Ostrogradského-Gaussova veta, ktorú dokážeme a rozoberieme neskôr, vytvára spojenie medzi elektrickými nábojmi a elektrickým poľom. Je to všeobecnejšia a elegantnejšia formulácia Coulombovho zákona.

V zásade možno silu elektrostatického poľa vytvoreného daným rozložením náboja vždy vypočítať pomocou Coulombovho zákona. Celkové elektrické pole v ľubovoľnom bode je vektorovým súčtom (integrálnym) príspevkom všetkých nábojov, t.j.

S výnimkou najjednoduchších prípadov je však výpočet tohto súčtu alebo integrálu mimoriadne náročný.

Tu prichádza na pomoc Ostrogradského-Gaussova veta, pomocou ktorej je oveľa jednoduchšie vypočítať intenzitu elektrického poľa vytvorenú daným rozložením náboja.

Hlavnou hodnotou Ostrogradského-Gaussovej vety je, že to umožňuje hlbšie pochopiť podstatu elektrostatického poľa a zistiť všeobecnejšie spojenie medzi nábojom a poľom.

Predtým, ako prejdeme k Ostrogradského-Gaussovmu teorému, je potrebné zaviesť nasledujúce pojmy: elektrické vedenie elektrostatické pole A vektorový tok napätia elektrostatické pole.

Aby ste mohli opísať elektrické pole, musíte určiť vektor intenzity v každom bode poľa. Dá sa to urobiť analyticky alebo graficky. Na to používajú elektrické vedenie– sú to priamky, ktorých dotyčnica sa v ktoromkoľvek bode poľa zhoduje so smerom vektora intenzity(obr. 2.1).

Ryža. 2.1

Siločiara má priradený určitý smer - od kladného náboja k zápornému náboju alebo do nekonečna.

Zvážte prípad rovnomerné elektrické pole.

Homogénne nazývané elektrostatické pole, ktorého intenzita je vo všetkých bodoch rovnaká vo veľkosti a smere, t.j. Rovnomerné elektrostatické pole predstavujú rovnobežné siločiary v rovnakých vzdialenostiach od seba (takéto pole existuje napr. medzi doskami kondenzátora) (obr. 2.2).

V prípade bodového náboja, ťahové čiary vychádzajú z kladného náboja a idú do nekonečna; a z nekonečna zadajte záporný náboj. Pretože potom je hustota siločiar nepriamo úmerná druhej mocnine vzdialenosti od náboja. Pretože Plocha gule, cez ktorú tieto čiary prechádzajú, sa zväčšuje v pomere k štvorcu vzdialenosti, potom celkový počet čiar zostáva konštantný v akejkoľvek vzdialenosti od náboja.

Pre sústavu nábojov, ako vidíme, siločiary smerujú od kladného náboja k zápornému náboju (obr. 2.2).

Ryža. 2.2

Z obrázku 2.3 je tiež zrejmé, že hustota siločiar môže slúžiť ako indikátor hodnoty.

Hustota elektrických vedení by mala byť taká, aby jednu oblasť kolmú na vektor napätia pretínal taký počet z nich, ktorý sa rovná modulu vektora napätia., t.j.

Existujú skalárne a vektorové polia (v našom prípade bude vektorové pole elektrické). V súlade s tým sú modelované skalárnymi alebo vektorovými funkciami súradníc, ako aj časom.

Skalárne pole je opísané funkciou tvaru φ. Takéto polia možno vizuálne zobraziť pomocou plôch rovnakej úrovne: φ (x, y, z) = c, c = konšt.

Definujme vektor, ktorý smeruje k maximálnemu rastu funkcie φ.

Absolútna hodnota tohto vektora určuje rýchlosť zmeny funkcie φ.

Je zrejmé, že skalárne pole generuje vektorové pole.

Takéto elektrické pole sa nazýva potenciál a funkcia φ sa nazýva potenciál. Plochy rovnakej úrovne sa nazývajú ekvipotenciálne plochy. Zvážte napríklad elektrické pole.

Na vizuálne zobrazenie polí sú konštruované takzvané elektrické siločiary. Nazývajú sa tiež vektorové čiary. Sú to priamky, ktorých dotyčnica v bode udáva smer elektrického poľa. Počet čiar, ktoré prechádzajú jednotkovou plochou, je úmerný absolútnej hodnote vektora.

Predstavme si pojem vektorového diferenciálu pozdĺž nejakej priamky l. Tento vektor smeruje tangenciálne k priamke l av absolútnej hodnote sa rovná diferenciálu dl.

Nech je dané určité elektrické pole, ktoré musí byť znázornené ako siločiary. Inými slovami, určíme koeficient natiahnutia (kompresie) k vektora tak, aby sa zhodoval s diferenciálom. Prirovnaním zložiek diferenciálu a vektora dostaneme sústavu rovníc. Po integrácii je možné zostaviť rovnicu siločiar.

Vo vektorovej analýze existujú operácie, ktoré poskytujú informácie o tom, ktoré siločiary elektrického poľa sa vyskytujú v konkrétnom prípade. Uveďme si pojem „vektorový tok“ na ploche S. Formálna definícia toku Ф má nasledujúci tvar: veličina sa považuje za súčin obvyklého diferenciálu ds a jednotkovej jednotky normály k ploche s . Ort je zvolený tak, aby určoval vonkajšiu normálu povrchu.

Medzi konceptom toku poľa a tokom hmoty možno načrtnúť analógiu: hmota za jednotku času prechádza cez povrch, ktorý je zase kolmý na smer toku poľa. Ak sa siločiary rozprestierajú smerom von z povrchu S, potom je tok kladný, a ak nevychádzajú, je záporný. Vo všeobecnosti možno tok odhadnúť podľa počtu siločiar, ktoré vychádzajú z povrchu. Na druhej strane je veľkosť toku úmerná počtu siločiar prenikajúcich povrchovým prvkom.

Divergencia vektorovej funkcie sa vypočíta v bode, okolo ktorého je objem ΔV. S je plocha pokrývajúca objem ΔV. Operácia divergencie umožňuje charakterizovať body v priestore pre prítomnosť zdrojov poľa v ňom. Keď je povrch S stlačený do bodu P, siločiary elektrického poľa prenikajúce povrchom zostanú v rovnakom množstve. Ak bod v priestore nie je zdrojom poľa (únik alebo odtok), potom keď je povrch stlačený do tohto bodu, súčet siločiar od určitého momentu sa rovná nule (počet čiar vstupujúcich do plocha S sa rovná počtu čiar vychádzajúcich z tejto plochy).

Integrál cez uzavretú slučku L v definícii činnosti rotora sa nazýva cirkulácia elektriny pozdĺž slučky L. Činnosť rotora charakterizuje pole v bode v priestore. Smer rotora určuje veľkosť toku uzavretého poľa okolo daného bodu (rotor charakterizuje vír poľa) a jeho smer. Na základe definície rotora je možné pomocou jednoduchých transformácií vypočítať projekcie vektora elektriny v karteziánskom súradnicovom systéme, ako aj siločiar elektrického poľa.

Nabíjačka (množstvo elektriny) je fyzikálna skalárna veličina, ktorá určuje schopnosť telies byť zdrojom elektromagnetických polí a podieľať sa na elektromagnetickej interakcii. Elektrický náboj bol prvýkrát zavedený v Coulombovom zákone v roku 1785.

Jednotkou merania náboja v Medzinárodnej sústave jednotiek (SI) je coulomb - elektrický náboj prechádzajúci prierezom vodiča pri sile prúdu 1 A za čas 1 s. Náboj jedného prívesku je veľmi veľký. Ak dva nosiče nabíjania ( q 1 = q 2 = 1 C) boli umiestnené vo vákuu vo vzdialenosti 1 m, potom by interagovali silou 9·10 9 N, teda silou, ktorou by zemská príťažlivosť priťahovala objekt s hmotnosťou asi 1 milión ton. Elektrický náboj uzavretého systému sa zachováva v čase a je kvantovaný - mení sa v častiach, ktoré sú násobkami elementárneho elektrického náboja, teda inými slovami, algebraickým súčtom elektrických nábojov telies alebo častíc tvoriacich elektricky izolovaný systém sa nemení počas žiadnych procesov prebiehajúcich v tomto systéme.

Interakcia nabíjania Najjednoduchším a najbežnejším javom, pri ktorom sa odhaľuje skutočnosť existencie elektrických nábojov v prírode, je elektrifikácia telies pri kontakte. Schopnosť elektrických nábojov vzájomne sa priťahovať a odpudzovať sa vysvetľuje existenciou dvoch rôznych typov nábojov. Jeden typ elektrického náboja sa nazýva pozitívny a druhý - negatívny. Opačne nabité telesá sa priťahujú a podobne nabité telesá sa navzájom odpudzujú.

Keď sa dve elektricky neutrálne telesá dostanú do kontaktu v dôsledku trenia, náboje sa prenesú z jedného telesa na druhé. V každom z nich je porušená rovnosť súčtu kladných a záporných nábojov a telesá sú nabité inak.

Keď je telo elektrifikované vplyvom, je narušené rovnomerné rozloženie nábojov v ňom. Sú prerozdelené tak, že v jednej časti tela sa objaví prebytok kladných nábojov a v inej negatívne. Ak sú tieto dve časti oddelené, budú účtované opačne.

Zákon zachovania el. Nabite V uvažovanom systéme sa môžu vytvárať nové elektricky nabité častice, napríklad elektróny - v dôsledku javu ionizácie atómov alebo molekúl, ióny - v dôsledku javu elektrolytickej disociácie atď. Ak je však systém elektricky izolovaný , potom sa algebraický súčet nábojov všetkých častíc, vrátane opäť objavil v takomto systéme, je vždy rovný nule.

Zákon zachovania elektrického náboja je jedným zo základných fyzikálnych zákonov. Prvýkrát bol experimentálne potvrdený v roku 1843 anglickým vedcom Michaelom Faradayom a v súčasnosti sa považuje za jeden zo základných zákonov zachovania fyziky (podobne ako zákony zachovania hybnosti a energie). Stále citlivejšie experimentálne testy zákona zachovania náboja, ktoré pokračujú dodnes, zatiaľ neodhalili odchýlky od tohto zákona.

. Elektrický náboj a jeho diskrétnosť. Zákon zachovania náboja. Zákon zachovania elektrického náboja hovorí, že algebraický súčet nábojov elektricky uzavretého systému je zachovaný. q, Q, e – označenie elektrického náboja. Jednotky SI náboja [q]=C (Coulomb). 1 mC = 10-3 °C; 1 uC = 10-6 °C; lnC = 10-9 °C; e = 1,6∙10-19 C – elementárny náboj. Elementárny náboj, e, je minimálny náboj nachádzajúci sa v prírode. Elektrón: qe = - e - náboj elektrónu; m = 9,1∙10-31 kg – hmotnosť elektrónu a pozitrónu. Pozitrón, protón: qp = + e – náboj pozitrónu a protónu. Každé nabité teleso obsahuje celý počet elementárnych nábojov: q = ± Ne; (1) Vzorec (1) vyjadruje princíp diskrétnosti elektrického náboja, kde N = 1,2,3... je kladné celé číslo. Zákon zachovania elektrického náboja: náboj elektricky izolovanej sústavy sa v čase nemení: q = konšt. Coulombov zákon– jeden zo základných zákonov elektrostatiky, ktorý určuje silu vzájomného pôsobenia dvoch bodových elektrických nábojov.

Zákon založil v roku 1785 Ch. Coulomb pomocou torzných váh, ktoré vynašiel. Coulomb sa nezaujímal ani tak o elektrinu, ako skôr o výrobu nástrojov. Po vynájdení mimoriadne citlivého zariadenia na meranie sily – torznej váhy, hľadal možnosti jeho využitia.

Na zavesenie prívesok použil hodvábnu niť dlhú 10 cm, ktorá sa otáčala o 1° silou 3 * 10 -9 gf. Pomocou tohto zariadenia zistil, že sila interakcie medzi dvoma elektrickými nábojmi a medzi dvoma pólmi magnetov je nepriamo úmerná druhej mocnine vzdialenosti medzi nábojmi alebo pólmi.

Dva bodové náboje vzájomne pôsobia vo vákuu silou F , ktorej hodnota je úmerná súčinu poplatkov e 1 A e 2 a nepriamo úmerné druhej mocnine vzdialenosti r medzi nimi:

Faktor proporcionality k závisí od výberu systému meracích jednotiek (v Gaussovom systéme jednotiek k= 1, v SI

ε 0 – elektrická konštanta).

sila F je nasmerovaný pozdĺž priamky spájajúcej náboje a zodpovedá príťažlivosti pre rozdielne náboje a odpudzovaniu podobných nábojov.

Ak sú interagujúce náboje v homogénnom dielektriku, s dielektrickou konštantou ε , potom interakčná sila klesá v ε raz:

Coulombov zákon je tiež zákonom, ktorý určuje silu interakcie medzi dvoma magnetickými pólmi:

Kde m 1 A m 2 - magnetické náboje,

μ - magnetická permeabilita média,

f – koeficient proporcionality v závislosti od výberu sústavy jednotiek.

Elektrické pole– samostatná forma prejavu (spolu s magnetickým poľom) elektromagnetického poľa.

Počas vývoja fyziky existovali dva prístupy k vysvetleniu príčin interakcie elektrických nábojov.

Silové pôsobenie medzi jednotlivými nabitými telesami sa podľa prvej verzie vysvetľovalo prítomnosťou medzičlánkov, ktoré toto pôsobenie prenášajú, t.j. prítomnosť média obklopujúceho teleso, v ktorom sa akcia prenáša z bodu do bodu konečnou rýchlosťou. Táto teória bola tzv teória krátkeho dosahu .

Podľa druhej verzie sa akcia prenáša okamžite na akúkoľvek vzdialenosť, zatiaľ čo stredné médium môže úplne chýbať. Jeden náboj okamžite „cíti“ prítomnosť druhého, pričom v okolitom priestore nedochádza k žiadnym zmenám. Táto teória bola tzv teória dlhého dosahu .

Pojem „elektrické pole“ zaviedol M. Faraday v 30. rokoch 19. storočia.

Podľa Faradaya každý pokojový náboj vytvára v okolitom priestore elektrické pole. Pole jedného náboja pôsobí na druhý náboj a na druhý náboj (koncept pôsobenia krátkeho dosahu).

Nazýva sa elektrické pole vytvorené stacionárnymi nábojmi, ktoré sa nemenia s časom elektrostatické. Elektrostatické pole charakterizuje interakciu stacionárnych nábojov.

Intenzita elektrického poľa- vektorová fyzikálna veličina, ktorá charakterizuje elektrické pole v danom bode a je číselne rovná pomeru sily pôsobiacej na stacionárny bodový náboj umiestnený v danom bode poľa k veľkosti tohto náboja:

Z tejto definície je jasné, prečo sa sila elektrického poľa niekedy nazýva silová charakteristika elektrického poľa (skutočne, celý rozdiel od vektora sily pôsobiaceho na nabitú časticu je len v konštantnom faktore).

V každom bode v priestore v danom časovom okamihu má svoju vlastnú vektorovú hodnotu (všeobecne povedané, v rôznych bodoch priestoru je odlišná), ide teda o vektorové pole. Formálne je to vyjadrené v zápise

predstavujúce intenzitu elektrického poľa ako funkciu priestorových súradníc (a času, pretože sa môže meniť s časom). Toto pole je spolu s poľom vektora magnetickej indukcie elektromagnetickým poľom a zákony, ktorým sa riadi, sú predmetom elektrodynamiky.

Intenzita elektrického poľa v medzinárodnom systéme jednotiek (SI) sa meria vo voltoch na meter [V/m] alebo newtonoch na coulomb [N/C].

Sila, ktorou elektromagnetické pole pôsobí na nabité častice[

Celková sila, ktorou elektromagnetické pole (vo všeobecnosti vrátane elektrických a magnetických zložiek) pôsobí na nabitú časticu, je vyjadrená Lorentzovým silovým vzorcom:

Kde q- elektrický náboj častice, - jej rýchlosť, - vektor magnetickej indukcie (hlavná charakteristika magnetického poľa), šikmý krížik označuje vektorový súčin. Vzorec je uvedený v jednotkách SI.

Náboje vytvárajúce elektrostatické pole môžu byť distribuované v priestore buď diskrétne alebo nepretržite. V prvom prípade sila poľa: n E = Σ Ei₃ i=t, kde Ei je sila poľa v určitom bode priestoru vytvorená jedným i-tým nábojom systému a n je celkový počet diskrétne poplatky, ktoré sú súčasťou systému. Príklad riešenia úlohy na princípe superpozície elektrických polí. Na určenie sily elektrostatického poľa, ktoré vo vákuu vytvárajú stacionárne bodové náboje q₁, q₂, …, qn, teda použijeme vzorec: n E = (1/4πε₀) Σ (qi/r³i)ri i =t, kde ri je vektor polomeru , získaný z bodového náboja qi do uvažovaného bodu poľa. Uveďme si ďalší príklad. Stanovenie sily elektrostatického poľa, ktoré je vytvárané vo vákuu elektrickým dipólom. Elektrický dipól je sústava dvoch nábojov q>0 a –q, identických v absolútnej hodnote a zároveň opačných v znamienku, pričom vzdialenosť I medzi nimi je relatívne malá v porovnaní so vzdialenosťou uvažovaných bodov. Rameno dipólu sa bude nazývať vektor l, ktorý smeruje pozdĺž osi dipólu k kladnému náboju zo záporného náboja a číselne sa rovná vzdialenosti I medzi nimi. Vektor pₑ = ql je elektrický moment dipólu.

Sila E dipólového poľa v ľubovoľnom bode: E = E₊ + E₋, kde E₊ a E₋ sú intenzity poľa elektrických nábojov q a –q. Takže v bode A, ktorý sa nachádza na osi dipólu, sa intenzita dipólového poľa vo vákuu bude rovnať E = (1/4πε₀)(2pₑ/r³) V bode B, ktorý sa nachádza na kolmici obnovenej k dipólu os od jej stredu: E = (1/4πε₀)(pₑ/r³) V ľubovoľnom bode M, dostatočne vzdialenom od dipólu (r≥l), sa modul intenzity poľa rovná E = (1/4πε₀) (pₑ/r³)√3cosϑ + 1 Okrem toho princíp superpozície elektrických polí pozostáva z dvoch tvrdení: Coulombova sila interakcie medzi dvoma nábojmi nezávisí od prítomnosti iných nabitých telies. Predpokladajme, že náboj q interaguje so sústavou nábojov q1, q2, . . . , qn. Ak každý z nábojov sústavy pôsobí na náboj q silou F₁, F₂, …, Fn, potom výsledná sila F pôsobiaca na náboj q touto sústavou sa rovná vektorovému súčtu jednotlivých síl: F = F₁ + F₂ + … + Fn. Princíp superpozície elektrických polí teda umožňuje dospieť k jednému dôležitému tvrdeniu.

Elektrické siločiary

Elektrické pole je znázornené pomocou siločiar.

Čiary poľa označujú smer sily pôsobiacej na kladný náboj v danom bode poľa.

Vlastnosti siločiar elektrického poľa

Elektrické siločiary majú začiatok a koniec. Začínajú na kladných nábojoch a končia na záporných.

Elektrické siločiary sú vždy kolmé na povrch vodiča.

Rozloženie siločiar elektrického poľa určuje charakter poľa. Pole môže byť radiálne(ak siločiary vychádzajú z jedného bodu alebo sa v jednom bode zbiehajú), homogénne(ak sú siločiary rovnobežné) a heterogénne(ak siločiary nie sú rovnobežné).

Hustota náboja- toto je množstvo náboja na jednotku dĺžky, plochy alebo objemu, čím sa určujú lineárne, povrchové a objemové hustoty náboja, ktoré sa merajú v systéme SI: v coulombách na meter (C/m), v coulombách na meter štvorcový ( C/m²) a v coulombách na meter kubický (C/m³). Na rozdiel od hustoty hmoty môže mať hustota náboja kladné aj záporné hodnoty, je to spôsobené tým, že existujú kladné a záporné náboje.

Lineárne, povrchové a objemové hustoty náboja sa zvyčajne označujú funkciami , a teda kde je vektor polomeru. Keď poznáme tieto funkcie, môžeme určiť celkový náboj:

§5 Tok vektora napätia

Definujme prúdenie vektora ľubovoľnou plochou dS, - normála k ploche α - uhol medzi normálou a siločiarou vektora. Môžete zadať plošný vektor. VEKTOROVÝ TOK nazývaná skalárna veličina F E rovná skalárnemu súčinu vektora intenzity a vektora plochy

Pre jednotné pole

Pre nerovnomerné pole

kde je projekcia, - je projekcia.

V prípade zakrivenej plochy S ju treba rozdeliť na elementárne plochy dS vypočítajte tok cez elementárny povrch a celkový tok sa bude rovnať súčtu alebo v limite integrálu elementárnych tokov

kde je integrál na uzavretom povrchu S (napríklad na guli, valci, kocke atď.)

Vektorový tok je algebraická veličina: závisí nielen od konfigurácie poľa, ale aj od voľby smeru. Pre uzavreté plochy sa vonkajšia normála berie ako kladný smer normály, t.j. normála smerujúca von do oblasti pokrytej povrchom.

Pre rovnomerné pole je tok cez uzavretý povrch nulový. V prípade nerovnomerného poľa

3. Intenzita elektrostatického poľa vytvoreného rovnomerne nabitým guľovým povrchom.

Nech guľová plocha s polomerom R (obr. 13.7) nesie rovnomerne rozložený náboj q, t.j. hustota povrchového náboja v ktoromkoľvek bode gule bude rovnaká.

Uzatvorme našu guľovú plochu do symetrickej plochy S s polomerom r>R. Tok vektora napätia povrchom S bude rovný

Podľa Gaussovej vety

Preto

Porovnaním tohto vzťahu so vzorcom pre intenzitu poľa bodového náboja môžeme dospieť k záveru, že intenzita poľa mimo nabitej gule je, ako keby celý náboj gule bol sústredený v jej strede.

2. Elektrostatické pole lopty.

Majme guľu s polomerom R, rovnomerne nabitú objemovou hustotou.

V akomkoľvek bode A ležiacom mimo lopty vo vzdialenosti r od jej stredu (r>R) je jeho pole podobné poľu bodového náboja umiestneného v strede lopty. Potom von z lopty

a na jeho povrchu (r=R)

V priestore obklopujúcom náboj, ktorý je zdrojom, je množstvo tohto náboja priamo úmerné druhej mocnine a vzdialenosť od tohto náboja je nepriamo úmerná druhej mocnine. Smer elektrického poľa je podľa prijatých pravidiel vždy od kladného náboja k zápornému náboju. Dá sa to predstaviť tak, že umiestnite testovací náboj do oblasti priestoru elektrického poľa zdroja a tento testovací náboj sa buď odpudí, alebo pritiahne (v závislosti od znamienka náboja). Elektrické pole je charakterizované intenzitou, ktorá ako vektorová veličina môže byť graficky znázornená ako šípka s dĺžkou a smerom. Smer šípky na akomkoľvek mieste označuje smer intenzity elektrického poľa E, alebo jednoducho - smer poľa a dĺžka šípky je úmerná číselnej hodnote intenzity elektrického poľa v tomto mieste. Čím ďalej je oblasť priestoru od zdroja poľa (náboj Q), tým kratšia je dĺžka vektora napätia. Okrem toho sa dĺžka vektora s tým, ako sa vzďaľuje, zmenšuje nčasy z nejakého miesta n 2časy, teda nepriamo úmerné štvorcu.

Užitočnejším prostriedkom na vizuálne znázornenie vektorovej povahy elektrického poľa je použitie takého konceptu, ako sú alebo jednoducho siločiary. Namiesto kreslenia nespočetných vektorových šípok v priestore obklopujúcom zdrojový náboj sa osvedčilo spojiť ich do čiar, kde samotné vektory sú dotyčnice k bodom na takýchto čiarach.

V dôsledku toho sa úspešne používajú na znázornenie vektorového obrazu elektrického poľa. elektrické siločiary, ktoré vychádzajú z nábojov kladného znamienka a vstupujú do nábojov záporného znamienka a tiež siahajú do nekonečna v priestore. Táto reprezentácia vám umožňuje vidieť vašou mysľou elektrické pole neviditeľné pre ľudské oko. Toto znázornenie je však vhodné aj pre gravitačné sily a akékoľvek iné bezkontaktné interakcie na veľké vzdialenosti.

Model elektrických siločiar ich obsahuje nekonečné množstvo, ale príliš vysoká hustota siločiar znižuje schopnosť čítať obrazce poľa, takže ich počet je obmedzený čitateľnosťou.

Pravidlá kreslenia siločiar elektrického poľa

Existuje veľa pravidiel na zostavovanie takýchto modelov elektrických vedení. Všetky tieto pravidlá boli vytvorené s cieľom poskytnúť čo najväčší informačný obsah pri vizualizácii (kreslení) elektrického poľa. Jedným zo spôsobov je zobrazenie siločiar. Jednou z najbežnejších metód je obklopiť viac nabité objekty viacerými čiarami, teda väčšou hustotou čiar. Objekty s väčším nábojom vytvárajú silnejšie elektrické polia a preto je hustota (hustota) čiar okolo nich väčšia. Čím bližšie k zdroju náboja, tým vyššia je hustota siločiar a čím väčšia je veľkosť náboja, tým hustejšie sú čiary okolo neho.

Druhé pravidlo pre kreslenie siločiar elektrického poľa zahŕňa kreslenie iného typu čiary, ktorá pretína prvé siločiary kolmý. Tento typ linky sa nazýva ekvipotenciálne čiary, a v objemovom vyjadrení by sme mali hovoriť o ekvipotenciálnych plochách. Tento typ čiary tvorí uzavreté obrysy a každý bod na takejto ekvipotenciálnej čiare má rovnakú hodnotu potenciálu poľa. Keď ktorákoľvek nabitá častica prekročí takú kolmicu elektrické vedeniečiara (povrch), potom hovoria o práci, ktorú vykonáva náboj. Ak sa náboj pohybuje po ekvipotenciálnych čiarach (povrchoch), tak aj keď sa pohybuje, nevykoná sa žiadna práca. Nabitá častica, ktorá sa nachádza v elektrickom poli iného náboja, sa začne pohybovať, ale v statickej elektrine sa berú do úvahy iba stacionárne náboje. Pohyb nábojov sa nazýva elektrický prúd a prácu môže vykonávať nosič náboja.

Je dôležité si to zapamätať elektrické siločiary sa nepretínajú a čiary iného typu - ekvipotenciálne, tvoria uzavreté obrysy. V bode, kde sa pretínajú dva typy čiar, sú dotyčnice k týmto čiaram navzájom kolmé. Tak dostaneme niečo ako zakrivenú súradnicovú mriežku alebo mriežku, ktorej bunky, ako aj priesečníky čiar rôznych typov, charakterizujú elektrické pole.

Prerušované čiary sú ekvipotenciálne. Čiary so šípkami - elektrické siločiary

Elektrické pole pozostávajúce z dvoch alebo viacerých nábojov

Za osamelé individuálne obvinenia elektrické siločiary reprezentovať radiálne lúče opustenie nábojov a prechod do nekonečna. Aká bude konfigurácia siločiar pre dva alebo viac nábojov? Na vykonanie takéhoto vzoru je potrebné pamätať na to, že máme do činenia s vektorovým poľom, to znamená s vektormi intenzity elektrického poľa. Na zobrazenie vzoru poľa musíme pridať vektory napätia z dvoch alebo viacerých nábojov. Výsledné vektory budú predstavovať celkové pole niekoľkých nábojov. Ako možno v tomto prípade vytvoriť siločiary? Je dôležité si zapamätať, že každý bod na siločiare je jediný bod kontakt s vektorom intenzity elektrického poľa. Vyplýva to z definície dotyčnice v geometrii. Ak zo začiatku každého vektora zostrojíme kolmicu vo forme dlhých čiar, potom vzájomný priesečník mnohých takýchto čiar bude zobrazovať veľmi hľadanú siločiaru.

Pre presnejšiu matematickú algebraickú reprezentáciu siločiar je potrebné zostaviť rovnice siločiar a vektory budú v tomto prípade predstavovať prvé derivácie, čiary prvého rádu, ktoré sú dotyčnicami. Takáto úloha je niekedy mimoriadne zložitá a vyžaduje si počítačové výpočty.

V prvom rade je dôležité si uvedomiť, že elektrické pole z mnohých nábojov je reprezentované súčtom vektorov sily z každého zdroja náboja. Toto základ vykonať konštrukciu siločiar za účelom vizualizácie elektrického poľa.

Každý náboj zavedený do elektrického poľa vedie k zmene, aj keď nepatrnej, vo vzore siločiar. Takéto obrázky sú niekedy veľmi atraktívne.

Elektrické siločiary ako spôsob, ako pomôcť mysli vidieť realitu

Koncept elektrického poľa vznikol, keď sa vedci pokúsili vysvetliť interakciu na veľké vzdialenosti, ku ktorej dochádza medzi nabitými objektmi. Pojem elektrického poľa prvýkrát predstavil fyzik Michael Faraday v 19. storočí. Toto bol výsledok vnímania Michaela Faradaya neviditeľná realita vo forme obrazu siločiar charakterizujúcich pôsobenie na veľké vzdialenosti. Faraday nerozmýšľal v rámci jedného náboja, ale išiel ďalej a rozšíril hranice svojej mysle. Navrhol, že nabitý objekt (alebo hmotnosť v prípade gravitácie) ovplyvňuje priestor a zaviedol koncept poľa takéhoto vplyvu. Skúmaním takýchto polí dokázal vysvetliť správanie nábojov a tým odhalil mnohé z tajomstiev elektriny.

ELEKTROSTATICKÉ POLE

elektrostatické pole skúšobný náboj q 0

napätie

, (4)

, . (5)

elektrické vedenie

PRÁCA ELEKTROSTATICKÝCH POLNÝCH SÍL. POTENCIÁL

Elektrické pole, podobne ako gravitačné pole, je potenciálne. Tie. práca vykonaná elektrostatickými silami nezávisí od dráhy, po ktorej sa náboj q pohybuje v elektrickom poli z bodu 1 do bodu 2. Táto práca sa rovná rozdielu potenciálnych energií, ktoré má pohybujúci sa náboj na počiatočnom a posledné body poľa:

A 1,2 = W 1 – W 2. (7)

Dá sa ukázať, že potenciálna energia náboja q je priamo úmerná veľkosti tohto náboja. Preto sa ako energetická charakteristika elektrostatického poľa používa pomer potenciálnej energie skúšobného náboja q 0 umiestneného v akomkoľvek bode poľa k hodnote tohto náboja:

Táto veličina predstavuje množstvo potenciálnej energie na jednotku kladného náboja a je tzv potenciál poľa v danom bode. [0] = J / Cl = V (V).

Ak pripustíme, že keď sa náboj q 0 vzdiali do nekonečna (r→ ∞), jeho potenciálna energia v poli náboja q bude nulová, potom potenciál poľa bodového náboja q vo vzdialenosti r od neho:

. (9)

Ak je pole vytvorené systémom bodových nábojov, potom sa potenciál výsledného poľa rovná algebraickému (vrátane znamienok) súčtu potenciálov každého z nich:

. (10)

Z definície potenciálu (8) a výrazu (7) vyplýva práca vykonaná silami elektrostatického poľa na presun náboja z

body 1 až 2 možno znázorniť takto:

ELEKTRICKÝ PRÚD V PLYNOCH

SAMOSTATNÉ VYPÚŠŤANIE PLYNU

Plyny sú dobrými izolantmi pri teplotách, ktoré nie sú príliš vysoké a pri tlakoch blízkych atmosférickému. Ak umiestnite nabitý elektromer do suchého atmosférického vzduchu, jeho náboj zostane dlho nezmenený. Vysvetľuje to skutočnosť, že plyny za normálnych podmienok pozostávajú z neutrálnych atómov a molekúl a neobsahujú voľné náboje (elektróny a ióny). Plyn sa stáva vodičom elektriny až vtedy, keď sú niektoré jeho molekuly ionizované. Na ionizáciu musí byť plyn vystavený nejakému druhu ionizátora: napríklad elektrický výboj, röntgenové žiarenie, žiarenie alebo UV žiarenie, plameň sviečky atď. (v druhom prípade je elektrická vodivosť plynu spôsobená zahrievaním).

Počas ionizácie plynov dochádza k odstráneniu jedného alebo viacerých elektrónov z vonkajšieho elektrónového obalu atómu alebo molekuly, čo vedie k tvorbe voľných elektrónov a kladných iónov. Elektróny sa môžu pripojiť k neutrálnym molekulám a atómom a premieňať ich na záporné ióny. Preto ionizovaný plyn obsahuje kladne a záporne nabité ióny a voľné elektróny. E Elektrický prúd v plynoch sa nazýva výboj plynu. Prúd v plynoch je teda tvorený iónmi znakov aj elektrónov. Výboj plynu s takýmto mechanizmom bude sprevádzaný presunom hmoty, t.j. Ionizované plyny sú klasifikované ako vodiče druhého typu.

Na odstránenie jedného elektrónu z molekuly alebo atómu je potrebné vykonať určitú prácu A a t.j. vynaložiť trochu energie. Táto energia sa nazýva ionizačnej energie , ktorých hodnoty pre atómy rôznych látok ležia v rozmedzí 4÷25 eV. Ionizačný proces je väčšinou kvantitatívne charakterizovaný veličinou tzv ionizačný potenciál :

Súčasne s procesom ionizácie v plyne vždy nastáva opačný proces - proces rekombinácie: kladné a záporné ióny alebo kladné ióny a elektróny sa stretávajú, znovu sa spájajú a vytvárajú neutrálne atómy a molekuly. Čím viac iónov sa objaví pod vplyvom ionizátora, tým intenzívnejší je proces rekombinácie.

Prísne vzaté, elektrická vodivosť plynu nie je nikdy nulová, pretože vždy obsahuje voľné náboje vznikajúce v dôsledku pôsobenia žiarenia z rádioaktívnych látok prítomných na povrchu Zeme, ako aj kozmického žiarenia. Intenzita ionizácie pod vplyvom týchto faktorov je nízka. Táto nepatrná elektrická vodivosť vzduchu spôsobuje únik nábojov z elektrifikovaných telies, aj keď sú dobre izolované.

Povaha výboja plynu je určená zložením plynu, jeho teplotou a tlakom, veľkosťou, konfiguráciou a materiálom elektród, ako aj aplikovanou hustotou napätia a prúdu.

Uvažujme okruh obsahujúci plynovú medzeru (obr.), ktorý je vystavený nepretržitému vystaveniu ionizátoru konštantnej intenzity. Pôsobením ionizátora plyn získava určitú elektrickú vodivosť a v obvode tečie prúd. Obrázok ukazuje charakteristiky prúdového napätia (prúd verzus použité napätie) pre dva ionizátory. Výkon
(počet iónových párov produkovaných ionizátorom v plynovej medzere za 1 sekundu) druhého ionizátora je väčší ako prvého. Budeme predpokladať, že produktivita ionizátora je konštantná a rovná sa n 0. Pri nie veľmi nízkom tlaku sú takmer všetky oddelené elektróny zachytené neutrálnymi molekulami, čím sa vytvárajú negatívne nabité ióny. Berúc do úvahy rekombináciu, predpokladáme, že koncentrácie iónov oboch znakov sú rovnaké a rovné n. Priemerné rýchlosti driftu iónov rôznych znakov v elektrickom poli sú rôzne: , . b - a b + – pohyblivosť plynových iónov. Teraz pre oblasť I, berúc do úvahy (5), môžeme napísať:

Ako je možné vidieť, v oblasti I so zvyšujúcim sa napätím sa zvyšuje prúd so zvyšujúcou sa rýchlosťou driftu. Počet párov rekombinujúcich iónov bude klesať so zvyšujúcou sa rýchlosťou.

Oblasť II - oblasť saturačného prúdu - všetky ióny vytvorené ionizátorom sa dostanú k elektródam bez toho, aby mali čas na rekombináciu. Hustota saturačného prúdu

j n = q n 0 d, (28)

kde d je šírka plynovej medzery (vzdialenosť medzi elektródami). Ako je možné vidieť z (28), saturačný prúd je mierou ionizačného účinku ionizátora.

Pri napätí väčšom ako U p p (oblasť III) dosahuje rýchlosť elektrónov takú hodnotu, že pri zrážke s neutrálnymi molekulami sú schopné spôsobiť nárazovú ionizáciu. V dôsledku toho sa vytvoria ďalšie iónové páry An0. Množstvo A sa nazýva koeficient zisku plynu . V oblasti III tento koeficient nezávisí od n 0, ale závisí od U. Teda. náboj dosahujúci elektródy pri konštante U je priamo úmerný výkonu ionizátora - n 0 a napätiu U. Z tohto dôvodu sa oblasť III nazýva oblasťou proporcionality. U pr – prah proporcionality. Zisk plynu A má hodnoty od 1 do 104.

V oblasti IV, oblasti čiastočnej úmernosti, koeficient zosilnenia plynu začína závisieť od n 0. Táto závislosť sa zvyšuje so zvyšujúcim sa U. Prúd sa prudko zvyšuje.

V rozsahu napätia 0 ÷ U g prúd v plyne existuje len vtedy, keď je aktívny ionizátor. Ak sa činnosť ionizátora zastaví, zastaví sa aj výboj. Výboje, ktoré existujú len pod vplyvom vonkajších ionizátorov, sa nazývajú nesamosprávne.

Napätie Ug je prah oblasti, Geigerova oblasť, čo zodpovedá stavu, keď proces v plynovej medzere nezmizne ani po vypnutí ionizátora, t.j. výboj nadobúda charakter samostatného výboja. Primárne ióny dávajú impulz iba k výskytu plynového výboja. V tejto oblasti získavajú schopnosť ionizácie aj masívne ióny oboch znamení. Aktuálna hodnota nezávisí od n 0.

V oblasti VI je napätie také vysoké, že výboj, keď už nastane, sa nezastaví - oblasť nepretržitého výboja.

SAMOZÁVISLÝ VYPÚŠŤANIE PLYNU A JEHO TYPY

Výboj v plyne, ktorý pretrváva aj po tom, čo externý ionizátor prestane fungovať, sa nazýva samovybíjanie.

Uvažujme o podmienkach vzniku samovoľného výboja. Pri vysokých napätiach (oblasti V–VI) sa elektróny generované vplyvom externého ionizátora, silne urýchľované elektrickým poľom, zrážajú s neutrálnymi molekulami plynu a ionizujú ich. V dôsledku toho sa vytvárajú sekundárne elektróny a kladné ióny (proces 1 na Obr. 158). Kladné ióny sa pohybujú smerom ku katóde a elektróny sa pohybujú smerom k anóde. Sekundárne elektróny reionizujú molekuly plynu, a preto sa celkový počet elektrónov a iónov zvýši, keď sa elektróny lavínovito pohybujú smerom k anóde. To spôsobí zvýšenie elektrického prúdu (pozri obr. Oblasť V). Opísaný proces sa nazýva nárazová ionizácia.

Nárazová ionizácia pod vplyvom elektrónov však nestačí na udržanie výboja pri odstránení externého ionizátora. Na to je potrebné, aby sa elektrónové lavíny „reprodukovali“, to znamená, že pod vplyvom niektorých procesov vznikajú v plyne nové elektróny. Takéto procesy sú schematicky znázornené na obr. 158: Kladné ióny urýchľované poľom, narážajúce na katódu, vyrážajú z nej elektróny (proces 2); Kladné ióny, ktoré sa zrážajú s molekulami plynu, ich prenášajú do excitovaného stavu, prechod takýchto molekúl do normálneho stavu je sprevádzaný emisiou fotónu (proces 3); Fotón absorbovaný neutrálnou molekulou ju ionizuje, dochádza k takzvanému procesu fotónovej ionizácie molekúl (proces 4); Knockout elektrónov z katódy pod vplyvom fotónov (proces 5).

Nakoniec pri významných napätiach medzi elektródami plynovej medzery nastáva moment, keď kladné ióny, ktoré majú kratšiu voľnú dráhu ako elektróny, získajú energiu dostatočnú na ionizáciu molekúl plynu (proces 6) a k zápornej doske sa vrhnú iónové lavíny. Keď sa okrem elektrónových lavín vyskytnú aj iónové lavíny, intenzita prúdu sa zvyšuje prakticky bez zvýšenia napätia (oblasť VI na obrázku).

V dôsledku opísaných procesov sa počet iónov a elektrónov v objeme plynu lavínovito zvyšuje a výboj sa stáva nezávislým, teda pretrváva aj po ukončení externého ionizátora. Napätie, pri ktorom dochádza k samovybíjaniu, sa nazýva prierazné napätie. Pre vzduch je to asi 30 000 V na každý centimeter vzdialenosti.

V závislosti od tlaku plynu, konfigurácie elektród a parametrov vonkajšieho okruhu môžeme hovoriť o štyroch typoch nezávislého výboja: žiara, iskra, oblúk a koróna.

1. Žiarivý výboj. Vyskytuje sa pri nízkych tlakoch. Ak sa na elektródy prispájkované do sklenenej trubice s dĺžkou 30÷50 cm aplikuje konštantné napätie niekoľko stoviek voltov a postupne sa z trubice odčerpáva vzduch, potom sa pri tlaku ≈ 5,3÷6,7 kPa objaví výboj vo forme výboja. svietiaca, vinutá červenkastá šnúra, idúca od katódy k anóde. Pri ďalšom poklese tlaku sa kord zahusťuje a pri tlaku ≈ 13 Pa má výboj tvar schematicky znázornený na obr.

Priamo ku katóde je tenká svietiaca vrstva 1 - prvá katódová žiara, alebo katódový film, za ňou tmavá vrstva 2 - katódový tmavý priestor, ktorý potom prechádza do svietivej vrstvy 3 - tlejúca žiara, ktorá má ostrú hranica na katódovej strane, postupne miznúca na anódovej strane. Vyskytuje sa v dôsledku rekombinácie elektrónov s kladnými iónmi. Tlejúca žiara je ohraničená tmavou medzerou 4 - Faradayov temný priestor, za ktorým nasleduje stĺpec ionizovaného svetelného plynu 5 - pozitívny stĺpec. Kladný stĺpec nemá významnú úlohu pri udržiavaní výboja. Napríklad, keď sa vzdialenosť medzi elektródami trubice zmenšuje, jej dĺžka sa zmenšuje, zatiaľ čo katódové časti výboja zostávajú nezmenené v tvare a veľkosti. V žeravom výboji sú pre jeho údržbu mimoriadne dôležité iba jeho dve časti: katódový tmavý priestor a žiara. V tmavom priestore katódy dochádza k silnému zrýchleniu elektrónov a kladných iónov, čím dochádza k vyrazeniu elektrónov z katódy (sekundárna emisia). V oblasti tlejúcej žiary dochádza k nárazovej ionizácii molekúl plynu elektrónmi. V tomto prípade vytvorené kladné ióny sa vrhajú na katódu a vyraďujú z nej nové elektróny, ktoré zase ionizujú plyn atď. Takto sa nepretržite udržiava žeravý výboj.

Pri ďalšom čerpaní trubice pri tlaku ≈ 1,3 Pa žiara plynu slabne a steny trubice začnú žiariť. Elektróny vyrazené z katódy kladnými iónmi pri takomto riedení sa zriedka zrazia s molekulami plynu, a preto, urýchlené poľom, narážajú na sklo, čo spôsobuje jeho žiaru, takzvanú katodoluminiscenciu. Tok týchto elektrónov sa historicky nazýval katódové lúče.

Žiarivý výboj je široko používaný v technológii. Keďže žiara kladného stĺpca má farebnú charakteristiku každého plynu, používa sa v plynových lampách na svetelné nápisy a reklamy (napr. neónové výbojky dávajú červenú žiaru, argón – modrozelené). V žiarivkách, ktoré sú ekonomickejšie ako žiarovky, je žiarenie doutnavého výboja vyskytujúce sa v ortuťových parách absorbované fluorescenčnou látkou (fosforom) nanesenou na vnútornom povrchu trubice, ktorá vplyvom absorbovaného žiarenia začne žiariť. Spektrum luminiscencie je pri vhodnom výbere fosforu blízke spektru slnečného žiarenia. Žiarivý výboj sa používa na katódové nanášanie kovov. Katódová látka v žeravom výboji sa v dôsledku bombardovania kladnými iónmi veľmi zahrieva a prechádza do stavu pary. Umiestnením rôznych predmetov do blízkosti katódy môžu byť potiahnuté rovnomernou vrstvou kovu.

2. Iskrový výboj. Vyskytuje sa pri vysokej intenzite elektrického poľa (≈ 3·10 6 V/m) v plyne pod atmosférickým tlakom. Iskra má vzhľad jasne žiariaceho tenkého kanála, komplexne zakriveného a rozvetveného.

Vysvetlenie iskrového výboja je podané na základe teórie streamerov, podľa ktorej vzniku jasne žiariaceho iskrového kanála predchádza objavenie sa slabo žiariacich nahromadení ionizovaného plynu. Tieto zhluky sa nazývajú streamery. Streamery vznikajú nielen ako dôsledok tvorby elektrónových lavín nárazovou ionizáciou, ale aj v dôsledku fotónovej ionizácie plynu. Lavíny, ktoré sa navzájom dobiehajú, vytvárajú vodivé mosty zo streamerov, pozdĺž ktorých sa v nasledujúcich okamihoch rútia silné prúdy elektrónov, ktoré vytvárajú kanály pre iskrové výboje. V dôsledku uvoľnenia veľkého množstva energie počas uvažovaných procesov sa plyn v iskrišti zohreje na veľmi vysokú teplotu (približne 10 4 K), čo vedie k jeho žiaru. Prudké zahriatie plynu vedie k zvýšeniu tlaku a vzniku rázových vĺn, ktoré vysvetľujú zvukové efekty iskrového výboja - charakteristický praskavý zvuk pri slabých výbojoch a silné hromy v prípade blesku, čo je príklad silný iskrový výboj medzi búrkovým mrakom a Zemou alebo medzi dvoma mrakmi.

Iskrový výboj sa používa na zapálenie horľavej zmesi v spaľovacích motoroch a na ochranu elektrických prenosových vedení pred prepätiami (iskriska). Pri krátkej dĺžke výbojovej medzery spôsobí iskrový výboj deštrukciu (eróziu) povrchu kovu, preto sa používa na elektrické iskrové presné opracovanie kovov (rezanie, vŕtanie). Používa sa v spektrálnej analýze na registráciu nabitých častíc (počítače iskier).

3. Oblúkový výboj. Ak sa po zapálení iskrového výboja z výkonného zdroja postupne zmenšuje vzdialenosť medzi elektródami, potom sa výboj stáva kontinuálnym - vzniká oblúkový výboj. V tomto prípade sa prúd prudko zvyšuje, dosahuje stovky ampérov a napätie vo výbojovej medzere klesá na niekoľko desiatok voltov. Oblúkový výboj je možné získať z nízkonapäťového zdroja, ktorý obchádza stupeň iskry. Na tento účel sa elektródy (napríklad uhlík) spájajú, až kým sa nedotknú, veľmi sa zahrejú elektrickým prúdom, potom sa oddelia a získa sa elektrický oblúk (takto to objavil ruský vedec V.V. Petrov) . Pri atmosférickom tlaku je teplota katódy približne 3900 K. Horením oblúka sa uhlíková katóda stáva ostrejšou a na anóde sa vytvára priehlbina - kráter, ktorý je najhorúcejším bodom oblúka.

Podľa moderných koncepcií je oblúkový výboj udržiavaný v dôsledku vysokej teploty katódy v dôsledku intenzívnej termionickej emisie, ako aj tepelnej ionizácie molekúl v dôsledku vysokej teploty plynu.

Oblúkový výboj je široko používaný v národnom hospodárstve na zváranie a rezanie kovov, výrobu vysokokvalitných ocelí (oblúková pec), osvetlenie (bodové svetlá, premietacie zariadenia). Široko používané sú aj oblúkové výbojky s ortuťovými elektródami v kremenných valcoch, kde dochádza k oblúkovému výboju v ortuťových parách pri evakuácii vzduchu. Oblúk, ktorý sa vyskytuje v parách ortuti, je silným zdrojom ultrafialového žiarenia a používa sa v medicíne (napríklad kremenné lampy). Oblúkový výboj pri nízkych tlakoch v ortuťových parách sa používa v ortuťových usmerňovačoch na usmernenie striedavého prúdu.

4. Korónový výboj – vysokonapäťový elektrický výboj, ktorý vzniká pri vysokom (napríklad atmosférickom) tlaku v nerovnomernom poli (napríklad v blízkosti elektród s veľkým zakrivením povrchu, hrotu ihlovej elektródy). Keď sila poľa v blízkosti hrotu dosiahne 30 kV/cm, okolo neho sa objaví žiara, ktorá má vzhľad koruny, čo vedie k názvu tohto typu výboja.

V závislosti od znamenia korónovej elektródy sa rozlišuje negatívna alebo pozitívna koróna. V prípade negatívnej koróny dochádza k zrodeniu elektrónov, ktoré spôsobujú nárazovú ionizáciu molekúl plynu, v dôsledku ich emisie z katódy pod vplyvom kladných iónov, v prípade kladnej koróny v dôsledku ionizácie plynu v blízkosti anóda. V prirodzených podmienkach sa vplyvom atmosférickej elektriny objavuje koróna na vrcholoch lodných stožiarov alebo stromov (na tom je založená činnosť bleskozvodov). Tento jav sa v staroveku nazýval ohne svätého Elma. Škodlivým účinkom koróny okolo drôtov vysokonapäťových elektrických vedení je výskyt zvodových prúdov. Na ich zníženie sú drôty vysokonapäťových vedení hrubé. Korónový výboj, ktorý je prerušovaný, sa tiež stáva zdrojom rádiového rušenia.

Korónový výboj sa používa v elektrických odlučovačoch používaných na čistenie priemyselných plynov od nečistôt. Plyn, ktorý sa má čistiť, sa pohybuje zdola nahor vo vertikálnom valci, pozdĺž ktorého osi je umiestnený korónový drôt. Ióny, prítomné vo veľkých množstvách vo vonkajšej časti koróny, sa usadzujú na časticiach nečistôt a sú odnášané poľom na vonkajšiu nekorónovú elektródu a usadzujú sa na nej. Korónový výboj sa používa aj pri nanášaní práškových a farebných náterov.

ELEKTROSTATICKÉ POLE

ELEKTRICKÉ POĽNÉ LINKY

Podľa koncepcií modernej fyziky sa účinok jedného náboja na druhý prenáša cez elektrostatické pole - špeciálne nekonečne sa rozširujúce hmotné prostredie, ktoré okolo seba vytvára každé nabité teleso. Elektrostatické polia nemôžu byť detekované ľudskými zmyslami. Na náboj umiestnený v poli však pôsobí sila priamo úmerná veľkosti tohto náboja. Pretože smer sily závisí od znamienka náboja, dohodli sme sa na použití tzv skúšobný náboj q 0. Ide o kladný, bodový náboj, ktorý je umiestnený v bode elektrického poľa, ktorý nás zaujíma. V súlade s tým je vhodné použiť pomer sily k hodnote skúšobného náboja q 0 ako silovú charakteristiku poľa:

Táto konštantná vektorová veličina pre každý bod poľa rovnajúca sa sile pôsobiacej na jednotkový kladný náboj sa nazýva napätie . Pre pole bodového náboja q vo vzdialenosti r od neho:

, (4)

Smer vektora sa zhoduje so smerom sily pôsobiacej na skúšobný náboj. [E] = N/C alebo V/m.

V dielektrickom prostredí sa sila interakcie medzi nábojmi, a tým aj sila poľa, znižuje ε-krát:

, . (5)

Keď sa niekoľko elektrostatických polí navrství na seba, výsledná sila sa určí ako vektorový súčet síl každého z polí (princíp superpozície):

Graficky je rozloženie elektrického poľa v priestore znázornené pomocou elektrické vedenie . Tieto čiary sú nakreslené tak, aby sa dotyčnice k nim v ktoromkoľvek bode zhodovali. To znamená, že vektor sily pôsobiacej na náboj a teda vektor jeho zrýchlenia leží aj na dotyčniciach k siločiaram, ktoré sa nikdy nikde nepretínajú. Elektrostatické siločiary nie je možné uzavrieť. Začínajú na kladných a končia na záporných nábojoch alebo idú do nekonečna.