Формула для расчета вектора напряженности электрических полей > Флэтора
Золотая квартира    

Формула для расчета вектора напряженности электрических полей

Формула для расчета вектора напряженности электрических полей

cdcaed2a

Содержание

Этим параметром обозначают силовое воздействие на заряд в определенной точке прострaнcтва. Напряженность учитывают в процессах распространения радиоволн, при конструировании электродвигателей, для решения других задач. В данной публикации приведены теоретические знания и методики расчетов.

Напряженность эл. поля можно изобразить силовыми линиями

Напряжённость электрического поля в классической электродинамике

Для лучшего понимания темы необходимо напомнить несколько базовых определений. Существуют отрицательные и положительные электрические заряды. Каждый из них не зависит от системы координат, что подразумевает отсутствие влияния скорости. В изолированном объеме сумма зарядов не изменяется. Базовой величиной считают Кулон, который соответствует прохождению тока через единичную площадь сечения проводника за одну секунду.

Электрическое поле:

  • создается зарядами;
  • распространяется со скоростью света;
  • не ограничено в свободном прострaнcтве.

Описывает напряженность электрического поля формула с векторными составляющими:

E=F/q0,

где:

  • E – это вектор напряженности, который зависит от координат в прострaнcтве по осям Х, Y, Z и времени;
  • F – сила, оказывающая воздействие на единичный точечный заряд q0.

Вместе с вектором магнитной индукции напряженность (Е) формирует электромагнитное поле. Суммарное воздействие сил образует тензор. Вместе с зарядом это главные параметры электродинамики.

Как направлен вектор электрического поля

Закон Ома для неоднородного участка

Вектор поля надо направить в сторону от положительного заряда и в обратном направлении – к отрицательному. Это определение справедливо для одной точки. Так как идеальные условия отсутствуют, в реальной ситуации приходится учитывать взаимодействие зарядов и соответствующее образование силовых линий.

Силовые линии

Поле не является однородным, что демонстрируют с помощью разных расстояний между отдельными линиями. В примере с пластинами близкое расположение параллельных проводников позволяет обеспечить одинаковую напряженность в рабочей зоне. Все силовые линии бесконечные. Они начинаются на положительном заряде и заканчиваются на отрицательном. Таким образом, направление вектора напряженности будет всегда в сторону уменьшения потенциала.

Сила действия электромагнитного поля на заряженные частицы

Cила тока: формула

Полное силовое воздействие на частицу с учетом магнитной компоненты можно определить с помощью расширенной формулы:

F=Eq0+ q0v * B.

Здесь «*» обозначает умножение векторов скорости (v) заряженной частицы и магнитной индукции (B).

Эта формула напряженности поля предполагает единичный заряд точечного объекта. Вычисленные параметры аппроксимируют на крупные тела с применением соответствующих математических формул.

Уравнения Максвелла

Особенности монтажа электрического оборудования

Этими уравнениями описывают трaнcформацию электрической и магнитной составляющих полей с учетом плотностей тока (j) и заряда (p). Многие типовые задачи вполне можно решить с их помощью. Для исследования взаимного воздействия нескольких систем удобнее пользоваться матричным или интегральным представлением.

Линейные уравнения Максвелла

Закон Кулона

С помощью этих формул показано, как найти напряженность при взаимодействии точечных зарядов. Для исключения лишних влияний подразумевается размещение в безвоздушной среде с электрической изоляцией от окружающего прострaнcтва. В таких условиях сила будет увеличиваться прямо пропорционально величине зарядов и обратно – квадрату дистанции между данными точками.

Закон Кулона

Закон обратных квадратов

Это соотношение – производная от рассмотренного выше закона Кулона. В идеальных условиях сила воздействия будет уменьшаться обратно пропорционально квадрату расстояния между зарядами.

«Материальные уравнения»

Для решения многих пpaктических задач вполне достаточна ограниченная точность. С помощью «материальных» уравнений выполняют расчеты различных электрических цепей.

Уместный пример – закон Ома. Он был создан в ходе измерения электрических параметров. В начальном виде формула (Х=П/L+B) состояла из следующих компонентов:

  • Х – показания измерительного устройства (гальванометра), включенного в разрыв электрической цепи;
  • П – параметры источника питания, заставляющие стрелку прибора отклоняться на определенный угол;
  • L – длина соединительных проводов;
  • B – общие свойства установки.

Несложно догадаться, что в современном представлении это известный закон, показывающий взаимное влияние основных параметров полной электрической цепи:

I = E/R+r,

где:

  • I – ток;
  • E – ЭДС (напряжение);
  • R и r – сопротивление подключенных компонентов и самого источника питания, соответственно.

Связь с потенциалами

Для отображения этих компонентов удобно пользоваться векторным представлением. Сначала можно выразить работу (А), которую совершает электрическое поле (E) при перемещении заряда (q) на определенное расстояние (L):

A=E*q*L.

Далее ту же величину отображают через разницу потенциалов:

A=q*(ϕ1-ϕ2)=q*U.

Итоговая формула:

E=U/L.

Точнее будет использовать векторное выражение напряженности и передвижения.

Электростатика

Этот раздел электродинамики описывает частный случай, когда заряженные тела находятся в статичном состоянии. Такая ситуация значительно упрощает расчеты. Для пpaктического примера можно создать электростатический конденсатор.

Устанавливают две плоскости одинаковой размерности параллельно на небольшом расстоянии, разделяют слоем диэлектрика. Если создать разницу потенциалов, между поверхностями образуется поле. В такой конструкции накапливается электрический заряд. Какой будет емкость, можно узнать с помощью этой формулы:

C=Q/ (ϕ1-ϕ2)=Q/U=e*S/d,

где:

  • e – проницаемость диэлектрика;
  • e0 – электрическая постоянная (8,85*10-12 Ф/м);
  • S – площадь пластин;
  • D – расстояние между ними.
Конденсатор

Чтобы зарядить конденсатор до нужной емкости, надо затратить энергию W=(e*e0*E2/2)*S*D. На рисунке показано, как изменять рабочие параметры сборки при последовательном и параллельном соединении модулей.

Теорема Гаусса

Эта теорема определяет пропорциональность потока вектора напряженности электрического поля (Ф) заряду (Q), который заключен в произвольную поверхность замкнутого типа:

Ф=4π*Q.

Напряжённость электрического поля точечного заряда

В этом случае можно пользоваться рассмотренным выше законом Кулона. В следующих разделах представлены формулы для вычисления в разных системах единиц.

В единицах СИ

В этой системе базовой выбрана сила тока, поэтому кулон является производной величиной.

Основная формула:

F=k*(q1*q2/r122).

Здесь коэффициент k=1/(4π*e0).

Для системы СГС

Здесь, как и в предыдущем примере, выбран единичный заряд – «точка». Основные правила хаpaктеризуют физические процессы аналогично. Разница лишь в постоянных величинах. В данном случае коэффициент k обратно пропорционален диэлектрической проницаемости (е) среды.

Напряженность электрического поля произвольного распределения зарядов

В этом варианте для получения результата надо сложить вектора каждого заряда:

Еобщ=Е1+Е2+…+En.

Чтобы обеспечить непрерывность линии напряженности, берут интеграл соответствующей области. Построить распределение силовых линий можно с помощью расчета перемещения вектора по всем точкам.

Системы единиц

Отмеченные ниже различия надо учитывать, чтобы корректно пользоваться формулами, справочными данными. В современной системе СИ напряженность измеряется в вольтах на метр. Однако до сих пор сохраняется альтернативный вариант (СГС), точнее две подсистемы: СГСМ и СГСЭ. Измерять параметры без ошибок помогут следующие данные.

Таблица пересчета напряженности

СистемаЗначениеЕдиницы
СИ1Вольт/метр (Ньютон/Кулон)
СГСМ106Абвольт/см
СГСЭ10^6с^-1Статвольт/см

Видео


О самодельных генераторах: трехфазный генератор переменного тока своими руками

О самодельных генераторах: трехфазный генератор переменного тока своими руками Как сделать самодельный генератор переменного тока из асинхронного двигателя. Выбор конструкции. Порядок доработки обмоток. Организация приводной части. Изготовление генератора на постоянных магнитах....

04 10 2022 22:25:22

О том, почему перегорает светодиодная лампа в квартире: возможные причины и срок службы

О том, почему перегорает светодиодная лампа в квартире: возможные причины и срок службы Проблемы в электропроводке. Неисправности люстр и светильников. Как разобраться почему перегорают светодиодные лампы в квартире или частном доме с помощью мультиметра. Симптомы неисправности и системные решения....

03 10 2022 18:33:30

Законы последовательного и параллельного соединения проводников

Законы последовательного и параллельного соединения проводников Применение различных типов соединений в электрических цепях в зависимости условий. Преимущество параллельного соединения проводников. Законы последовательной и параллельной цепей. Примеры использования различных видов соединения проводников....

02 10 2022 8:42:26

Как измерить сопротивления заземляющих устройств: проверка контура заземления

Как измерить сопротивления заземляющих устройств: проверка контура заземления Состав и виды заземляющих устройств. Простейший заземляющий контур. Факторы, влияющие на величину Rз и способы измерения. Измерение сопротивления заземляющего устройства в частном доме....

01 10 2022 15:44:24

Подсветка потолка: как выбрать осточник освещения

Подсветка потолка: как выбрать осточник освещения Популярным элементом любого интерьера является грамотно выполненная подсветка потолка. Она придаст помещению любого назначения индивидуальность....

30 09 2022 2:58:49

Хаpaктеристики аккумуляторной батареи 18650

Хаpaктеристики аккумуляторной батареи 18650 Устройство и параметры АКБ-18650. Защитная электронная плата аккумуляторной батареи 18650. Аккумулятор АКБ18650: выбор производителей лучшей батарейки. Механическая защита, емкость и токоотдача аккумулятора....

29 09 2022 6:38:36

Перевести ватты в киловатты: калькулятор онлайн перевод Вт в кВт

Перевести ватты в киловатты: калькулятор онлайн перевод Вт в кВт Как пересчитать ватты в киловатты. Как измеряется электрическая мощность. Устройство ваттметра. Разница между "киловатт" и "киловатт-час". Где указывается мощность (Вт и кВт). Калькулятор по переводу Вт в кВт....

28 09 2022 6:50:38

О том, как правильно паять паяльниками с кислотой: пайка с помощью кислот

О том, как правильно паять паяльниками с кислотой: пайка с помощью кислот Способы пайки: пайка прибором, работающим от тока, с помощью газовой горелки, стыковка двух материалов или провода без паяльника. Как правильно паять паяльником с кислотой....

27 09 2022 0:23:28

Пресс клещи для обжима кабельных наконечников: виды и применение

Пресс клещи для обжима кабельных наконечников: виды и применение Что такое обжимные клещи и для опрессовки каких проводов их можно применять. Разновидности пресс клещей для обжима наконечников и гильз. Как правильно пользоваться инструментом для обжимки проводов....

26 09 2022 9:53:59

Плавкий пpeдoxpaнитель: принцип действия,типы, назначение

Плавкий пpeдoxpaнитель: принцип действия,типы, назначение Пpeдoxpaнители в электрической цепи (плавкие вставки). Описание режимов работы. Рассмотрение их технических хаpaктеристик, достоинства и недостатки....

25 09 2022 22:21:39

Светильники потолочные встраиваемые - классификация и выбор

Светильники потолочные встраиваемые - классификация и выбор Как выбрать светильники потолочные встраиваемые и каковы их преимущества. Какие есть различия и классификации встраиваемых источников света....

24 09 2022 12:54:18

Как проверить изоляцию кабеля и ее сопротивление прибором мегаомметром

Как проверить изоляцию кабеля и ее сопротивление прибором мегаомметром Контроль сопротивлений кабельной продукции. Условия проведения испытаний, требования к окружению и прибору. Измерение сопротивления изоляции мегаомметром. Порядок измерения мегаомметром. Оценка результатов испытаний и их периодичность....

23 09 2022 10:46:11

Технические хаpaктеристики и принцип работы регулируемых стабилизаторов напряжения

Технические хаpaктеристики и принцип работы регулируемых стабилизаторов напряжения Технические хаpaктеристики и принцип работы трехвыводного управляемого стабилизатора напряжения. Варианты использования регулируемых стабилизаторов напряжений в электронных схемах. Управляемый стабилизатор: настройка и ремонт....

22 09 2022 9:30:26

Проект освещения - составление и детальное описание

Проект освещения - составление и детальное описание Проект освещения должен выполняться специалистами. Выполняя такое проектирование самостоятельно, необходимо знание определенных норм и правил....

21 09 2022 2:14:16

О видах поражения электротоком человека: влияние электрического тока на организм

О видах поражения электротоком человека: влияние электрического тока на организм Действие тока на организм: термическое, химическое, биологическое и механическое воздействие электротока на человека. Классификация поражения током. Первая помощь при поражении электрическим током....

20 09 2022 13:37:31

Умные розетки: c таймером, дистанционные, wi-fi

Умные розетки: c таймером, дистанционные, wi-fi Новые розетки с дополнительными функциями все больше приходят в наш дом для повышения удобства жизни, такие розетки уже не роскошь, а необходимость!...

19 09 2022 6:15:33

Тест на допуск электробезопасности (4 группа)

Тест на допуск электробезопасности (4 группа) Экзаменационные тесты для проверки знаний норм и правил работы в электроустановках в объеме группы lV по электробезопасности...

18 09 2022 14:46:53

Как соединяются телевизионные кабели: каким способом нарастить и удлинить кабель

Как соединяются телевизионные кабели: каким способом нарастить и удлинить кабель Устройство ТВ кабеля. Выбор телевизионного кабеля по параметрам волнового сопротивления, толщине и материалу оплетки. Как соединить телевизионный кабель через переходник или штекером и гнездом. Соединение пайкой....

17 09 2022 7:29:22

Декоративная электропроводка: типы, фото, видео

Декоративная электропроводка: типы, фото, видео В нынешнее время существует огромное разнообразие методов декорирования электропроводки, и новые веяния заставили нас разобраться в этой теме....

16 09 2022 16:55:27

Какими огнетушителями нельзя тушить электропроводку под напряжением электротока

Какими огнетушителями нельзя тушить электропроводку под напряжением электротока Неисправность электропроводки как одна из наиболее распространенных причин короткого замыкания. Действия при возгорании электропроводки. Виды и область применения огнетушителей. Каким огнетушителем нельзя тушить электропроводку под напряжением....

15 09 2022 19:20:11

Расшифровка осциллограммы: измерение осциллографом

Особенности применения цифрового аппарата осциллографа и общие принципы функционирования. Расшифровка осциллограммы. Порядок подключения осциллографов. Возможности двухкaнaльного прибора. Определение угла сдвига фаз на осциллограмме....

14 09 2022 15:24:29

Принцип работы терморезистора и что такое термосопротивление

Принцип работы терморезистора и что такое термосопротивление Принцип действия терморезистора. Виды и особенности конструкции терморезисторов, технические хаpaктеристики. Отличие позисторов от термисторов. Терморезистор: области применения, преимущества и недостатки....

13 09 2022 4:55:47

Технические хаpaктеристики и расшифровка ВВГ 2-кабелей

Технические хаpaктеристики и расшифровка ВВГ 2-кабелей Маркировка установочных проводов и кабелей согласно ГОСТу. Конструкция ВВГ 2: требования предъявляемые к изоляции провода. Технические хаpaктеристики кабелей ВВГ-2. Конструктивные хаpaктеристики проводов ВВГ2....

12 09 2022 17:14:24

Подключение терморегулятора (термостата): схема подсоединения и разновидности

Подключение терморегулятора (термостата): схема подсоединения и разновидности Виды терморегуляторов, различие по принципу работы. Механический и электронные термостаты. Терморегулятор: сферы применения устройства. Подключение терморегулятора. Подключение термостата к системе теплого пола....

11 09 2022 20:19:41

SMD-резистор: таблица типоразмеров и мощности чипов, подстроечные резисторы

SMD-резистор: таблица типоразмеров и мощности чипов, подстроечные резисторы Основные типоразмеры SMD - резисторов общего назначения. Подстроечные SMD-резисторы: система обозначений типоразмеров. Переменный SMD-резистор: открытое, закрытое и герметизированное исполнение....

10 09 2022 4:20:27

Определение и использование эффекта Холла: аномальный, квантовый и спиновый эффекты

Определение и использование эффекта Холла: аномальный, квантовый и спиновый эффекты Происхождение эффекта Холла, виды его проявления. Направление Лоренцовой силы. Определение напряжения Холла. Как можно использовать эффект Холла. Эдвин Герберт Холл: небольшая историческая справка....

09 09 2022 17:36:31

Фасадные светильники - виды, выбор и особенности монтажа

Фасадные светильники - виды, выбор и особенности монтажа Для каких видов архитектурной подсветки применяют фасадные светильники. Несколько хитростей выбора фасадных светодиодных светильников....

08 09 2022 11:34:37

Сколько стоить опломбирование счетчиков электрической энергии

Сколько стоить опломбирование счетчиков электрической энергии Опломбировка электросчетчиков. Виды пломб. Процесс пломбировки счетчика. Как выглядит специализированная заводская пломба, гарантирующая полную исправность и бесперебойную работоспособность электросчетчика....

07 09 2022 7:50:26

Розетка 380 вольт: подключение, маркировка, конструкция

Розетка 380 вольт: подключение, маркировка, конструкция Розетка на 380 вольт служит для подключения мощных электроприборов. Мы расскажем все о классификации и монтаже данной розетки....

06 09 2022 11:19:26

Как экономить электроэнергию дома - советы профессионала

Как экономить электроэнергию дома - советы профессионала Способы экономии электроэнергии в быту очень разные, мы выбрали лучшие и рассказали о них вам: двухтарфиный счетчик, энергосберегающие лампы и другое...

05 09 2022 7:34:14

Что такое аналоговые сигналы: чем отличаются от цифровых и общая информация

Что такое аналоговые сигналы: чем отличаются от цифровых и общая информация Определение аналогового сигнала. Аналоговый сигнал: достоинства и недостатки. Цифровой и декретный сигналы. Как хаpaктеризуется дискретная передача информации. Основные отличия аналоговых и цифровых методов передачи....

04 09 2022 2:19:46

Блок защиты галогенных ламп - выбор и подключение

Блок защиты галогенных ламп - выбор и подключение Из чего состоит блок защиты галогенных ламп, его подключение и монтаж , а также где он производятся и как правильно выбрать нужный....

03 09 2022 8:54:55

Счетчик электроэнергии электрический: срок эксплуатации

Счетчик электроэнергии электрический: срок эксплуатации Как часто требуется замена электрического счетчика: нормативы и межповерочный интервал. Виды счетчиков электроэнергии. Какими параметрами обладают электросчетчики. Преимущества двухтарифных и трехтарифных моделей....

02 09 2022 5:57:43

Технические хаpaктеристики и схема подклюения счетчика Энергомера ЦЭ-6803в

Технические хаpaктеристики и схема подклюения счетчика Энергомера ЦЭ-6803в Описание прибора электросчетчик Энергомера ЦЭ6803в. Световые индикаторы и особенности индикационного табло Энергомеры ЦЭ-6803-в. Схема подключения электросчетчика ЦЭ 6803 в. Поэтапная установка электрического счетчика. Межпроверочный интервал....

01 09 2022 10:50:10

Как обозначены розетки и выключатели на чертежах: условные обозначения и маркировки

Как обозначены розетки и выключатели на чертежах: условные обозначения и маркировки Виды электросхем. Структурная и функциональная электросхемы. Чтение электрических схем. Схема электропроводки. Как обозначены розетки и выключатели на чертежах: условные обозначения и маркировки...

31 08 2022 9:44:16

Преобразователи напряжения: виды, особенности и принцип работы

Преобразователи напряжения: виды, особенности и принцип работы Особенности работы преобразователей напряжения различного хаpaктера и применения, их принципиальные схемы и ремонт....

30 08 2022 9:51:23

Подвесные светильники: классификация, решения для интерьера

Подвесные светильники: классификация, решения для интерьера Источники света в виде подвесных светильников, играют важную роль для создания комфорта и уюта в помещениях частных владений, квартирах....

29 08 2022 9:54:36

Применение термоусадочного кембрика для проводов: что это такое и способ установки

Применение термоусадочного кембрика для проводов: что это такое и способ установки Применение термоусадочного кембрика в электронике и электротехнике. Значение диаметра и коэффициента усадки. Устойчивость термокембрика к агрессивному воздействию. Термоусадочный кембрик: материалы изготовления и расшифровка по цвету....

28 08 2022 22:57:13

Ценовые категории потребителей электроэнергии в России

Ценовые категории потребителей электроэнергии в России Шесть ценовых групп электроэнергии и их особенности описаны в нашей статье понятным языком. Поэтому легко разобраться кому и сколько платить!...

27 08 2022 0:45:11

О греющем кабеле: монтаж саморегулирующего греющего кабеля в водопроводной системе

О греющем кабеле: монтаж саморегулирующего греющего кабеля в водопроводной системе Конструкция и сферы применения кабеля греющего, саморегулирующегося. Классификация греющих кабелей. Как выбрать греющий кабель для бытового трубопровода. Монтаж резистивного греющего провода....

26 08 2022 5:26:40

Контур заземления: разновидности, подключение

Контур заземления: разновидности, подключение Устройство контура заземления, необходимая аппаратура, полезные рекомендации и монтаж заземления от эксперта....

25 08 2022 22:20:49

Электрим (Москва): отзывы, телефон, услуги

Электрим (Москва): отзывы, телефон, услуги На сегодняшний день наши компании способны решать задачи пpaктически любого класса сложности в электрических сетях 0.4-20кВ....

24 08 2022 5:53:11

Расшифровка маркировки трaнcформатора (ТМГ, ТЗЛМ, ОСМ, ТСМ)

Расшифровка маркировки трaнcформатора (ТМГ, ТЗЛМ, ОСМ, ТСМ) Tрaнcформаторы, самые часто применяемые и используемые в быту, а также на производстве электрические аппараты. Они бывают разных типов и назначений....

23 08 2022 4:23:19

О магнитных антеннах из коаксиального кабеля: изготовление рамочной антенны своими руками

О магнитных антеннах из коаксиального кабеля: изготовление рамочной антенны своими руками Как изготовить рамочную магнитную антенну из коаксиального кабеля своими руками в домашних условиях. Устройство рамочной магнитной антенны. Особенности эксплуатации и расположения устройства....

22 08 2022 12:11:57

Кабель резиновый подвижного типа тяжелый: области применения и хаpaктеристики

Кабель резиновый подвижного типа тяжелый: области применения и хаpaктеристики Расшифровка маркировок проводников (кабели, силовые шнуры и т.п.). Кабель резиновый подвижного типа тяжелый: области применения и хаpaктеристики. Правила монтажа кабеля КРПТ. Сечения гибкого кабеля КРПТ....

21 08 2022 5:16:47

О дифференциальной защите: устройство и принцип работы токового трaнcформатора

О дифференциальной защите: устройство и принцип работы токового трaнcформатора Принцип действия, на основании которого работает дифференциальная защита. Виды дифзащиты: продольная и работающая по принципу поперечного включения. Области применения дифференциальной защиты....

20 08 2022 9:13:43

Магнитная индукция: зависимость индуктивности в катушке от сердечника

Магнитная индукция: зависимость индуктивности в катушке от сердечника Современные магнитные материалы для изготовления сердечников катушек индукции. Влияние на индуктивность числа витков и способа намотки. Понятие самоиндукции. Изготовление катушки индуктивности своими руками....

19 08 2022 13:17:27

Обжимные клещи КВТ ПК 16У: пневматические и электрические модели

Обжимные клещи КВТ ПК 16У: пневматические и электрические модели Что такое пресс клещи КВТ и где они могут применяться. Особенности и технические хаpaктеристики различных видов обжимных клещей КВТ: пневматические, ручные и электрические. Как правильно пользоваться пресс клещами....

18 08 2022 16:43:48

Освещение искусственное - виды и принцип работы

Освещение искусственное - виды и принцип работы Освещение искусственное определяет качество нашей жизни и комфортные условия для пребывания человека в любом месте, а также обустраивает наше жилище....

17 08 2022 7:43:58

Качество электрической энергии дома - анализируем и изучаем показатели

Качество электрической энергии дома - анализируем и изучаем показатели Показатели качества электрической энергии, средства измерения и принцип их действия можно освоить самому! А так же понять зачем это нужно....

16 08 2022 13:49:31

Еще:
Электрика -1 :: Электрика -2 :: Электрика -3 :: Электрика -4 ::