3.8. Электрические и магнитные явления

3.8.1. Электрические заряд и поле

Электричество - совокупность явлений обусловленных сущест­вованием, движением и взаимодействием заряженных тел или частиц. Частицей, обладающей элементарным электрическим зарядом, является электрон. Его заряд е = 1,6-10 Кл, масса = 9,1-10 кг. Кроме электронов, носителями зарядов являются также ионы - атомы или молекулы, у которых избыток или недостаток электронов, и другие элементарные частицы.

Взаимодействие электрических зарядов происходит по закону

Кулона F =,где q₁ и q₂ - заряды; r - расстояние между ними, - относительная диэлектрическая проницаемость среды, в которой происходит взаимодействие; ₀ - называется диэлектрической проницаемостью вакуума (₀ = 8,85·10 ф/м). При взаимодействии одноименные заряды отталкиваются, а разноименные — притягиваются. Электрическим полем называется материальная среда, обуславливающая взаимодействие электрических зарядов. Следовательно, поле так же материально, как и вещество. Если поле образуется неподвижными зарядами, то оно называется электростатическим. Количественными характеристиками интенсив­ности электрических полей являются: напряженностьЕ, смещение D и потенциал .

Объемная плотность энергии электрического поля определяется выражением: W = ED = E²=.Поведение вещественных тел в электрическом поле различное. Качественно все тела разделяются на три класса: проводники, полупроводники и диэлектрики (изоляторы). Количественно это различие характеризуется удельным сопротивлением веществ -р в Ом-м: р проводников = ;р полупроводников = ;р диэлектриков = .

3.8.2. Постоянный электрический ток

Проводниками электрического тока называются тела, в которых заряженные частицы (электроны и ионы) способны перемещаться под действием сколь угодно слабого электрического поля. Обычно в практике для изготовления проводников используются медь и алюминий.

Под электрическим током понимается всякое упорядоченное движение электрических зарядов. За направление электрического тока принимают направление движения положительно заряженных частиц. Под силой тока понимается величина электрического заряда, проходящего через поперечное сечение проводника за бесконечно малое время:. Единица измерения - ампер. В основе теории стационарных токов лежат законы Ома и Джоуля-Ленца. Закон Ома для участка цепи, не содержащего ЭДС, записывается, гдеU –

напряжение; R — сопротивление участка. Сопротивление измеряется в омах. Закон Ома для полной цепи записывается , где — ЭДС источника тока; R - сопротивление внешней цепи; r - внутреннее сопротивление источника тока. Закон Джоуля-Ленца можно записать в виде: А = Q = IUТ = I²Rt =. Тепловое действие тока находит широкое применение в технике и технологии: лампы накаливания, муфельные печи, контактная электросварка, бытовые электронагревательные приборы, технология электрического консервирования, имеющая преимущество перед водяным консервированием в двойной экономии энергии, быстроте и сохранении витаминов.