2. Напряженность электрического поля, потенциал, напряжение и эдс

Из механики известно, что если предмет приподнять над землей (рис.10) то на это тело действует сила тяготения F, под действием которой при перемещении на расстояниеhсовершается работа

.(2-3)

С другой стороны, в исходной точке тело обладает потенциальной энергией W₁=mqh₁, а в конечной точке перемещения энергиейW₂=mqh₂и работу можно представить как разность энергий

(2-4)

где

Таким образом работу можно представить через силу, действующую на тело и как разность энергий тела в результате его перемещения. Рис. 10

В проводнике с током существует электрическое поле, воздействующее на электрические заряды и вынуждающие их перемещаться по направлению сил поля. Основной силовой характеристикой электрического поля служит величина, называемая напряженностью. Она определяется как сила, действующая на единицу положительного заряда в рассматриваемой точке поля (рис.11). Если на положительный зарядqдействует сила, то напряженность данной точке

(2-5)

Напряженность как и сила, является векторной величиной.

а б

Рис. 11

Если напряженность поля во всех точках одинакова, то это поле является равномерным или однородным(рис.11). Работа, совершаемая силами поля при движении заряда по направлению такого поля из точки 1 в точку 4, равна произведению силы на путь ℓ, т.е.

(2-6)

Энергетической характеристикой электрического поля является потенциал φ . Положительный электрический заряд , когда он находится у положительного полюса источника электроэнергии, обладает некоторой потенциальной энергией. При его перемещении в однородном поле производится работа . На эту же величину уменьшается потенциальная энергия зарядаq. Такое уменьшение энергии происходит вследствие перехода заряда из точки, обладающей более высоким потенциалом, в точку с более низким потенциалом ( которая находится на расстоянииот положительного полюса). При переходе зарядаqиз точки 1 в точку 4 совершается работа, равная произведению заряда на разность потенциалов этих точек, т.е.

(2-7)

() =U–разность потенциалов двух точек равна напряжению между этими точками. Потенциал как и напряжение измеряется в вольтах (В).

Обычно потенциальную энергию и потенциал определяют относительно какого-либо уровня, принятого за начальный.

На практике начальным обычно полагают потенциал Земли, который принимают равным нулю.

Связь между энергетической и силовой характеристиками поля можно представить равенством

(2-8)

Электрическая цепь, содержит два участка: внешний и внутренний. Во внешней цепи источника электроэнергии положительные заряды движутся от точек с более высоким потенциалом к точкам с более низким потенциалом. ( от плюса (+ ) к минусу ( - ))

Объемная диаграмма (см. рис.11б) изображает круговое движение зарядов в электрической цепи, т.е. на внутреннем и внешнем участках.

Внутри источника электроэнергии заряды перемещаются от точек с низким потенциалом к точкам с более высоким потенциалом (от минуса к плюсу). Такое перемещение внутри источника совершается сторонними силами (неэлектрического происхождения), например, за счет электромагнитной индукции в машинных генераторах, за счет лучистой энергии в фотоэлементах, за счет химических процессов в гальванических элементах. Эти сторонние силы создают внутри источника электроэнергии электродвижущую силу (эдс), являющуюся в цепи причиной перемещения зарядов от точек с низшим потенциалом. Она обозначается буквами или е.