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


Перемотка или ремонт статора (якоря) после замыкания: как проверить статор

Перемотка или ремонт статора (якоря) после замыкания: как проверить статор Действие статора двигателя в зависимости от конфигурации устройства. Материал изготовления статоров: кремниевая (электротехническая) сталь. Проверка якоря коллекторного двигателя. Как проверить и перемотать статор....

18 05 2022 23:21:37

Воздушные выключатели: принцип работы, классификация

Воздушные выключатели: принцип работы, классификация Принцип работы высоковольтных выключателей с сжатым воздухом. Их классификация и назначение. ИХ особенности эксплуатации. Самые распространённые типы....

17 05 2022 2:23:16

Перекосы фазы в трехфазных и однофазных сетях тока (ПУЭ): причины и допустимые значения

Перекосы фазы в трехфазных и однофазных сетях тока (ПУЭ): причины и допустимые значения Что называется перекосом фаз. Расчет дисбаланса напряжений по формуле. От чего зависит симметрия напряжения системы между распредсетями и потребителями электроэнергии. Перекосы фазы в трехфазных и однофазных сетях тока (ПУЭ)...

16 05 2022 5:54:30

Определение наведенного напряжения в электрике и защита от него

Определение наведенного напряжения в электрике и защита от него Что называют наведенным напряжением. Природа явления наведенного напряжения. Какую опасность представляет из себя наведенное напряжение, как возникает в проводах. Какая сила тока может быть в наведенном напряжении....

15 05 2022 3:24:37

Установка для производства биогаза для частного или фермерского хозяйства

Установка для производства биогаза для частного или фермерского хозяйства Механизм образования газа. Сырье для биогаза. Биогаз: технология получения, преимущества и недостатки. Конструкция биогазовой установки для частного или фермерского хозяйства....

14 05 2022 23:19:33

О счетчике двухтарифном: правила установки выгодного электросчетчика

О счетчике двухтарифном: правила установки выгодного электросчетчика Что такое счетчик двухтарифный: принцип работы прибора. Монтаж счетчика двухтарифного: уполномоченные организации. Преимущества и недостатки прибора. Разновидности конструкций. Подключение двухтарифных приборов учета....

13 05 2022 1:10:46

Как проложить электрический кабель в грунте: технология и глубина укладки

Как проложить электрический кабель в грунте: технология и глубина укладки Прокладка кабеля в земле: сферы применения метода. Какой кабель допускается использовать по ПУЭ. Основные правила укладки провода в грунт. Как проложить электрокабель под землей: алгоритм действий....

12 05 2022 11:47:23

Индукционный паяльник своими руками

Индукционный паяльник своими руками Что такое индукционная пайка. Принцип работы индукционной паяльной станции. Принцип работы нагревательного элемента. Изготовление индукционного паяльника своими руками в домашних условиях. Выбор материала для изготовления жала индукционной паяльной станции....

11 05 2022 16:46:10

Диммер с пультом ду: принцип работы, видео

Диммер с пультом ду: принцип работы, видео Диммер с пультом ду служит для дистанционного управления освещением и является популярным решением при освещении многих объектов, позволяющим создать уют....

10 05 2022 22:41:38

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....

09 05 2022 4:14:58

Как правильно разместить розетки в квартире: выбор места, распределение по квартире

Как правильно разместить розетки в квартире: выбор места, распределение по квартире Место расположения розеток в квартире в первую очередь это удобство эксплуатации. Мы приведем пример правильного распределения розеток по квартире....

08 05 2022 13:11:54

Люминесцентные лампы и светильники - выбор и подключение

Люминесцентные лампы и светильники - выбор и подключение Сравнение двух источников света: люминесцентные лампы и светильники и светодиодные источники света. Их подключение, демонтаж и монтаж....

07 05 2022 9:27:32

Какая аккумуляторная батарея лучше для шуруповерта

Какая аккумуляторная батарея лучше для шуруповерта Какие элементы питания лучше для шуруповертов: литиевые или никеливые. Сроки службы АКБ шуруповертов. Сравнительные рейтинги аккумуляторов. Возможна ли переделка шуруповерта под другой тип аккумулятора....

06 05 2022 16:55:30

Параметры тока при параллельном соединении резисторов: расчет подключения

Параметры тока при параллельном соединении резисторов: расчет подключения Правила параллельного соединения резисторов. Расчеты мощности и силы тока в проводниках при параллельном соединении резисторов. Примеры формул. Отличия от последовательного и смешанного соединений....

05 05 2022 8:51:24

Определение резонанса простыми словами: проявления в природе

Определение резонанса простыми словами: проявления в природе Польза и вред резонансов. Резонанс в электрических цепях как явление. Добротность колебательной системы. Положительные и отрицательные стороны резонанса. Частота резонанса....

04 05 2022 0:29:13

Определение электрического тока

Определение электрического тока Что называют электрическим током. В каких единицах измеряется сила или величина электрического тока. Что представляет собой электрический ток. Проводники и полупроводники. Законы для электротока. Хаpaктеристики электроцепи....

03 05 2022 17:28:43

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....

02 05 2022 5:34:32

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....

01 05 2022 6:50:43

Монтаж освещения - советы, основы и рекомендации

Монтаж освещения - советы, основы и рекомендации Монтаж освещения выполняется после составления проекта в соответствии с требованиями электротехнической безопасности и с учетом особенностей интерьера....

30 04 2022 11:57:34

Уличная розетка: установка, степени защиты

Уличная розетка: установка, степени защиты Подключение и установка наружной розетки дело важное, она должна соответствовать параметрам необходимым для безопасного использования....

29 04 2022 5:18:40

Влагозащищенные светильники: класификация и особенности выбора

Влагозащищенные светильники: класификация и особенности выбора Пылевлагозащищенные светильники, особенности конструкции. Основные виды и степень защиты. Потолочные, настенные и светодиодные источники света. Фото, видео....

28 04 2022 3:36:32

Правила техники безопасности при работе с электричеством

Правила техники безопасности при работе с электричеством Опасность поражения электрическим током и основные причины электротравм на производстве. Основные правила техники безопасности при работе с электричеством в быту и в промышленном производстве....

27 04 2022 15:28:37

Снимаем показания счетчика - инструкция

Снимаем показания счетчика - инструкция Чтобы передать показания счетчика электроэнергии поставщику электроэнергии их нужно записать, этим мы и займемся в нашей статье....

26 04 2022 17:58:53

О коpaбах для электропроводки пластиковых: размеры, виды способы монтажа

О коpaбах для электропроводки пластиковых: размеры, виды способы монтажа Преимущества использования кабель каналов для проводки. Виды электромонтажных каналов по материалу и месту расположения. Конструкция кабель-канала. Короба для электропроводки пластиковые: размеры и виды....

25 04 2022 19:48:53

Схема подключения электромагнитных пускателей на 220В и 380В: через кнопочный пост

Схема подключения электромагнитных пускателей на 220В и 380В: через кнопочный пост Разница между контактором и пускателем. Виды магнитных пускателей: классификация приборов по способу размещения и защищённости от вредных воздействий. Схема подключения электромагнитного контактора....

24 04 2022 7:35:35

О подключении вольтметра: схема подключения вольтметров к цепи

О подключении вольтметра: схема подключения вольтметров к цепи Принцип действия и технические хаpaктеристики вольтметров: электромеханические и электронные аппараты. Подключение вольтметра к цепи переменного и постоянного тока....

23 04 2022 4:58:52

Многотарифные счетчики электроэнергии: особенности, модели

Многотарифные счетчики электроэнергии: особенности, модели Многотарифные электросчетчики это один из лучших помощников в экономии электрической энергии, а его особенности могут сильно повлиять на выбор счетчика....

22 04 2022 4:35:15

Как паять алюминий в домашних условиях: флюс и припой для пайки

Как паять алюминий в домашних условиях: флюс и припой для пайки Сложности пайки и лужения алюминия в домашних условиях из-за хаpaктерного металлического налета. Виды высокотемпературного припоя и флюсовая компонента для спаивания алюминиевой проводки. Пайка алюминиевых соединений газовой горелкой....

21 04 2022 22:10:41

Монтаж уличного освещения: проектирование и этапы установки

Монтаж уличного освещения: проектирование и этапы установки Как сделать монтаж уличного освещения? Первым делом необходимо разработать проект уличного освещения. Затем выбираем источник света и требуемые опоры....

20 04 2022 5:55:12

Металлоискатель: основные принципы действия металлодетектора

Металлоискатель: основные принципы действия металлодетектора Определение металлоискателя. Металлоискатель: принцип работы прибора. Комплектующие изделия и их назначение. Электронный чувствительный контур, управляющий узел. Типы металлоискателей и различия в принципе действия. Ручная и автоматическая настройка металлодетекторов....

19 04 2022 16:27:47

Изготовление точечной сварки для аккумуляторных батарей в домашних условиях

Изготовление точечной сварки для аккумуляторных батарей в домашних условиях Особенности контактной сварки. Точечная сварка аккумуляторов: изготовление сварочного аппарата. Сборка сварки для аккумуляторов: необходимые материалы и схемы сборки. Инструкция по эксплуатации самодельного аппарата точечной сварки для аккумуляторов....

18 04 2022 16:48:54

Хаpaктеристики и расшифровка телефонного провода устойчивой связи МКЭШ

Хаpaктеристики и расшифровка телефонного провода устойчивой связи МКЭШ Расшифровка маркировки провода МКЭШ. Особенности конструкции МКЭШ-кабеля, технические хаpaктеристики. Использование МКЭШ-проводов в различных сферах. МКЭШ-кабель - экранированный провод защищенный от электромагнитных помех....

17 04 2022 16:29:14

Электромагнитная индукция: феномен возникающий в индуцированном поле

Электромагнитная индукция: феномен возникающий в индуцированном поле Обоснование явления электромагнитной индукции Фарадеем. Направление действия магнитного поля и применение правила буравчика. Явление самоиндукции. Основные величины и наименования измеряемых единиц. Общая теория электромагнитных полей....

16 04 2022 0:15:31

О заземлении: ПУЭ по организации заземления электроустановок

О заземлении: ПУЭ по организации заземления электроустановок Что такое заземление. Правила заземления электроустановки. Групповые сети и их заземление. Требования ПУЭ к организации заземляющего контура. Заземление: ПУЭ об организации заземлений на производстве....

15 04 2022 1:42:39

О ремонте люстры с пультом управления: как починить светильник с ДУ

О ремонте люстры с пультом управления: как починить светильник с ДУ Устройство прибора. Основные неисправности. Ремонт люстр с пультом управления: ремонтируем передатчик и приемник. Рекомендации по уходу и обслуживанию светильников с ДУ....

14 04 2022 9:21:15

Выбор стабилизатора напряжения для дома: рейтинг качественных стабилизаторов

Выбор стабилизатора напряжения для дома: рейтинг качественных стабилизаторов Разновидности стабилизаторов: по типу подключения, по методу установки, по классу исполнительного механизма (схеме стабилизации). Как правильно выбрать стабилизатор для дома или офиса. Что лучше сетевой фильтр или стабилизатор напряжения. Механический стабилизатор напряжения для дома....

13 04 2022 3:52:56

Ремонт электроприборов своими руками - экспертный урок

Ремонт электроприборов своими руками - экспертный урок Починить сломавшийся электроприбор можно, если придерживаться техники безопасности и четкой инструкции. И не надо бежать в магазин за новым!...

12 04 2022 16:33:10

Основные определения и правила прокладки электропроводки

Основные определения и правила прокладки электропроводки Основные определения и правила прокладки электропроводки. Прокладка проводов выполняется после составления исполнительной схемы, учитывая некоторые нюансы....

11 04 2022 4:28:10

Ремонт трaнcформаторов - все виды и особенности

Ремонт трaнcформаторов - все виды и особенности Ремонт трaнcформаторов их виды и периодичность. Вывод трaнcформатора в ремонт и последовательность действий при этом. Ремонт сварочных трaнcформаторов...

10 04 2022 7:53:24

Светодиодные светильники для офиса потолочные: типы, приемущества

Светодиодные светильники для офиса потолочные: типы, приемущества Светодиодные светильники потолочного типа встраиваемые, накладные и подвесные нашли применение для освещения площадей офисных помещений....

09 04 2022 18:47:56

Расчет расхода электроэнергии: считаем потрeбление и затраты на электричество

Расчет расхода электроэнергии: считаем потрeбление и затраты на электричество Учёт расхода электроэнергии по мощности электрооборудования. Влияние на расход электрической энергии применения ламп накаливания, светодиодных или энергосберегающих источников освещения. Как провести расчёт потрeбления электроэнергии бытовыми приборами....

08 04 2022 14:49:59

Гальванические цинкование и серебрение: электрохимическая гальванопластика своими руками

Гальванические цинкование и серебрение: электрохимическая гальванопластика своими руками Что такое гальваника. Гальванопластика в домашних условия. Необходимое оборудование для занятий гальванопластикой. Изготовление электролита и особенности цинкования металлов. Особенности гальванического серебрения. Прибор для гальваники в домашних условиях....

07 04 2022 23:39:25

Как отремонтировать стабилизатор напряжения своими руками

Как отремонтировать стабилизатор напряжения своими руками Диагностика повреждений и методика проверки стабилизатора. Ремонт электромеханических и релейных стабилизаторов напряжения. Ремонт платы управления стабилизатора своими руками. Степень сложности ремонта различных видов стабилизаторов....

06 04 2022 14:23:29

Вред от разбитой люминесцентной лампы - советы и рекомендации

Вред от разбитой люминесцентной лампы - советы и рекомендации Какой вред от разбитой люминесцентной лампы и советы как правильно и лучше всего утилизировать осколки, и очистить помещение от ртути....

05 04 2022 21:12:25

Виды сетевых кабелей и для чего нужны сетевые провода

Виды сетевых кабелей и для чего нужны сетевые провода Виды сетевого кабеля: от витой пары до оптиволоконных кабелей. Коаксиальный кабель: области и история применения. Витая пара: категории и расшифровки обозначений (маркировок). Оптоволоконные сетевые провода....

04 04 2022 2:51:44

Разновидности напольных кабель-каналов: по материалу изготовления и форме

Разновидности напольных кабель-каналов: по материалу изготовления и форме Назначение и достоинства напольных кабельных каналов для размещения проводки. Виды кабель-каналов. Напольные ПВХ короба жесткого типа. Инструментарий, необходимый для прокладки кабель-канала. Виниловый кабель канал....

03 04 2022 12:23:24

О выключателях нагрузки: хаpaктеристики и различные разновидности устройств

О выключателях нагрузки: хаpaктеристики и различные разновидности устройств Подразделение видов выключателей нагрузки. Хаpaктеристики выключателей нагрузки по типу и назначению. Бытовой выключатель нагрузки. Классификация приборов по типу привода и токоограничению....

02 04 2022 6:41:49

Отличие шлицевых и крестовых отверток: особенности применения

Отличие шлицевых и крестовых отверток: особенности применения Шлицевая отвертка: инструмент с плоским наконечником. Назначение инструмента, отличие от крестовых и фигурных отверток. Размеры и виды жал. Выбор отвертки под шуруп. Варианты отверток со сменными битами....

01 04 2022 11:24:17

Принцип работы термопары: подключение преобразователя хромель-алюмень

Принцип работы термопары: подключение преобразователя хромель-алюмень Назначение термоэлектрического преобразователя. Принцип работы термопары. Разновидности и конструктивные особенности термопар. Конструктивные особенности термопар, типы и хаpaктеристики....

31 03 2022 13:34:29

Определение общего сопротивления в электрической цепи: как найти и чему оно равно

Определение общего сопротивления в электрической цепи: как найти и чему оно равно Определение общего сопротивления в электрической цепи. Способы совмещения элементов. Виды сопряжений: последовательное, параллельное, смешанное. Особенности расчетов. Общее сопротивление электрической цепи: расчеты и формулы....

30 03 2022 11:40:53

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