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


Лента изоляционная: черная тканевая хб или ПВХ, термоусадочная, преимущества

Лента изоляционная: черная тканевая хб или ПВХ, термоусадочная, преимущества Разновидности изолент: лента изоляционная ХБ или тряпочная, ПВХ рулонная изолента. Из чего изготавливают изоляционную ленту. Сферы применения изоленты. Термоусадочная лента. Варианты клеевых покрытий. Преимущества изолент....

03 02 2023 1:15:25

Как сделать внешнюю антенну для 4G модема: разновидности и хаpaктеристики

Как сделать внешнюю антенну для 4G модема: разновидности и хаpaктеристики Для чего LTE модему нужна внешняя антенна 4G. Технические хаpaктеристики самодельных 4G антенн для мобильных модемов. Как сделать выносную 4G своими руками: схема и инструменты....

02 02 2023 3:46:49

Время токовые хаpaктеристики автоматических выключателей

Время токовые хаpaктеристики автоматических выключателей Время токовые хаpaктеристики автоматических выключателей бывают А, B, C, D, Z, К типов. Они отличаются соотношениями между действующим и номинальным токами....

01 02 2023 19:11:33

Радиолюбительская вертикальная многодиапазонная самодельная КВ антенна

Радиолюбительская вертикальная многодиапазонная самодельная КВ антенна КВ антенна своими руками: конструкция и расчеты. Эффективные проволочные кв антенны для дальней связи. Укороченные антенны для радиолюбителей на 7 Мгц. Настройка антенн и контуров с помощью генератора помех....

31 01 2023 0:41:49

Типы клеммников для электрической проводки: клеммная колодка

Типы клеммников для электрической проводки: клеммная колодка Когда применяются клеммные колодки. Типы клеммных соединений: клеммная колодка, скрутки, ножевые, распределительные и пружинные клеммы. Клеммники для светильников и электропроводки. Назначение клеммных коробок....

30 01 2023 15:19:48

Единица измерения плотности электротока: вектор и формула вычисления

Единица измерения плотности электротока: вектор и формула вычисления Требования для существования постоянного электрического тока. Электрический ток и его плотность: определение и формулы для вычисления величины. Виды электротока, условия протекания и единицы измерений рассмотренных величин. Вектор плотности тока....

29 01 2023 14:25:15

Разновидности витой пары и типы маркировки кабеля для интернета

Разновидности витой пары и типы маркировки кабеля для интернета Общая классификация и назначение кабелей типа "витая пара": экранированные и неэкранированные кабеля. Устройство витых пар и правила соединения с помощью коннекторов RJ45. Особенности маркировки, материал и сечение проводника....

28 01 2023 8:42:47

О металлической гофре для проводки: правила монтажа электропроводки в металлогофру

О металлической гофре для проводки: правила монтажа электропроводки в металлогофру Разновидности и хаpaктеристики металлических гофрированных труб. Металлическая гофра для проводки: преимущества и недостатки. Сфера применения металлического рукава. Особенности монтажа и эксплуатации....

27 01 2023 10:53:17

Проверка стабилитрона на плате с помощью мультиметра

Проверка стабилитрона на плате с помощью мультиметра Стабилитрон и его свойства. Проверка стабилитрона мультиметром на плате: порядок действий. Определение теплового пробоя. Проверка исправных стабилитронов. Пороговое значение напряжения. Можно ли проверить стабилитрон не выпаивая....

26 01 2023 5:50:56

О видах аккумуляторов: какие бывают разновидности батарей, виды АКБ

О видах аккумуляторов: какие бывают разновидности батарей, виды АКБ Виды существующих аккумуляторных батарей: от электрохимических до световых. Разновидности свинцово-кислотных батарей. Расшифровка аббревиатур и технические хаpaктеристики различных видов аккумуляторов....

25 01 2023 23:30:13

Правила буравчика и правого винта: закон правой руки для соленоида

Правила буравчика и правого винта: закон правой руки для соленоида Принцип буравчика (правило правого винта) с точки зрения физики. Формулировка закона правой руки для соленоида с током. Закон левой руки как основа законов Ампера. Расчет индуктивности катушек и формирование противотоков....

24 01 2023 18:27:44

Об автоматическом выключателе: что такое автомат, места установки и правила монтажа

Об автоматическом выключателе: что такое автомат, места установки и правила монтажа Виды и классификация автоматических выключателей. Приборы для работы со сверхвысокой нагрузкой. Назначение автоматического выключателя. Процесс монтажа автомата для постоянного и переменного тока....

23 01 2023 1:58:34

Перечень средств относящихся к средствам индивидуальной защиты

Перечень средств относящихся к средствам индивидуальной защиты Определение средств индивидуальной защиты. Меры по снижению влияния вредных факторов, снижения степени опасности и предотвращения несчастных случаев. Перечень и классификация СИЗ. Порядок приобретения и выдачи, ответственность за использование....

22 01 2023 7:42:17

Физическая формула расчета эквивалентного сопротивления в цепи

Физическая формула расчета эквивалентного сопротивления в цепи Определение эквивалентного сопротивления. Разница в методике определения эквивалентного сопротивления в цепях с последовательным и параллельным соединением элементов. Расчёт при смешанном соединении устройств. Физические формулы, примеры вычислений....

21 01 2023 13:38:26

Отличие перезаряжаемого аккумулятора от обычной батареи, разница маркировок

Отличие перезаряжаемого аккумулятора от обычной батареи, разница маркировок Отличие батарейки от аккумуляторной системы. Рекомендации для определения аккумулятора от обычной батарейки. Аккумулятор и батарейка: хаpaктеристики и маркировка....

20 01 2023 23:23:29

Понятие катода и особенности его применения в вакуумных приборах и пулопроводниках

Понятие катода и особенности его применения в вакуумных приборах и пулопроводниках Определение катода и анода в электрохимии. Применение катодов и анодов в вакуумных приборах и полупроводниковых элементах. Катод и анод - это плюс или минус?...

19 01 2023 19:11:54

Схема подключения и хаpaктеристики счетчика электроэнергии Меркурий 201

Схема подключения и хаpaктеристики счетчика электроэнергии Меркурий 201 Общее описание прибора учета электроэнергии Меркурий 201. Правила (схема) подключения и технические хаpaктеристики однофазного счетчика Меркурий-201. Преимущества использования в быту и на производстве....

18 01 2023 6:48:49

Уличные светильники: виды, способы применения, выбор

Уличные светильники: виды, способы применения, выбор Основные характеристики уличных светильников – мощность светового потока, экономичность и срок службы. В последнее время популярны светодиодные приборы....

17 01 2023 16:52:59

Вычисляем мощность переменного и постоянного электрического тока по формуле

Вычисляем мощность переменного и постоянного электрического тока по формуле Определение мощности как основной хаpaктеристики электрооборудования. Мощность: определение с помощью закона Ома. Расчёт мощностей электрического тока в сетях переменного и постоянного напряжения. Однофазные нагрузки....

16 01 2023 1:58:43

Тестеры кабеля: классификация, принцип действия и особенности конструкции

Тестеры кабеля: классификация, принцип действия и особенности конструкции Назначение кабельного тестера. Тестирование с помощью прибора различных кабелей: витой пары, коаксиального кабеля. Определение проблем сетей. Тестеры кабелей как универсальное устройство для обнаружение сетевых неисправностей....

15 01 2023 12:12:39

Управление светодиодными лентами

Управление светодиодными лентами Знакомство с устройством светодиодных лент, способы регулирования их яркости и управление цветом. Подключение диммеров к светодиодным источникам света....

14 01 2023 11:32:37

Кабельные гермовводы: назначение, размеры и классификация

Кабельные гермовводы: назначение, размеры и классификация Основное назначение и применение кабельных гермовводов. Конструктивные особенности сальника кабеля. Основные критерии выбора кабельного гермоввода. Кабельные гермовводы (сальники): типы и классификация....

13 01 2023 7:22:36

Электротехника: основы, понятия, положения и определения

Электротехника: основы, понятия, положения и определения Основные понятия электротехники. Круг вопросов, рассматриваемых в большинстве курсов по электротехнике. Определения электромагнетизма, переменного тока и электрических машин (электродвигатели и генераторы)....

12 01 2023 12:25:47

Зависимость сопротивления от температуры: определение термосопротивления

Зависимость сопротивления от температуры: определение термосопротивления Термосопротивление: назначение изделий. Типы термообразователей и принцип их действия. Металлические или полупроводниковые термометра сопротивления. Формула зависимости сопротивления от температуры....

11 01 2023 23:50:51

Расшифровка маркировки кабеля ВВГНГ frls: огнестойкий силовой кабель

Расшифровка маркировки кабеля ВВГНГ frls: огнестойкий силовой кабель Классификация проводов ВВГНГ: расшифровка аббревиатуры FRLS. Технические хаpaктеристики ФРЛС-кабеля. Особенности конструкции огнестойких силовых кабелей. Направления применения. Условия монтажа и эксплуатации кабеля силового ВВГнг-FRLS....

10 01 2023 14:45:37

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....

09 01 2023 13:38:26

Светильники для кухни - подбор, советы и декорирование

Светильники для кухни - подбор, советы и декорирование Выбирая светильники для кухни при декорировании, руководствуются правилами дизайна и принципами деления помещения на функциональные зоны....

08 01 2023 5:33:43

О споттере из сварочного аппарата своими руками: как сделать точечную сварку

О споттере из сварочного аппарата своими руками: как сделать точечную сварку Свойства точечной сварки. Особенности переделки споттера из сварочного аппарата своими руками. Типы сердечников. Выбор параметров вторичной обмотки, схемы и размещение обмоток. Схема управления....

07 01 2023 22:51:37

Определение полезной мощности источника тока физической формулой

Определение полезной мощности источника тока физической формулой Полезная мощность: какую энергию называют полезной, по какой формуле она высчитывается. Потери внутри источника питания и внутреннее сопротивление. Энергия Р и КПД. Коэффициент полезного действия нагрузки. Измерение мощности источника тока....

06 01 2023 16:49:32

Коммерческий учет электроэнергии: особенности, автоматизированные системы

Коммерческий учет электроэнергии: особенности, автоматизированные системы Коммерческий учет это финансовый расчет между предприятием поставляющим электрическую энергию или производящими ее и конечным потребителем....

05 01 2023 9:55:12

Изготовление mimo антенн 4g lte своими руками в домашних условиях

Изготовление mimo антенн 4g lte своими руками в домашних условиях Технологии приема и отправки информации в линиях беспроводной связи. Mimo антенна 4g lte своими руками или как изготовить антенну Харченко в домашних условиях. Сборка самодельной антенны для приема 4G....

04 01 2023 19:27:45

Что делать в случае боя энергосберегающих ламп: сколько ртути содержит одна лампа

Что делать в случае боя энергосберегающих ламп: сколько ртути содержит одна лампа Устройство и принцип люминисцентного источника света. Опасности попадания ртути в организм человека. Разбилась лампочка энергосберегающая: что делать, какова опасность для здоровья человека?...

03 01 2023 11:14:49

Условия резонанса напряжений в электроцепях и условия их возникновения

Условия резонанса напряжений в электроцепях и условия их возникновения Условия резонанса: понятие, определения и формулы. Что такое резонанс токов и напряжений. Какие резонансы возникают в последовательных контурах, а какие в параллельных. Применение резонансов: магнетроны и феррорезонансные стабилизаторы напряжения....

02 01 2023 19:56:14

О нормативах по потрeблению электроэнергии на человека без счетчика

О нормативах по потрeблению электроэнергии на человека без счетчика На чем основан норматив потрeбления электроэнергии на человека без счетчика. Нормативный показатель потрeбления э/э на 1 человека, кВтч/м (таблица). Виды нормативов для льготников, граждан проживающих в домах с электрическим отоплением....

01 01 2023 10:46:34

Щит учета электроэнергии: подключение, выбор

Щит учета электроэнергии: подключение, выбор Щит учета электричества важная деталь в электромонтаже счетчиков и другой аппаратуры! Подключение металлических, пластиковых и уличных щитов это просто....

31 12 2022 14:10:42

Магнитные пускатели серии ПМ-12: технические хаpaктеристики изделия

Магнитные пускатели серии ПМ-12: технические хаpaктеристики изделия Функциональное использование магнитного пускателя ПМ-12. Хаpaктеристики и основные технические значения пускателей ПМ12. Принцип работы и комплектность. Монтаж и отличие от контакторов....

30 12 2022 17:28:56

Расчет освещения в бытовых и производственных помещениях

Расчет освещения в бытовых и производственных помещениях Расчёт количества и мощности светильников, а также ламп для освещения жилых и производственных помещений. Расчет прожекторного освещения....

29 12 2022 22:18:54

Виды переключателей фаз -механический, ручной и трехфазный

Виды переключателей фаз -механический, ручной и трехфазный Принцип работы и устройство фазового переключателя. Правила выбора переключателя фаз. Использование фазового переключателя для постоянного функционирования техники. Виды переключателей фаз -механический, ручной и трехфазный: какой переключатель фаз выбрать - механический или электронный....

28 12 2022 13:27:15

УЗИП (молниезащита) - принцип действия, классификация

УЗИП (молниезащита) - принцип действия, классификация Что это такое УЗИП (Устройство для защиты от импульсных перенапряжений) ? Активная молниезащита. Молниезащита зданий. Расчет молниезащиты....

27 12 2022 6:41:43

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....

26 12 2022 2:22:19

О принципе работы УЗО: схема подключения к сети трехфазного и однофазного автомата

О принципе работы УЗО: схема подключения к сети трехфазного и однофазного автомата Назначение и принцип работы УЗО. Подключения устройства защитного отключения. Основные отличия УЗО от дифференциального автомата. Как выбрать нужное устройство по параметрам....

25 12 2022 8:46:20

О знаках заземления электроустановок: размер значка по ГОСТ и варианты исполнения

О знаках заземления электроустановок: размер значка по ГОСТ и варианты исполнения Зачем нужно заземление. Как выглядит знак заземления, о чем он информирует. Знаки заземления на электрических схемах....

24 12 2022 17:57:40

Измерение потенциала: разность потенциалов в электротехнике и физике

Понятие потенциала в физике. Разность потенциалов (напряжение) как основное понятие в электротехнике и электричестве. Примеры формул служащих для вычисления напряжения. Для чего нужен потенциометр электрику и как он работает....

23 12 2022 18:37:46

Подбор конденсатора нужной мощности: нужна ли большая емкость конденсаторов

Подбор конденсатора нужной мощности: нужна ли большая емкость конденсаторов Подразделения конденсаторов по возможности изменения емкости. Основные параметры и сокращенные обозначения. Конденсатор: принципы подбора и определение мощности гасящего или балластного конденсатора. Можно ли поставить конденсатор большей емкости....

22 12 2022 10:28:27

Точечные светильники - конструкция, выбор и монтаж

Точечные светильники - конструкция, выбор и монтаж Что представляют собой точечные светильники. Как грамотно организовать подготовительный и монтажный процесс подключения точечного светильника...

21 12 2022 1:54:54

Утилизация ламп: люминесцентные, галогеновые и их составляющие

Утилизация ламп: люминесцентные, галогеновые и их составляющие Способы утилизации, трaнcпортировки, хранения и выды опасных для здоровья человека ламп. Утилизация аккумуляторов и конденсаторов входящих в их состав....

20 12 2022 19:47:49

Самостоятельная установка электросчетчика

Самостоятельная установка электросчетчика Установка счетчика задача посильная даже не профессионалу. Нужно пройти несколько этапов: выбор, монтаж, и подключение электросчетчика!...

19 12 2022 2:51:55

Умный дом - создаем автономную систему

Умный дом - создаем автономную систему Перечень функций которые выполняет умный дом, варианты применяемого оборудования, а также проектирование умного дома. Как работает система....

18 12 2022 23:59:41

Виды самозажимных пружинных клеммников: применение и преимущества

Виды самозажимных пружинных клеммников: применение и преимущества Классификация клеммников, преимущества и недостатки устройств. Самозажимной пружинный клеммник - простота и надежность применения. Недостатки быстрозажимного клеммника. Как правильно выбрать клеммники....

17 12 2022 13:18:11

Расшифровка маркировки и технические хаpaктеристики кабеля ПНСВ: конструкция провода

Расшифровка маркировки и технические хаpaктеристики кабеля ПНСВ: конструкция провода Конструкция провода ПНСВ. Хаpaктеристики кабеля. Технология монтажа ПНСВ-кабеля. Расшифровка маркировки, технические хаpaктеристики проводов. Области применения кабелей ПНСВ. Как подключить и проложить провод....

16 12 2022 17:34:25

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