лечебный метод -фарадизацию, когда человека подвергают действию электрического поля и таким образом лечат некоторые болезни.

Исследования ученых показали, что под действием электрического поля улучшаются свойства семян растений. Растения, выращенные поверхности человека из таких семян, существенно улучшают спою урожайность. Даже трава растет интенсивнее под линиями электропередач, где существует сильное электрическое поле.

Если человека определенным образом изолировать от действия электрического поля «Земли, то его состояние существенно ухудшается. Некоторые люди чувствуют себя не комфортно в цельнометаллических вагонах, самолетах, автомобилях, где электрическое поле Земли экранируется металлическими корпусами транспортных средств.

• Электрическое поле заряженных неподвижных тел
• Напряженность электрического поля
• Принцип суперпозиции электрических полей
• Проводники в электрическом поле
• Электрическое поле заряженного шара
• Электрические явления в физике
• Потенциал поля точечного заряда в физике
• Работа электрического поля при перемещении заряда в физике

При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org

Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

Whatsapp и логотип whatsapp являются товарными знаками корпорации WhatsApp LLC.

Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.

Накопление электрической энергии

Публикации по материалам Д. Джанколи. «Физика в двух томах» 1984 г. Том 2.

В заряженном конденсаторе накоплена (аккумулирована) электрическая энергия. Эта энергия конденсатора равна работе, необходимой для зарядки конденсатора.
Процесс зарядки конденсатора состоит, по сути, в том, что заряд с одной пластины переносится на другую. Именно это совершает источник напряжения, когда его подключают к конденсатору. Сначала, когда конденсатор не заряжен, для переноса первой порции заряда не требуется работы.
Но когда на каждой из пластин уже имеется заряд, для пополнения его приходится совершать работу против сил электрического отталкивания. Чем больше накопленный пластинами заряд, тем большую работу, необходимо совершить для его увеличения. Если на пластинах существует разность потенциалов V, работа по переносу элемента заряда dq равна dW = V_dq. Поскольку V= q/C , где С — емкость конденсатора, тогда работа по его заряду составит:

Итак, мы можем сказать, что энергия, запасенная, или аккумулированная, конденсатором, равна

если заряды обкладок конденсатора емкостью С равны соответственно +Q и -Q. А так как Q = СV, где V — разность потенциалов между обкладками, мы можем написать

Пример 25.5. Конденсатор емкостью 20 мкФ подключен к батарее напряжением 12 В. Какую энергию может запасти конденсатор?

Решение. Согласно (25.5),

Энергия не является «вещественной субстанцией», поэтому она вовсе не должна быть где-то сосредоточена. Тем не менее принято считать, что она запасена электрическим полем между пластинами.
Для примера выразим энергию плоского конденсатора через напряженность электрического поля. Мы показали [см. (24.3)], что между параллельными пластинами существует приблизительно однородное электрическое поле Е и его напряженность связана с разностью потенциалов соотношением V = Ed, где d — расстояние между пластинами.
Кроме того, согласно (25.2), емкость плоского конденсатора равна С = s₀ A/d. Тогда

Произведение Ad характеризует объем, занимаемый электрическим полем Е. Разделив обе части формулы на объем, получим выражение для энергии, запасенной в единице объема, или плотности энергии u:

Плотность электростатической энергии, запасенной в любой части пространства, пропорциональна квадрату напряженности электрического поля в этой области.

Выражение (25.6) получено для частного случая плоского конденсатора. Можно показать, однако, что оно справедливо для любой области пространства, в которой существует электрическое поле.

Продолжение следует. Коротко о следующей публикации:

Диэлектрики.
В конденсаторах между пластинами проложен изолирующий материал (диэлектрик), например слюда или пластмассовая пленка. Этим достигается сразу несколько целей. Во-первых, диэлектрики лучше противостоят электрическому пробою, чем воздух, и к конденсатору можно приложить более высокое напряжение. Во-вторых, при наличии диэлектрика пластины можно расположить ближе друг к другу без опасения, что они могут соприкасаться. В третьих, ёмкость конденсатора увеличится в несколько раз благодаря электрической поляризации диэлектрика.

Замечания и предложения принимаются и приветствуются!