Teres-1t.ru

Инженерные решения
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Электрическое поле и электрический ток

Электрическое поле заряда – это материальный объект, оно непрерывно в пространстве и способно действовать на другие электрические заряды. Электрическое поле неподвижных зарядов называется электростатическим. Электростатическое поле создается только электрическими зарядами, существует в пространстве, окружающем эти заряды и неразрывно с ними связано.

Если к электроскопу, не касаясь его оси, поднести на некотором расстоянии заряженную палочку, то стрелка все равно будет откланяться. Это и есть действие электрического поля.

Напряженность электрического поля

Заряды, находясь на некотором расстоянии один от другого, взаимодействуют. Это взаимодействие осуществляется посредством электрического поля. Наличие электрического поля можно обнаружить, помещая в различные точки пространства электрические заряды. Если на заряд в данной точке действует электрическая сила, то это означает, что в данной точке пространства существует электрическое поле. Графически силовые поля изображают силовыми линиями.

Силовая линия – это линия, касательная в каждой точке которой совпадает с вектором напряженности электрического поля в этой точке.

Напряженность электрического поля – это физическая величина, численно равная силе, действующей на единичный заряд, помещенный в данную точку поля. За направление вектора напряженности принимают направление силы, действующей на точечный положительный заряд.

Однородное электрическое поле – это такое поле, во всех точках которого напряженность имеет одно и то же абсолютное значение и направление. Приблизительно однородным является электрическое поле между двумя разноименно заряженными металлическими пластинами. Силовые линии такого поля являются прямыми одинаковой густоты.

Потенциал. Разность потенциалов. Кроме напряженности, важной характеристикой электрического поля является потенциал j. Потенциал j – это энергетическая характеристика электрического поля, тогда как напряженность E – это его силовая характеристика, потому что потенциал равен потенциальной энергии, которой обладает единичный заряд в данной точке поля, а напряженность равна силе, с которой поле действует на этот единичный заряд.

Диэлектрики в электрическом поле

Диэлектриками или изоляторами называются тела, которые не могут проводить через себя электрические заряды. Это объясняется отсутствием в них свободных зарядов.

Если одни конец диэлектрика внести в электрическое поле, то перераспределения зарядов не произойдет, т. к. в диэлектрике нет свободных носителей заряда. Оба конца диэлектрика будут нейтральны. Притяжение незаряженного тела из диэлектрика к заряженному телу объясняется тем, что в электрическом поле происходит поляризация диэлектрика, т. е. смещение в противоположные стороны разноименных связанных зарядов, входящих в состав атомов и молекул вещества.

Полярные и неполярные диэлектрики

Виды диэлектриков

К неполярным относятся диэлектрики, в атомах или молекулах которых центр отрицательно заряженного электронного облака совпадает с центром положительного атомного ядра. Например, инертные газы, кислород, водород, бензол.

Полярные диэлектрики состоят из молекул, у которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов не совпадают. Например, спирты, вода. Их молекулы можно рассматривать как совокупность двух точечных зарядов, равных по модулю и противоположных по знаку, находящихся на некотором расстоянии друг от друга. Такую в целом нейтральную систему называют электрическим диполем.

Читайте так же:
Использование теплового действия электрического тока в промышленности

Проводники в электрическом поле

Проводниками называются тела, способные пропускать через себя электрические заряды. Это свойство проводников объясняется наличием в них свободных носителей заряда. Примерами проводников могут быть металлы и растворы электролитов.

Если взять металлический проводник и один его конец поместить в электрическое поле, то на данном конце появится электрический заряд. Согласно закону сохранения электрического заряда, на другом конце проводника появится равный ему по модулю и противоположный по знаку заряд. Явление разделения разноименных зарядов в проводнике, помещенном в электрическое поле, называется электростатической индукцией.

При внесении в электрическое поле проводника свободные заряды в нем приходят в движение. Перераспределение зарядов вызывает изменение электрического поля. Движение зарядов прекращается только тогда, когда напряженность электрического поля внутри проводника становится равной нулю. Свободные заряды перестают перемещаться вдоль поверхности проводящего тела при достижении такого распределения, при котором вектор напряженности электрического поля в любой точке перпендикулярен поверхности тела. Электростатическое поле внутри проводника равно нулю, весь статический заряд проводника сосредоточен на его поверхности.

Воздействие электрического тока на организм человека. Оказание первой помощи при поражении электрическим током

Как проявляется воздействие электрического тока на организм человека?

От каких факторов зависит исход электротравмы?

Как следует помогать человеку, попавшему под напряжение?

Воздействие тока

Взаимосвязь между электрическими величинами определяется законом Ома (Георг Симон Ом опубликовал его в 1827 году).

I = U / R

где R — сопротивление участка цепи, и U = Ф1 — Ф2 — напряжение на рассматриваемом участке (разность потенциалов).

Соответственно чем выше разность потенциалов, тем больший ток идет через участок цепи.

Различают несколько видов воздействия тока на человека:

Термическое воздействие проявляется в виде выделения тепла при прохождении через организм человека тока или вследствие воздействия электрической дуги.

При электролитическом воздействии страдает кровь и другие органические жидкости. Электрический ток может нарушить их физико-химический состав.

Биологическое воздействие выражается в раздражении и возбуждении живых клеток организма, что приводит к непроизвольным судорожным сокращениям мышц, нарушению нервной системы, органов дыхания и кровообращения.

Факторы воздействующие на исход электротравмы:

Сила тока

От ее величины зависит общая реакция организма. Чем выше ток, тем сильнее ощущаются последствия контакта с ним. От легкого дрожания руки касающейся проводника до остановки сердца. Мы начинаем ощущать ток от 0,6 мА. Опасным для жизни считается ток от 15 мА. Ток более 100 мА смертелен.

Род тока. Частота электрического тока

Переменный ток намного опаснее для человека в силу возможного возникновения судорог и фибрилляции. Фибрилляция сердечных желудочков может наступить уже при воздействии тока с частотой 10 Гц. Принятая промышленная частота тока в 50 Гц в 5 раз выше этого уровня.

Но на больших значениях постоянный ток не менее опасен из-за электролитического воздействия.

Читайте так же:
Тепловое действие тока опыт рисунок
Сопротивление тела человека

Сопротивление тела человека складывается из сопротивления кожи и внутренних органов. Это индивидуальный показатель, колеблющийся от 600 до 1200 Ом. Расчетная величина принимается равной 1 кОм.

Продолжительность воздействия тока

Чем дольше продолжается контакт с проводником, тем больше снижается сопротивление и, как мы помним из закона Ома, выше значение тока.

С другой стороны человек может выдержать контакт с током более 100 мА если продолжительность такого контакта была не более 0,5 секунд. По этой причине УЗО должны произвести отключение не более чем за 0,2 секунды.

Путь тока

13

Наиболее опасно, когда ток проходит через жизненно важные органы — сердце, легкие, головной мозг.

Освобождение пострадавшего от воздействия электрического тока

При нахождении в зоне шагового напряжения Необходимо обеспечь свою безопасность . По возможности надеть резиновые сапоги, отключить источник тока.

14

Покидая зону или при подходе к пострадавшему следует иди мелкими, не более 10 см, шагами. Помним про разность потенциалов. Пострадавшего следует отнести на расстояние не менее 8-10 метров.

1516

Если пострадавший находится в контакте с токоведущими частями, освобождать его следует, используя сухие, не проводящие ток предметы. Обязательно одеть диэлектрические перчатки.

Если у пострадавшего отсутствует пульс необходимо преступить к реанимационным мероприятиям. См. Правила оказания первой помощи. Пульс проверяют только после того как пострадавший освобожден от действия тока.

В любом случае при поражении электрическим током пострадавший должен обратиться к врачу. Последствия могут проявиться спустя несколько часов, а в некоторых случаях и дней.

  • Печать
  • E-mail

Проводники отличаются от диэлектриков тем, что в них есть свободные заряды, которые могут перемещаться по всему объему проводника.

Если изолированный проводник поместить в электрическое поле , то на свободные заряды qв проводнике будет действовать сила . В результате в проводнике возникает кратковременное перемещение свободных зарядов. Этот процесс закончится тогда, когда собственное электрическое поле зарядов, возникших на поверхности проводника, не скомпенсирует полностью внешнее поле. Результирующее электростатическое поле внутри проводника равно нулю.

Однако, в проводниках может при определенных условиях возникнуть непрерывное упорядоченное движение свободных носителей электрического заряда. Такое движение называется электрическим током.

Электрический ток – упорядоченное движение заряженных частиц.

За направление электрического тока принято направление движения положительных свободных зарядов.

В металлах носителями зарядов являются электроны — отрицательно заряженные частицы, поэтому электрический ток в металлах всегда направлен против дижения электронов.

Количественной мерой электрического тока служит сила тока I.

Сила токаскалярная физическая величина, равная отношению заряда q, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени t, к этому интервалу времени:

Сила тока численно равна количеству зарядов, прошедших через поперечное сечение проводника за 1 секунду.

Упорядоченное движение электронов в металлическом проводнике
I — сила тока, S – площадь поперечного сечения проводника, – электрическое поле.

Единица измерения силы тока в Международной системе единиц СИ ампер [А].

Читайте так же:
Как соединить провод теплого пола с кабелем

Прибор для измерения силы тока называется амперметр.

Амперметр включается последовательно в разрыв электрической цепи, чтобы через него проходил весь измеряемый ток.

На схемах электрических цепей амперметр обозначается .

Амперметр обладает некоторым внутренним сопротивлением RA. Внутреннее сопротивление амперметра должно быть достаточно малым по сравнению с полным сопротивлением всей цепи.

Если сила тока и его направление не изменяются со временем, то такой ток называетсяпостоянным.

Кратковременный ток в проводнике можно получить, если соединить этим проводником два заряженных проводящих тела, которые имеют различный потенциал. Ток в проводнике исчезнет, когда потенциал тел станет одинаковым. Для существования электрического тока в проводнике необходимо создать в нем и длительное время поддерживать электрическое поле.

Условия существования электического тока:

1. Наличие свободных зарядов внутри проводника,

2. Наличие разности потенциалов на концах проводника (создание электрического поля внутри проводника)

Электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц, которое создается электрическим полём, а оно при этом совершает работу. Работа токаэто работа сил электрического поля, создающего электрический ток.

Постоянный электрический ток может быть создан только в замкнутой цепи, в которой свободные носители заряда циркулируют по замкнутым траекториям. При перемещении электрического заряда в электростатическом поле по замкнутой траектории, работа электрических сил равна нулю. Поэтому для существования постоянного тока необходимо наличие в электрической цепи устройства, способного создавать и поддерживать разности потенциалов на участках цепи за счет работы сил неэлектростатического происхождения. При перемещении единичного положительного заряда по некоторому участку цепи работу совершают как электростатические (кулоновские), так и сторонние силы.

Работа электростатических сил при перемещении единичного заряда равна разности потенциалов Δφ12 = φ1 – φ2 между начальной (1) и конечной (2) точками неоднородного участка. Величину U12 принято называть напряжением на участке цепи 1–2.

Напряжениеэто физическая величина, характеризующая действие электрического поля на заряженные частицы, численно равно работе электрического поля по перемещению заряда из точки с потенциалом φ1 в точку с потенциалом φ2.


В случае однородного участка напряжение равно разности потенциалов: U12 = φ1 – φ2

Единица измерения напряжения в Международной системе единиц СИ вольт [В].

Прибор для измерения напряжения называется вольтметр.


Вольтметр предназначен для измерения разности потенциалов, приложенной к его клеммам. Он подключается параллельно участку цепи, на котором производится измерение разности потенциалов.

На схемах электрических цепей амперметр обозначается .

Любой вольтметр обладает некоторым внутренним сопротивлением RB. Для того, чтобы вольтметр не вносил заметного перераспределения токов при подключении к измеряемой цепи, его внутреннее сопротивление должно быть велико по сравнению с сопротивлением того участка цепи, к которому он подключен. Поскольку внутри вольтметра не действуют сторонние силы, разность потенциалов на его клеммах совпадает по определению с напряжением. Поэтому можно говорить, что вольтметр измеряет напряжение.

Читайте так же:
Тепловое действие электрического тока в повседневной жизни

Аналогично тому, как трение в механике препятствует движению, сопротивление проводника создает противодействие направленному движению зарядов и определяет превращение электрической энергии во внутреннюю энергию проводника. Причина сопротивления: столкновение свободно движущихся зарядов с ионами кристаллической решетки.

Величина, характеризующая противодействие электрическому току в проводнике, которое обусловлено внутренним строением проводника и хаотическим движением его частиц, называется электрическим сопротивлением проводника.

В СИ единицей электрического сопротивления проводников служит ом [Ом]. Сопротивлением в 1 Ом обладает такой участок цепи, в котором при напряжении 1 В возникает ток силой 1 А.

Электрическое сопротивление проводника зависит от размеров и формы проводника и от материала, из которого изготовлен проводник.

S – площадь поперечного сечения проводника
l – длина проводника
ρ – удельное сопротивление проводника.

Сопротивление проводника прямо пропорционально его длине и обратно пропорционально площади его поперечного сечения.

Величину ρ, характеризующую зависимость сопротивления проводника от материала, из которого он сделан, и от внешних условий, называют удельным сопротивлением проводника. Оно численно равно сопротивлению проводника длиной 1 м и площадью сечения 1 мм 2 , изготовленного из данного вещества. Единица удельного сопротивления в СИ [1 Ом*м = 1 Ом*мм 2 /м]

Сопротивление проводника зависит и от его состояния, а именно от температуры.

Эта зависимость выражается формулой или

α – температурный коэффициент сопротивления. Для всех чистых металлов .

При нагревании чистых металлов их сопротивление увеличивается, а при охлаждении – уменьшается.

Закон Ома для участка цепи.

Немецкий физик Г. Ом в 1826 году экспериментально установил, что сила тока I, текущего по однородному металлическому проводнику (то есть проводнику, в котором не действуют сторонние силы), пропорциональна напряжению U на концах проводника:

Это соотношение выражает закон Ома для однородного участка цепи: сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

Проводник, обладающий электрическим сопротивлением, называется резистором.

Проводники, подчиняющиеся закону Ома, называются линейными.

Графическая зависимость силы тока I от напряжения U называется вольт-амперная характеристика (сокращенно ВАХ). Она изображается прямой линией, проходящей через начало координат.

По вольт-амперной характеристике проводника можно судить о его сопротивлении: чем больше угол наклона графика к оси напряжения, тем меньше сопротивление проводника.

Измерение напряжения

Замер напряжения

Для замера напряжение используется прибор вольтметр, хотя сейчас наиболее популярны мультиметры. Мультиметр это такой комбинированный прибор имеющий в себе много чего. О нем я писал в статье и рассказывал как им пользоваться.

Вольтметр это как раз тот прибор который измеряет разность потенциалов между двумя точками. Напряжение (разность потенциалов) в любой точке схемы обычно измеряется относительно НОЛЯ или ЗЕМЛИ или МАССЫ или МИНУСА батарейки. Не важно главное это должна быть точка имеющая наименьший потенциал во всей схеме.

Итак чтобы измерить напряжение постоянного тока между двумя точками, делаем следующее. Черный (минусовой ) щуп вольтметра втыкается в ту точку, где предположительно мы можем наблюдать точку с меньшим потенциалом (НОЛЬ). Красный щуп (плюсовой) втыкаем в точку, потенциал которой нам интересен.

Читайте так же:
Провод теплого пола spyheat

И результатом измерения будет числовое значение разности потенциалов, или другими словами напряжение.

Первая помощь при поражении электротоком

Незначительные поражения электрическим током, например от небольших бытовых приборов, обычно не требуют лечения. Однако, человек должен обратиться к врачу, если он получил удар электрическим током.

Если кто-то получил удар высоким напряжением, немедленно нужно вызвать скорую помощь. Кроме того, важно знать, как правильно реагировать:

1. Не прикасайтесь к людям, так как они все еще могут контактировать с источником электричества.

2. Если это безопасно, отключите источник электричества. Если это небезопасно, используйте непроводящий предмет из дерева, картона или пластика, чтобы отодвинуть источник от пострадавшего.

3. Как только они окажутся вне зоны источника электричества, проверьте пульс человека и посмотрите, дышит ли он. Если их дыхание поверхностное, немедленно начните реанимационные мероприятия.

4. Если человек слабый или бледный, положите его так, чтобы голова была ниже его тела, а ноги держите поднятыми.

5. Человек не должен прикасаться к ожогам или снимать обгоревшую одежду.

Для выполнения сердечно-легочной реанимации (СЛР) необходимо:

    Положить руки одна на другую в середине груди. Используя вес тела, сильно и быстро надавить вниз и сделать компрессию глубиной 4 — 5 см. Цель – сделать 100 компрессий за 60 секунд.

    В отделении неотложной помощи врач проведет тщательный медицинский осмотр, чтобы оценить потенциальные внешние и внутренние повреждения. Возможные тесты включают:

5 Электродинамическое действие тока короткого замыкания

5.1 Расчет электродинамических сил взаимодействия проводников

5.1.1 Электродинамические силы взаимодействия , Н, двух параллельных проводников с токами следует определять по формуле

, (1)

где — постоянный параметр, Н/А;

— мгновенные значения токов проводников, А;

— длина проводников, м;

— расстояние между осями проводников, м;

Для проводников прямоугольного сечения коэффициент формы следует определять по кривым, приведенным на рисунке 1.

Рисунок 1 — Диаграмма для определения коэффициента формы проводников прямоугольного сечения

Для круглых проводников сплошного сечения, проводников кольцевого сечения, а также проводников (шин) корытообразного сечения с высотой профиля 0,1 м и более следует принимать =1,0.

5.1.2 Наибольшее значение электродинамической силы имеет место при ударном токе КЗ.

5.1.3 Максимальную силу , Н, (эквивалентную равномерно распределенной по длине пролета нагрузки), действующую в трехфазной системе проводников на расчетную фазу при трехфазном КЗ, следует определять по формуле

, (2)

где — длина пролета, м;

— ударный ток трехфазного КЗ, А;

— коэффициент, зависящий от взаимного расположения проводников.

Значения коэффициента для некоторых типов шинных конструкций (рисунок 2) указаны в таблице 1.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector