Разность электрических потенциалов: Напряжение. Разность потенциалов. Эдс

Разность электрических потенциалов — Энциклопедия по машиностроению XXL

Количество электричества, электрический заряд Плотность электрического тока I Разность электрических потенциалов, электродви- жущая сила, электричес-, кое напряжение 1 Напряженность электрического поля  [c.12]

При соприкосновении двух электропроводящих фаз между ними возникает разность электрических потенциалов, что связано с образованием двойного электрического слоя, т. е. несимметричного распределения заряженных частиц у границы раздела фаз.  [c.149]

Установившийся при достижении равновесия обратимый (равновесный) потенциал металла Уме)об > являющийся разностью электрических потенциалов металла и раствора фр, может быть рассчитан по следующему уравнению  [c.153]

При погружении металлов в их расплавленные соли, являющиеся электролитами, в результате взаимодействия между ними возникает разность электрических потенциалов, которую можно определить, измерив э. д. с. элемента, составленного из исследуемого электрода (металла и его расплавленной соли) и электрода, потенциал которого условно принят за нуль. При измерениях в расплавах в каче стве такого электрода используют натриевый, хлорный, стеклянно-натриевый и другие электроды. В табл. 62 приведены электродные потенциалы металлов в расплавленных галогенидах по отношению к потенциалу натриевого электрода при 700° С, а в табл. 63 — ориентировочные значения электродных потенциалов анионов в расплавах при 700° С.  [c.406]

Электрическое напряжение, разность электрических потенциалов, электродвижущая сила вольт (1 Вт [ А) В  [c.228]

Учет заряда фаз и составляющих не меняет, как видно, общей схемы расчета химических и фазовых равновесий полученные в этом разделе выводы и формулы не отличаются принципиально от результатов 16, достаточно заменить химические потенциалы на электрохимические. Специфика электрохимических равновесий проявляется в более сложных системах — электрохимических цепях. Последние широко используются в экспериментальной термодинамике для электрических измерений термодинамических свойств веществ. В рассмотренной двухфазной системе разность ф —мембранный потенциал, не может быть измерена, поскольку, как говорилось, нет возможности выделить из общей работы переноса заряженной массы из одной фазы в другую ее электрическую часть. Можно, однако, добавить к такой системе еще две фазы одинакового химического состава и измерять разность электрических потенциалов между ними, а рассчитывать при этом разность химических потенциалов в интересующих фазах. Схему такого электрохимического элемента можно представить в виде  [c.151]

Для измерения термо-ЭДС используется любой способ, пригодный для измерения малой разности электрических потенциалов постоянного тока.  [c.141]

Напряженность электрического поля Электрическое напряжение, электрический потенциал, разность электрических потенциалов, электродвижущая сила Электрическое смещение  [c. 29]

Эффект Зеебека заключается в том, что при нагревании места спая двух металлических проводников на их концах появляется разность электрических потенциалов. Два спаянных металлических проводника образуют термодинамическую пару Зеебека, или просто термопару, которая широко используется при измерении температур.  [c.201]

В электролитах и ионизированных газах (плазме) при наличии разности электрических потенциалов будет происходить диффузия ионов, называемая электродиффузией.  [c.82]

Если все эти условия выполнены и через такую модель пропустить электрический ток, то, как это следует из установленной выше аналогии, разность электрических потенциалов будет соответствовать разности действующих напоров, и поэтому элект- ° рический ток будет протекать в модели по тем же законам, что и фильтрационный поток в натуре.  [c.283]

Если для потока жидкости и электрического тока обеспечить одинаковые граничные условия, сетки движения в обоих рассматриваемых случаях будут одинаковыми. При этом расположение линий равного потенциала «и линий тока не зависит от коэффициента фильтрации (удельной электрической проводимости), напора (разности электрических потенциалов), а зависит (в однородном грунте) только от конфигурации области фильтрации (области, где происходит движение электрического тока).  [c.294]

Высокотемпературные ионизированные продукты сгорания движутся с большой скоростью по каналу 4. В поперечном направлении к движению газов электромагнитом 3 создается мощное магнитное поле. При пересечении ионизированными газами магнитного поля в них возникает электродвижущая сила, а на электродах 2 — соответствующая разность электрических потенциалов. Часть электрической энергии расходуется электромагнитом на возбуждение магнитного поля, а другая часть ее, полученная в МГД-генераторе, поступает в преобразователь 10 постоянного тока на переменный.  [c.469]

При отсутствии в полупроводнике свободных электронов (при нуле Кельвина) приложенная к нему разность электрических потенциалов не вызовет тока. Если извне будет подведена энергия, достаточная для переброса электронов через запрещенную зону, то, став свободными, электроны смогут перемещаться под действием электрического поля, создавая электронную электропроводность полупроводника.  [c.13]

Поскольку один и тот же носитель может участвовать в различных формах движения, одной из главных задач при разработке классификации форм движения становится выяснение соотношения между сложными и простыми, высшими и низшими, главными и побочными формами. Например, свободный электрон имеет механическую форму движения, у электронов, движущихся по проводнику за счет разности электрических потенциалов,— электрическая форма движения, электроны, образующие электронный газ, обладают тепловой формой движения и, наконец, тот же электрон в процессе химических реакций имеет химическую форму движения. Какая же из этих форм сложная, высшая, главная и какая простая, низшая, побочная  [c.26]

Первый член в правой части этого уравнения показывает связь напряжения с деформацией, соответствующую обычным условиям распространения плоской упругой волны в материале. Второй член представляет собой механическое напряжение, вызываемое электрическим генератором Дф — разность электрических потенциалов на электродах пластины. Третий член учитывает влияние относительного изменения толщины пластины Au/h под действием пьезоэффекта. Величина  [c.64]

Важным параметром при выборе материала электродов является получаемая разность электрических потенциалов между электродами. Значение разности потенциалов для данного элемента можно вычислить из термодинамических соображений. Важным отличием электрохимического элемента от тепловых двигателей, рассмотренных в гл. 4, является его способность создавать электрический ток. Это необходимо учесть при формулировке первого закона термодинамики. Пусть ток отводится от элемента обратимо и количество переносимого между электродами заряда равно dQ. Можно записать  [c.88]

При соприкосновении двух электропроводящих фаз между ними возникает разность электрических потенциалов, что тесно связано с образованием двойного электрического слоя, т. е. несимметричного распределения заряженных частиц у границы раздела фаз. Избыток положительных зарядов у этой границы со стороны одной фазы сообщает положительный потенциал избыток отрицательных зарядов у границы со стороны второй фазы сообщает последней отрицательный потенциал.  [c.8]

Электрический потенциал (разность электрических потенциалов (электрическое напряжение), электродвижущая сила). Потенциал измеряется потенциальной энергией, которой обладает единица заряда, помещенного в данной точке поля  [c.242]

Потенциал электрический, разность электрических потенциалов (электрическое напряжение) Поток звуковой энергии (звуковая мощность) Поток излучения (мощность излучения)  [c.361]

Располагаются положительные ионы в тех позициях, на строго определенных расстояниях друг от друга, в которых силы, действующие на них как со стороны других ионов, так и электронного газа, уравновешиваются. Именно поэтому получается регулярное расположение ионов в пространстве и образование так называемой кристаллической решетки — системы мысленных регулярно расположенных в пространстве линий, пересекающихся в точках, именуемых узлами. Кристаллическая решетка является математической абстракцией. Вследствие того, что электронный газ дискретен по природе — состоит из электронов, число которых колоссально, — а движение, при отсутствии разности электрических потенциалов, хаотично, силы, действующие с его стороны на ионы, имеют статистический характер — они не постоянны, а характеризуются наиболее вероятной величиной. Поэтому положительные ионы не неподвижны, а находятся в непрерывном высокочастотном колебательном движении (частота порядка 10 колебаний в секунду) около точек, которые собственно и принимаются в качестве узлов кристаллической решетки. Таким образом, узел кристаллической решетки металла — это наиболее вероятное расположение положительного иона в пространстве. Положительные ионы в кристаллической решетке находятся в динамическом, в статистическом смысле слова, равновесии ).  [c.226]

На границе разнородных фаз, например твердого тела и жидкости, всегда возникает разность электрических потенциалов, и переход заряженных частиц — ионов или электронов — из одной фазы в другую сопровождается затратой работы. Она равна произведению Z S заряда частицы на величину Аф межфазной разности потенциалов.  [c.6]

Исследование процессов распространения трещины осуществляют с использованием опытных или серийно выпускаемых приборов, конструируемых на основе визуальных наблюдений, методов вихревых токов, с использованием разности электрических потенциалов, датчиков последовательного разрыва, механической податливости, магнитного метода. Для этих целей эффективно используют также ультразвуковой метод и метод акустической эмиссии.  [c.445]

Внешние, так называемые валентные, электроны у всех металлов относительно слабо связаны с ядром. Элементы-металлы легко отдают валентные электроны, вступая в химические реакции с элементами-неметаллами при приложении ничтожной разности электрических потенциалов. Слабой связью валентных электронов с ядром и объясняются характерные свойства металлов.  [c.8]

Разность электрических потенциалов, напряжение, электродвижущая сила (э. д. с.)  [c.445]

Разность электрических потенциалов двух точек 447 Разряд конденсатора 448 Рамзина диаграмма i = d 171 Растворение 364  [c.725]

РАЗНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕНЦИАЛОВ МЕЖДУ МЕТАЛЛИЧЕСКИМ ЭЛЕКТРОДОМ И РАСТВОРОМ СОЛИ ТОГО ЖЕ МЕТАЛЛА  [c.121]

Реагенты могут быть обратимо превращены в продукты реакции другим методом, без применения высоких температур. В этом методе, примером которого является обычный свинцовый аккумулятор, реагенты вначале приводятся в равновесие за счет разности электрических потенциалов между ними, аннулирующей тенденцию к развитию химической реакции. Если разность потенциалов слегка уменьшается при протекании слабого электрического тока со стороны высокого потенциала через обратимый электродвигатель к низкому потенциалу, то реагенты будут соединяться до тех пор, пока не установится новое состояние равновесия, соответствующее новой величине разности потенциалов. В течение такого процесса с помощью электромотора может быть осуществлен подъем груза. Вполне очевидно, что процесс является обратимым, поскольку бесконечно малое увеличение груза повлечет его падение, изменение направления электрического тока и диссоциацию продуктов реакции.  [c.147]

Здесь налицо два необратимых явления — перенос вещества под действием разности давлений и электрический ток, обусловленный разностью электрических потенциалов. Кроме того, наблюдается и эффект взаимодействия, выражаемый коэффициентом L12 = Ь2 и обусловленный взаимодействием двух необратимых процессов.  [c.79]

Разность электрических потенциалов Вольт в  [c.524]

Расположение линий равного потенциала не зависит ни от коэффициента фильтрации (коэффициента электропроводности), ни от абсолютного значения напора Я (разности электрических потенциалов ), а зависит только от конфигурации области фильтрации (электропроводящей области). Поэтому падение потенциала по контуру Со в пластинке будет строго соответствовать падению напора по подземному контуру в натуре, а пололге-ние линий равных потенциалов иа пластинке—положению линий равных потенциалов пли напоров в области фильтрации по. д сооружением.  [c.327]

Перейдем теперь к формулировке граничных условий в задачах электроупругости. Здесь необходимо различать условия для механических составляющих электроупругого поля и условия электростатики. Если же на поверхности электрического тела заданы внешние силы, то компоненты тензора механических напряжений должны удовлетворять условиям (1.3). Граничные условия, обусловленные наличием электрического поля, зависят существенно от способа возбуждения пьезоэлектрического тела, поверхность которого может быть покрыта тонкими проводящими электродами или граничить с вакуумом. Механическая деформация и возбуждение колебаний пьезоэлектрика осуществляется с помощью задания разности электрических потенциалов, созданной на части электроднрованной поверхности 5 тела. В этом случае выполняется условие  [c.255]

Электрическая теория связывает адгезию с возникно1 ением двойного электрического слоя и разности электрических потенциалов кон-  [c. 65]

Для металлов этот эффект может быть назван механоэлектри-ческим, поскольку механические процессы вызывают появление разности электрических потенциалов. Поскольку знак этой разности противоположен знаку перенапряжения г] = A/zF коррозионного процесса, перенос дислокаций замедляется. Другими словами, выражение (213) характеризует потенциал переноса  [c.134]

Для металлов этот эффект может быть назван механоэлектри-ческим, поскольку механические процессы вызывают появление разности электрических потенциалов. Поскольку знак этой разности противоположен знаку перенапряжения (т] = A/zF) коррозионного процесса, перенос дислокаций замедляется. Другими словами, выражение (226) характеризует потенциал переноса дислокаций, который тесно связан с разблагораживанием равновесного потенциала и является выражением термодинамического принципа Ле-Шателье—Брауна. Действительно, формирование металлического кристалла (содержащего дефекты) электрооса-  [c. 140]

Для. характеристики материала электродов используют разность электрических потенциалов между электродами при разомкнутой внешней пепн, называемой в отечественной литературе напряжением разомкнутой цепи. (Примеч. ре д.)  [c.88]

Измерение разности электрических потенциалов между двумя точками по обе стороны трещины можно осуществлять мостом или электронными приборами [31]. С ростом длины трещины изменяется разность электрических потенциалов. Распределение электрического напряжения в образце зависит от геометрии образца, расположения токоподводящих контактов, размера трещины. При испытании необходимо изолировать образец от испытательной машины. Диаграммы изменения разности напряжений в зависимости от нагрузки можно преобразовать с помощью тарировочных графиков в диаграммы нагрузка — прирост трещины (рис. 6). Такой метод пригоден для всех типов образцов. Тарировочные графики строятся с помощью хокопроводящей бумаги. К недостаткам метода можно отнести то, что он неприменим для испытаний при низких температурах.  [c.29]

Разность- электрических потенциалов между электродами измеряемая, например, вольтметром, называется напряжением на клеммах. Напряжение на клеммах, измд>ен-ное, когда гальванический элемент не производит тока, называется мектродвшкущей силой, или э.д.с. Электродвижущая сила является мерой движущей силы химической реакции, протекающей в элементе. Электродвижущую силу (Л ) можно рассчитать, зная равновесные электродные потенциалы , и , электродов, составляющих элемент  [c.12]

Определение длины трещины методом разности электрических потенциалов основано на пропускании через образец постоянного тока и измерении напряжений соответственно между точками, расположенными на одной или на разных сторонах трещины. Измерительные контакты устанавливают в заданных точках образца 6 с погрешностью не более 0,2 мм, используя конденсаторную сварку, специальные зажимы и струбцины, а также зачекан-ку.  [c.448]

Количество электричества Разность электрических потенциалов, напряжение, э. д. с. Кулон Вольт к в к в i С 1 а-10 » 1 300 i 1 10-1 1 10 ) Соппадает с системой СГСЭ  [c.328]

Электрический потенциал разность — Справочник химика 21

    Как уже отмечалось, при погружении металла в раствор на границе раздела фаз образуется двойной электрический слой. Разность потенциалов, возникающая между металлом и окружающей его жидкой средой, называется электродным потенциалом. Этот потенциал является характеристикой окислительно-восстановительной способности металла в виде твердой фазы. Заметим, что у изолированного металлического атома (состояние одноатомного пара, возникающее при высоких температурах и высоких степенях разрежения) окислительно-восстановительные свойства характеризуются другой величиной, называемой ионизационным потенциалом. Ионизационный потенциал — это энергия, необходимая для отрыва электрона от изолированного атома. [c.79]









    Для упрош,ения будем считать, что удельное сопротивление раствора электролита постоянно во всем его объеме. В этом случае напряженность поля Г, которая, согласно (1.26), является градиентом электрического потенциала поля, может быть выражена как 1111, где и—напряжение (разность потенциалов), приложенное к электродам, / — расстояние между электродами. [c.326]

    Как известно, между положительно и отрицательно заряженными точками устанавливается электрический потенциал (электрическое напряжение). Под действием такого напряжения заряды перемещаются от точки с большим потенциалом к точке с меньшим потенциалом. Таким образом возникает электрический ток, который стремится выравнять разность потенциалов между двумя точками электрического поля. [c.145]

    Электрическое напряжение, электрический потенциал, разность электрических потенциалов, электродвижущая сила вольт В [c.211]

    Мощность, поток Количество электричества (электрический заряд) Электрическое напряжение, электрический потенциал, разность электрических потенциалов, электродвижущая сила Электрическое сопротивление Электрическая проводимость Электрическая емкость Световой поток Освещенность Момент силы [c. 8]

    Если не прилагать к двойному электрическому слою разности потенциалов, а смещать одну фазу относительно другой то происходит перенос электрических зарядов, связанных с фазой, и соответственно возникает электрический ток, а значит, и разность потенциалов. В зависимости от того, передвигается ли жидкость относительно неподвижной твердой стенки или передвигаются твердые частицы в жидкости, наблюдается либо потенциал течения, либо пш 1щи Дорна. [c.199]

    В силу особого положения поверхностных частиц в твердом веществе у них имеется избыток свободной энергии по сравнению с энергией внутренних частиц. При тесном контакте двух фаз на границе их раздела возможны переходы поверхностных частиц из одной фазы в другую, если это сопровождается уменьшением свободной энергии С системы. Если обе фазы построены из самостоятельно существующих заряженных частиц, то из-за их перехода из фазы в фазу в неэквивалентных количествах в поверхностном слое каждой фазы возникают электрические заряды, равные по величине, но противоположные по знаку. Образуется двойной электрический слой, разность зарядов между обкладками которого обусловливает скачок потенциала. Рассмотрим, три случая возникновения скачка потенциала на границе металл — раствор электролита. [c.192]

    Единицей электрического потенциала в Международной системе единиц и практической единицей измерения потенциала является вольт (в) — разность электрических потенциалов между двумя точками электрического поля, при перемещении ме жду которыми заряда в 1 к соверщается работа в 1 дж (1 ед, эл. напр. СГС = 3- 10 в). [c.388]

    Введение. При рассмотрении электродных процессов мы будем широко пользоваться величиной разности электрических потенциалов, сокращенно называя ее просто разностью потенциалов. Электрический потенциал, отвечающий данной точке тела, как известно, равен работе, совершаемой силами электрического поля при перемещении единицы положительного электричества из рассматриваемой точки в точку, потенциал которой принят равным нулю. Разность потенциалов, отвечающих двум точкам, равна работе переноса заряда от одной точки к другой. [c.414]

    Разъясним некоторые общие свойства электрохимических систем, которые будут важны для дальнейшего рассмотрения. Прежде всего заметим, что в отсутствие разностей электрического потенциала для раствора электролита сохраняется условие электронейтральности. Если обозначить числа молей ионов через л,., их (положительные или отрицательные) валентности через 2 , то получим [c.240]

    Если первоначально преобладает растворение металла, то переходящие в раствор катионы уносят с собой положительный электрический заряд. Раствор при этом заряжается положительно, а металл отрицательно. Ионы раствора, несущие избыточный положительный заряд, и оказавшиеся нескомпенсированны-ми свободные электроны металла притягиваются друг к другу и располагаются вблизи поверхности раздела фаз по обе стороны от нее, образуя так называемый двойной электрический слой, в пределах которого электрический потенциал резко изменяется. Возникающее при этом электрическое поле затрудняет растворение металла и усиливает обратный процесс. В дальнейшем устанавливается динамическое равновесие, обусловленное взаимной компенсацией этих процессов, и определенная разность потенциалов между металлом и раствором (рис. 12.1). [c.228]

    Очевидно, что внутри проводников не может быть разностей электрического потенциала. Скачки потенциала возникают только на границах фаз. Поэтому э. д. с. элемента Е представляет собой алгебраическую сумму таких скачков потенциала ср. Так, для рассматриваемого случая [c.187]

    Если металл находится в равновесии с раствором, то разность химических потенциалов иона в металле и растворе должна уравновешиваться величиной электрического потенциала на границе металл — раствор, т. е. [c.385]

    Как указывают Б. Н. Ласкорин и др. [35], в ионитовых мембранах процесс ионного обмена — не основной рабочий процесс, а лишь одна из стадий процесса переноса ионов в электрическом поле мембраны. В связи с тем, что при электродиализе мембрана омывается с двух сторон электролитом, имеющим разные концентрации растворенных ионов, с каждой стороны мембраны происходит внешняя и внутренняя диффузия. Для диффузии в растворе электролита характерна кинетика диффузии в жидкой пленке. Авторы считают, что стадией, определяющей скорость процесса, является внутренняя диффузия. Электрический ток в направлении внешней разности потенциалов будет идти только в том случае, если значение приложенного электрического потенциала Е превышает значение мембранного потенциала ( > ), [c.175]

    Таким образом Jv — объемный поток вещества J — полный электрический ток Ар, Дф — разности давления и электрического потенциала между подсистемами I и II. [c.152]

    Разность потенциалов между фазами различного состава (разными средами) не может быть экспериментально определена строго. Понятие электрического потенциала реально связано с однородной материальной средой. Экспериментально намеряемая разность электрических потенциалов всегда относится к двум образцам одного и того же металла (обычно меди), поэтому мы и говорим о правильно разомкнутом гальваническом элементе. [c.479]

    Таким образом, между двумя растворами возникает разность потенциалов, которая замедляет дальнейшее движение ионов Н+ и ускоряет движение ионов С1 . Эта разность потенциалов будет возрастать, пока не установится стационарное состояние, при котором ионы Н+ и С1- движутся с одинаковой скоростью при определенном для данной,системы градиенте электрического потенциала. [c.490]

    Таким образом, скачок электрического потенциала Аф между двумя фазами при равновесии определяется разностью химических потенциалов носителя электричества в этих фазах и зарядом его частиц. [c.499]

    Электрический потенциал подобного происхождения называется диффузионным (мембранным). Под влиянием этого электрического поля возникает электроосмотическое течение жидкости, пропорциональное логарифму отношения концентрации и разности коэффициентов диффузии Л, в мембране. Но и при й+ = 0- (и, соответственно, в отсутствие электроосмоса) можно показать, что возникает поток жидкости через мембрану. Он обусловлен поляризацией ДЭС (ХП.6) под влиянием изменения концентрации вдоль его внешней границы, и его направление, в отличие от электроосмоса, не зависит от знака -потенциала. [c.224]

    С помощью термодинамики тонких пленок можно установить, какое влияние оказывает внешний электрический потенциал на натяжение пленки. Общее уравнение, связывающее изменение натяжения пленки с приложенной разностью потенциалов, получено Русановым [58] по методу слоя конечной толщины. [c.33]

    Электропроводность (Ом -см» ) определяется путем измерения силы тока в амперах, проходящего через стержень с поперечным сечением 1 см при такой разности электрического потенциала на концах этого стержня, что на 1 см длины стержня приходится падение потенциала, равное 1 В. [c.512]

    Искры статического электричества характеризуются незначительной силой тока (тысячные доли миллиампера), но весьма высокими напряжениями (тысячи и десятки тысяч вольт), поэтому они способны воспламенять многие горючие смеси. Так,, при движении химически чистого бензола по стальным трубам напряжение электрического поля (разность потенциалов) достигает 3600 В. в то время как для воспламенения паров бензола достаточно искры, образующейся при разности потенциалов 300 В. Электростатический разряд, образующийся при разности потенциалов 3000 В, может воспламенить почти все горючие газы, а прн 5000 В — большую часть горючих пылей. На разность потенциалов влияет расстояние между заряженными поверхностями. Так, если при расстоянии между поверхностями 10 см контактное напряжение равно 1 В, то при увеличении расстояния до 10 2 см напряжение возрастает до 1000 В, а при дальнейшем увеличении расстояния до 1 см оно может достигнуть десятков тысяч вольт. Рост потенциала определяется пробивным напряжением для данной среды (для воздуха пробивное напряжение составляет 3100 кВ/м). [c.112]

    Объемная плотность электричееко-го заряда Поверхностная плотность электрического заряда Электрическое напряжение, электрический потенциал, разность электрических потенциалов, электродвижущая сила Напрялсениость электрического поля [c. 211]

    Электрический потенциал (напряжснпе электрического поля — V, напряжение тока и электродвижущая сила — Е, V), измеряется в вольтах (и). 1 вольт представляет собой разность потенциалов, под действием которой в проволоке, име-1(яп,ей сопротивление в 1 ом, возникает ток силой в 1 а. [c.23]

    Неравновесные процессы возникают при наличии между разными частями системы конечных разностей зиаченнй таких параметров, как температура, аавление, концентрации, электрический потенциал. [c.110]

    Электронопроводящая фаза (металл, уголь, графит и пр.), вместе с раствором или расплавом электролита образует полуэлемент. Из двух полуэлементов получают электрохимическую цепь (гальванический элемент). Как видно, в электрохимических цепях имеются твердые фазы (левый и правый электроды) и жидкие фазы (растворы, примыкающие к электродам). Могут быть также и газовые фазы, граничащие с раствором н электродами (по свойствам близкие к вакууму). Разность потенциалов между двумя точками определяется работой, которую необходимо совершить, чтобы перенести элементарную частицу электричества из одной точки в другую. Если обе точки находятся в одной и той же фазе, то работа переноса заряда будет электрической и разность потенциалов между выбранными точками можно измерить или вычислить. Если точки лежат в двух разных фазах, то перенос элементарной частицы электричества будет связан не только с электрической работой, но и с химической, поскольку химические потенциалы этой частицы в разных фазах неодинаковы. Поэтому энергетическое состояние заряженной частицы характеризуется суммой химического потенциала и ее электрической энергии в данной фазе  [c.161]

    Кроме того, на поверхности каждого металла существует еще один скачок потенциала, так как электронный газ в металле выходит за границы кристсллической решетки и на поверхности металла снаружи появляется избыточный отрицательный заряд, а изнутри — избыточный поло> птельный заряд. Это приводит к образованию двойного электрического слоя и соответствующего скачка потенциала. Разность этих скачков потенциала между двумя металлами называется контактным потенциалом. [c.300]

    Электрический потенциал диэлектриков измерялся методом электризации [22]. Эти данные нужны и полезны, но следует иметь в виду, что они практически невоспроизводимы. По-видимому, чистота поверхности, качество обработки и влажность влияют на величину контактной разности потенциалов сложным образом. Имея это в виду, можно охарактеризовать изоляционные материалы, расположив их в виде трибоэлектрического ряда  [c.93]

    На каждой межфазной границе существует скачок электрического потенциала. Кроме упоминавшихся ранее абсолютных электродных потенциалов 1 5си и ргп, относящихся к границам металл — раствор, существуют контактная разность потенциалов г1зк в месте соприкосновения металлов и так называемый диффузионный потенциал г зд представляющий собой скачок потенциала возле поверхности, разделяющей растворы.  [c.233]

    Изображенный на рис. 39 контур из проводников первого класса — двух металлов и раствора электролита, т. е. проводника второго класса, в простейшем виде представляет гальваническую цепь, которая может служить источником электрического тока. Разность потенциалов, 113меренная между двумя кусками одного и того же металла и оп-ределяюш,аяся выражением (3.8), представляет электродвижущую силу (э. д. с.) правильно разомкнутой гальванической цепи. Уравнение (18) показывает, что э. д. с. правильно разомкнутой гальванической цепи равна алгебраической сумме скачков потенциала на всех межфазных границах. [c.54]

    Знак электрического потенциала по отношению к водородному электроду должен сохраняться в обозначениях электродных потенциалов. Например, потенциалы металлов, более активных, чем водород, обозначают знаком минус. Если активность катионов металла в растворе его соли не равна единице, то электродный потенциал имеет другое значение, чем при стандартных условиях. Зная нормальные потенциалы, можно вычислить э. д. с. любой гальванической пары двух металлов по алгебраической разности их нормальных потенциалов. Э. д. с. гальванической пары позволяет судить о направлении данной окислительно-восстановительной реакции в каждом отдельном с.гтучае. [c.108]

    Существенно, что в ряде случаев градиент одного снойства или параметра вызывает появление другого. Так, градиент температуры в газовых смесях приводит к возникновению градиента концентрации — в более горячей части объема обычно увеличивается содержание легких компонентов, а в холодной — тяжелых (термодифф-фузия). В водных растворах градиент концентрации электролита вызывает градиент электрического потенциала (диффузионный потенциал—см. гл. VII), При прохождении электрического тока через спай двух разных металлов появляется разность температур (эффект Пельтье). Важно, что такое влияние градиентов друг на друга является взаимным, т. е, если градиент первого параметра вызывает появление градиента второго, то и градиент второго вызывает градиент первого. Так, в случае спая двух металлов разность температур между спаями вызывает э. д. с. и электрический ток, т, е, явление, обратное эффекту Пельтье (оно используется для измерения температур с помощью термопар), [c.293]

    Можно проверить, что это уравнение дает физически приемлемые предсказания. Так, когда активность ионов в растворе возрастает (например, при повьппеппн их концентрации), усиливается тенденция ионов к вы.хочу нз раствора. Это приводит к положительному заряду иа электроде и к увеличению его электрического потенциала относительно раствора. Последнее уравиение соответствует этой картине, поскольку оно предсказывает, что прн увеличении разность потенциалов A i (M, S) возрастает. [c.368]

    Принцип измерения был описан со ссылкой на рис. 2.7 [43]. При отсутствии измерительных подсоединений к трубопроводу или слишком больших расстояний между ними, а также ввиду низкой точности измерение электродных потенциалов трубопроводов нецелесообразно. В этих случаях более выгодны измерения разности потенциалов. На рис. 3.28 представлены более подробные данные о размещении электродов сравнения вокруг локального (местного) анода, а также схемы распределения потенциалов и результаты измерений. Для облегчения понимания схем распределения потенциалов и пояснения знаков делается ссылка на рис. 2.8. Электрические потенциалы трубопровода и электродов сравнения обозначены через электроды сравнения Вм, Вх и 5 ,располагаются пад трубопроводом, а электрод Во — на той же высоте, что и Вх, но чуть в стороне. Электрический потенциал земли не зависит от места и на рис. [c.124]

    Прохождение электрического тока по проволоке можно сравнить с течением воды в трубе. Количество воды измеряют в литрах количество электричества обычно измеряют в кулонах (ампер-секундах) или стонеях. Скорость течения, или поток, воды, т. е. количество ее, проходящее через данное сечение трубы в единицу времени, измеряют в литрах в секунду силу электрического тока измеряют в амперах (кулонах в секунду). Скорость движения воды в трубе зависит от разности давления на концах трубы это давление выражается в атмосферах, или в килограммах на квадратный сантиметр. Электрический ток в проволоке зависит от разности электрического потенциала или от падения напряжения между концами проволоки эту разность потенциалов обычно измеряют в вольтах. Определения единицы количества электричества (кулон) и единицы электрического потенциала (вольт) были приняты в соответствии с международным соглашением. [c.51]

Электрическое напряжение. Разность потенциалов. Напряжение тока. « ЭлектроХобби

Пожалуй, одним из самых часто употребляемых выражений у электриков, является понятие электрическое напряжение. Его так же называют разность потенциалов и не совсем верное словосочетание, такое как напряжение тока, ну смысл у названий по сути общий. А что на самом деле обозначает это понятие? Пожалуй, для начала приведу книжную формулировку: электрическое напряжение — это отношение работы электрического поля зарядов при передачи пробного заряда из точки 1 в точку 2. Ну а простыми словами говоря, это объясняется так.

Напомню Вам, что заряды бывают двух видов, это положительные со знаком «+» и отрицательные со знаком «-». Большинство из нас в детстве игрались с магнитиками, которые были честно добыты из очередной сломанной машинки с электромоторчиком, где они и стояли. Так вот когда мы пытались приблизить эти самые магниты друг к другу, то в одном случае они притягивались, а если развернуть один из них наоборот, то соответственно отталкивались.

Это происходило, потому что у любого магнита существует два полюса, это южный и северный. В том случае, когда полюса одинаковые, то магнитики будут отталкиваться, ну а когда разноименные, притягиваться. То же самое происходит и с электрическими зарядами, причем сила взаимодействия зависит от количества и разноимённости этих заряженных частиц. Проще говоря, чем на одном предмете больше «плюса», а на другом соответственно «минуса», тем сильнее они будут притягиваться друг к другу. Либо наоборот, отталкиваться при одинаковом заряде (+ и + или — и -).

Теперь представим, что у нас есть два небольших железных шарика. Если мысленно заглянуть в них, можно увидеть огромное множество маленьких частичек, которые расположены друг от друга на не большом расстоянии и неспособны к свободному передвижению, это ядра нашего вещества. Вокруг этих частичек с невероятно большой скоростью вращаются более мелкие частички, под названием электроны. Они могут оторваться от одних ядер и присоединятся к другим, тем самым путешествуя по всему железному шарику. В случае, когда количество электронов соответствует количеству протонов в ядре, шарики электрически нейтральны.

А вот если каким-то образом забрать некоторое количество, такой шарик будет стремиться притянуть к себе это самое, недостающее количество электронов, тем самым образуя вокруг себя положительное поле со знаком «+». Чем больше не хватает электронов, тем сильней будет это положительное поле. В соседнем шарике сделаем на оборот и добавим лишних электронов. В итоге получим избыток и соответственно такое же электрическое поле, но со знаком «-».

В результате получим два потенциала, один из которых жаждет получить электроны, ну а второй от них избавится. В шаре с избытком возникает теснота и эти частицы, вокруг которых существует  поле, толкаются и выталкивают друг друга из шара. А там где их недостаток, соответственно происходит что-то наподобие вакуума, который пытается втянуть в себя эти электроны. Это наглядный пример разности потенциалов и не что иное как напряжение между ними. Но, стоит только эти железные шары соединить между собой, как произойдёт обмен и напряжение пропадёт, поскольку образуется нейтральность.

Грубо говоря, эта сила стремления заряженных частиц, перейти от более заряженных частей к менее заряженным между двумя точками и будет разностью потенциалов. Давайте мысленно представим провода, которые подключены к батарейке от обычного карманного фонарика. В самой батарейке происходит химическая реакция, в результате которой возникает избыток электронов («-»), внутри батареи они выталкиваются на отрицательную клемму. Эти электроны стремятся, вернутся на своё место, откуда их до этого и вытолкали.

Внутри батареи у них не получается, значит остаётся ждать момента, когда им сделают мостик в виде электрического проводника и по которому они быстро перебегут на плюсовую клемму батареи, куда их притягивает. А пока мостика нет, то и будет желание перейти в виде этого самого электрического напряжения или разности потенциалов (напряжение тока).

Приведу некоторый аналогичный пример на ином представлении. Имеется обычный водопроводный кран с водой. Кран закрыт и, следовательно, вода не пойдёт из него, но внутри вода всё равно есть и более того, она там находится под некоторым давлением, она из-за этого давления стремится вырваться наружу, но ей мешает закрытый кран. И как только Вы повернёте ручку краника, вода тут же побежит. Так вот это давление и можно приблизительно сравнить с напряжением, а воду с заряженными частицами. Сам поток воды будет в данном примере выступать как электрический ток в самих проводах, а закрытый краник в роли электрического выключателя. Этот пример я привел только лишь для наглядности, и он не является полной аналогией!

Как ни странно, но люди не тесно связанные с профессией электрика, довольно часто называют электрическое напряжение , выражением напряжение тока и это является неправильной формулировкой, поскольку напряжение, как мы выяснили это разность потенциалов электрических зарядов, а ток, это сам поток этих заряженных частиц. И получается что, произнося напряжение тока в итоге небольшое несоответствие самого понятия.

Напряжение, так же как и все иные величины, имеет свою единицу измерения. Она измеряется в Вольтах. Это те самые вольты, которые пишутся на устройствах и источниках питания. Например, в обычной домашней розетки 220 В, или купленная вами батарейка с напряжением 1.5 В. В общем, думаю, вы поняли в общих чертах, что же такое это самое электрическое напряжение. В этой статье я основывался лишь на простом понимании этого термина и не вдавался в глубины формулировок и формул, чтобы не усложнять понимание. На самом деле эту тему можно гораздо шире изучить, но это уже зависит от Вас и Вашего желания.

P.S. Будьте внимательны при работе с электричеством, высокое напряжение опасно для жизни.

Существуют ли «Напряжение» и «Заземление»?

Есть несколько вещей, которые я изучал на занятиях по электротехнике в университете, но в действительности хотел бы, чтобы их преподавали и объясняли немного по-другому. Понятия «Напряжения» (Voltage) и «Заземления» (Ground) попадают в эту категорию, т.к. часто используются не совсем правильно. В данной заметке мы дадим им точное определение, а также поговорим о некоторых интересных случаях их использования в контексте вычислительной электродинамики и построения корректных расчётных моделей.

Хрестоматийный пример

Давайте начнем с рассмотрения одного из базовых и классических электрических устройств: аккумулятора. В простейшем случае, аккумуляторную батарею можно изготовить, вставив два провода в апельсин. Мы можем использовать «батарейку» для питания другого электрического устройства, например фонарика. Одним из первых навыков, которому нас учили на занятиях по электротехнике, являлось составление принципиальной электрической схемы, которая, вероятно, выглядела следующим образом:

Элементарная принципиальная электрическая схема фонарика.

На этом рисунке показано, что у нас есть батарея, один из выводов которой подключен к ключу (переключателю). При замыкании ключа ток будет протекать через лампочку (испускающую свет) и через резисторы обратно к другой клемме аккумулятора. Это устройство работает в условиях постоянного тока (DC-режим). Резисторы представляют собой внутреннее сопротивление батареи и соединительных проводов. Точки, соединяющие эти компоненты, называются узлами схемы.

Упражнение, которое нам, скорее всего, давали в школе, состояло в том, чтобы вычислить ток в цепи, а также «Напряжения» в различных узлах. Но что конкретно подразумевается под «Напряжением» в этом контексте? Напряжение определяется как разница в электрическом потенциале между двумя узлами в цепи, такими как, например, два узла или контакта батареи. Обратите кстати внимание, что мы также нарисовали «Заземление» на одном выводе батареи, и нам также дали определение «Заземления» как: узла, в котором электрический потенциал равен нулю. Итак, если у нас используется батарейка на 9 вольт, то мы теперь знаем электрический потенциал другого терминала/контакта батареи, и мы можем использовать законы Кирхгофа, чтобы вычислить все напряжения других узлов относительно заземленного узла, а также ток в цепи.

И это должно вызвать вопрос: почему мы называем какой-то конкретный узел «Заземлением» (Ground) или «Землей»? Мы рассматриваем эквивалентную схему фонарика, и он (фонарик) будет работать, даже если будет полностью электрически изолирован от чего-либо еще. (Вы можете убедиться в этом, подбросив фонарик в воздух.) Что же это за точка в нашей цепи, которую мы называем «Заземлением»? Обычно это определение – равенство электрического потенциала нулю – совершенно произвольное, но очень удобное с вычислительной точки зрения. На самом деле мы могли бы выбрать любую другую точку в цепи в качестве земли (или даже присвоить ей отличное от нуля значение электрического потенциала), и получить точно такое же решение для тока. {16} \approx 1/\epsilon, где \epsilon – это «машинный ноль», т.е. относительная погрешность для числа двойной точности с плавающей запятой. В противном случае численные алгоритмы и методы потеряют свою устойчивость и стабильность. Таким образом, задание потенциала в одном произвольном узле модели (его «заземление»), не только удобно с педагогической точки зрения, но и является хорошей практикой численного моделирования.

При расчёте электрических токов в наборе пространственных доменов с использованием метода конечных элементов мало что меняется. Метод конечных элементов можно рассматривать как пространственно распределенную форму закона Кирхгофа. То есть, конечно-элементная модель – это, по сути, просто гораздо более сложная принципиальная схема, и для её численного решения нам просто нужно «заземлить» произвольную точку в области моделирования.

Постойте! Вы имеете в виду, что «Заземление» является произвольным и используется только для стабилизации численных алгоритмов?

Я уже слышу, как несколько энергетиков скрипят зубами, поскольку термин «Заземление», безусловно, также имеет очень реальную физическую суть. Мы неспроста используем определение «Земля», которое также относится к большому шару материи под нашими ногами, к которому мы, кстати, подключаем заземляющие шины. Мы точно знаем, что это этот шар из себя представляет и что это очень реальный предмет. Но что это значит с точки зрения электрического моделирования?

С электрической т.з. Земля представляет собой очень большую массу проводящего материала и (по крайней мере, для целей данного обсуждения) обладает относительно незначительным сопротивлением. Это приводит нас ко второму определению «Заземления»: это область, которая касается нашей модели и в которой, как предполагается, флуктуации электрического потенциала незначительны при протекании тока, по сравнению с распределением потенциала в нашей «основной» модели.

Это новое определение явно отличается от предыдущего, и иногда в литературе встречается определение «Естественное заземление» или «Грунтовое заземление» (Earth ground). Существует также аналогичная концепция «Заземления на шасси» (chassis ground) или «Заземления на корпус» (frame ground), если речь о самолете, летящем в небе, или шасси вашего автомобиля. Даже просто очень большая токопроводящая шина, проходящая через завод, также может быть определена как «Заземление».

Ключевая разница здесь в том, что мы перенесли наше определение «заземления» с одной точки на некоторый объём пространства. Этот объем представляет собой бесконечный источник и приемник тока, т.е. электроны могут втекать или вытекать из этой заземленной области вечно, пока существует разность потенциалов, вызванная аккумуляторной батареей или генератором.

Для целей численного моделирования нам даже не нужно моделировать эту область вообще; достаточно лишь указать границу, где наша расчетная область соприкасается с заземленной областью. Поскольку мы уже допустили незначительные электрические колебания в этой области, то мы можем обосновать применение равномерного электрического потенциала по всей этой поверхности, а для стабильности численных методов, описанной ранее, нам удобно выбирать нулевое значение электрического потенциала. Теперь мы пришли к определению «Заземления», которое мы можем использовать для моделирования электрических систем постоянного тока: граница с нулевым электрическим потенциалов, имитирующая область, которая является бесконечным источником или приёмником тока.

В следующей части статьи мы рассмотрим, как такая формулировка повлияет на наш подход к моделированию.

Моделирование напряжения и заземления в COMSOL Multiphysics®

Рассмотрим прямой участок круглого в сечении провода. Будем считать, что один его конец «заземлён», а другой – подключен к источнику.

Модель участка токоведущего провода.

При решении задачи о протекании тока в DC-режиме мы можем использовать следующий набор граничных условий в физическом интерфейсе Electric Currents:

1. Условие Ground
2. Условие Electric Potential
3. Условие Normal Current Density
4. Условие Terminal (доступно только при наличии в лицензии модуля AC/DC, MEMS, Полупроводники или Плазма)

Условия Ground и Electric Potential лишь вариации одного и того же. Они фиксируют электрический потенциал по всей поверхности. Условие Ground просто фиксирует электрический потенциал как равный нулю, в то время как вы можете задавать различные его значения с помощью Electric Potential. Всегда держите в уме ранее сформулированное определение: эти границы ограничивают область, которая является бесконечным приемником (или источником) тока, при этом любая разность электрических потенциалов в этой области незначительна по сравнению с расчётной областью. Если вы хотите описать провода, подключенные к клеммам батареи, то это подходящие граничные условия.

Третья опция – граничное условие Normal Current Density – позволяет задать плотность тока в выбранном сечении. При этом электрический потенциал может и не быть равномерным по всей границе. В модель с условием Normal Current Density, как правило, также добавляют условие Ground, через которое «уходит» весь вводимый ток.

Можно также реализовать корректно-обусловленную конечно-элементную модель, в которой задано два условия Normal Current Density: одно для инжектирования тока, второе для съёма. Пока сумма этих токов в точности равна нулю, решение будет существовать. Чтобы найти это решение, рекомендуется добавить условие Ground в любую произвольную точку по причине, рассмотренной ранее. Но, что интересно, при моделировании в 3D мы фактически можем проигнорировать задание Ground для точки и просто использовать два ГУ Normal Current Density, если в них указана одинаковая по модулю, но разная по знаку плотность тока на заданной сетке конечных элементов. Получившаяся модель будет неоткалиброванной, но в 3D-моделях по умолчанию используется итерационный решатель, который «выберет свою собственную калибровку» и в итоге сойдется, даже если для поля электрического потенциала не задано достаточного количества ограничений. Для получения более подробной информации о калибровке потенциалов (Gauge Fixing) см. предыдущие сообщения в нашем корпоративном блоге: «Что такое калибровка потенциала: теоретические основы» и «Как использовать калибровку потенциалов в COMSOL Multiphysics®?». Это замечание, однако, стоит воспринимать лишь как любопытный факт, который на прямую не относится к обсуждаемой проблеме.

Наконец, отдельно поговорим про условие Terminal. Данное условие имеет несколько опций. Так, оно позволяет явно задать электрический потенциал, и в этом случае оно функционально идентично условию Electric Potential. Также можно указать общий ток в сечении. При задании тока, для условия Terminal решается дополнительное уравнение, которое подбирает электрический потенциал на поверхностях таким образом, чтобы желаемый/заданный суммарный ток втекал или вытекал из модели. Условие Terminal дополнительно автоматически вычисляет сопротивления и другие интересующие сосредоточенные величины, поэтому, если у вас есть модуль «AC/DC» или модуль «MEMS», то использование данного ГУ, как правило, является самым предпочтительным вариантом. В условии Terminal есть еще несколько опций для подключения к цепи или для указания рассеиваемой мощности или для указания терминального подключения к линии передачи для вычислений S-параметров. Эти более сложные условия рассматриваются в нашей серии лекций по моделированию резистивных и ёмкостных устройств в различных режимах.

Как только вы прорешаете свою модель, вам также захочется извлечь из нее данные. С помощью метода конечных элементов, программа вычисляет поля V(\mathbf{x}), на их основе мы можем извлечь данные про электрическое поле, \mathbf{E} = – \nabla V, и плотность тока, \mathbf{J} = \sigma \mathbf{E}, а также амплитуды (нормы) любого из этих векторных полей. Имейте в виду , что эти поля будут сходиться при сгущении сетки, за исключением случая наличия любых типов сингулярностей в модели, которые можно либо преобразовать, либо проигнорировать.

Наконец, обратите внимание, что вы можете взять линейный интеграл электрического поля между двумя точками модели, и этот интеграл будет равен разнице в электрическом потенциале между этими двумя точками. Поскольку мы имеем дело со скалярным потенциальным полем, этот интеграл не зависит от пути:

V = \int_C \mathbf{E} \cdot d\mathbf{r}

Приведенное выше уравнение, которое определяет напряжение как интеграл пути электрического поля, не всегда верно при переходе к моделированию изменяющихся во времени электромагнитных полей. Но это уже тема для другого блогпоста, так что следите за обновлениями и анонсами!

Дополнительные материалы

Уравнивания потенциалов. виды и применение. установка

Заземление

Работает заземляющее повторное устройство при помощи двух вертикальных электродов с длиной не менее 5 м, между собой они скреплены горизонтальным заземлителем. В роли последнего выступает стальная полоса, также она применяется для формирования проводника, соединяющего ГЗШ и дополнительный заземлитель. Полоса должна быть не меньше 4 мм толщиной с площадью поперечного сечения 75 мм2. Нормирование сопротивления повторного заземлителя отсутствует.

Сечение питающего кабеля оказывает влияние на подбор проводника выравнивания потенциала, он не должен быть меньше половины сечения кабеля. Наибольшее распространение приобрела проводка ПВ1 и стальная полоса, также используется одножильный кабель. Специальные сжимы зачастую применяются при ответвлении магистрали при помощи провода.

Что означает термин СУП?

Под этим определением понимается специальное соединение металлических конструкций, проводящих ток таким образом, что между ними не создается разности потенциалов. И, как следствие, риск поражения током также отсутствует. Разность потенциалов возникает на фоне разных явлений:

• атмосферные перенапряжения;
• блуждающий ток;
• статическое напряжение;
• циркулирующий ток заземления.

Однако утечка тока из электропроводки по металлическим конструкциям, которых в доме полно, наиболее опасна. Через корпуса бытовых приборов тоже может проскочить потенциал.

Иными словами, если между всеми изделиями, поверхностями или конструкциями имеется соединение, то у них у всех одинаковый электрический потенциал. А раз отсутствует разница потенциалов, то и напряжения не возникнет.

Что такое потенциал и для чего его нужно выравнивать

Для того чтобы разобраться с системой уравнивания потенциалов давайте коротко вспомним, что такое электрический потенциал, а как следствие что такое электрический ток. Для примера возьмем любой электрический проводник. Например, электрический провод.

В «спокойном» состоянии любой проводник имеет равномерное распределение электронов, как положительных, так и отрицательных, по всей своей внутренней структуре.

Если подсоединить проводник к устройству, которое создает на одном своем полюсе недостаток электронов, а на другом полюсе их избыток, все электроны нашего проводника начнут направленное движение, чтобы выровнять этот недостаток и избыток. То есть прийти опять в «спокойный» режим. Такое направленное движение электронов и есть электрический ток, а создаваемый на полюсе проводника избыток или недостаток электронов называется отрицательным и положительным электрическим потенциалом

Разница электрических потенциалов на полюсах приводит к возникновению электрического тока. Если разница потенциалов не меняется и электроны двигаются в одном направлении, то ток называется постоянным. Если положительный и отрицательный потенциал часто меняются местами, то ток называется переменным. В наших электрических сетях потенциалы меняются с частотой 50 раз в секунду. Что и создает в наших электрических цепях переменный электрический ток с частотой 50 Герц.

Немного вспомнив об электрическом токе, вернемся к системе уравнивания потенциалов

При рабочем режиме электрический ток «бегает» по проводнику находящемуся в изоляции от одного электрического потенциала к другому меняя направлении 50 раз в секунду. Все металлические изделия, которыми напичкано наше жилье, да и любое другое помещение и по которым не должен протекать ток имеют в идеале нулевой электрический потенциал.

Таких потенциальных проводников в помещениях и зданиях много. В стены вмурована железная арматура, в систему водоснабжения обязательно входят металлические водопроводные трубы. Системы вентиляции, кондиционирования, молнезащиты, отопления также включают металлические конструкции. Да и сама бытовая техника, работающая от электричества, имеет металлические элементы конструкции.Но это в идеале.

Предположим, что где-то в соседней квартире в результате аварии токоведущий провод коснулся батареи отопления. Ток «растекся» по всей системе отопления и изменил электрический потенциал на вашей батареи.

Что может произойти дальше?

1.Вы находитесь на полу или в обуви, которые не проводит электрический ток. Ничего не будет. Вас ток не ударит.

2.Вы находитесь на заземленном полу. Удар тока неизбежен. Для защиты от такого поражения служит устройство защитного отключения (УЗО).

3.Вы находитесь на непроводящем полу и при этом касаетесь одновременно батареи под напряжением и рядом проходящей трубы. Труба и батарея находятся с разными электрическими потенциалами, и ток благополучно потечет через вас. Удар тока неизбежен.

Вот для защиты от последнего поражения электрическим током защищает система уравнивания потенциалов.

Если соединить все металлические конструкции и изделия в помещении, которые не должны быть под напряжением, то в случае аварии все они будут находиться под одинаковым потенциалом. И даже если на всех трубах в квартире будет 220 вольт, вас током не ударит. Правда, при одном условии: вы должны стоять на изолированной поверхности.

Для визуального примера вспомните птичек сидящих на высоковольтных неизолированных линиях электропередач.

Устройства для заземления

На территории расположения электроустановки изготавливается заземляющее устройство в виде контура, состоящего из электродов длиной 3−5 м. Они забиваются в грунт и соединяются между собой при помощи стальных полос.

Сооружение этой системы выполняется на глубине 0,6−0,7 м, имеет вид металлической сетки. Располагается в земле на территории, где размещено электрооборудование.

В условиях работы на электроустановках под напряжением, если нет возможности применять другие варианты защиты, используют изолирующие площадки с фарфоровыми ножками-изоляторами, являющимися надёжной изоляцией от земли. Стоя на такой площадке, человек может прикасаться к частям электрического устройства, находящегося под напряжением.

При проведении ремонта ЛЭП используют такую площадку, у которой металлический пол можно подсоединить к ремонтируемой сети для уравнивания потенциалов. При этом работать с проводами под напряжением можно незащищёнными руками, ток не пойдёт через тело человека. Здесь главное выполнять одно условие: стоя на изолирующей площадке, категорически запрещается касаться каких-либо элементов вышки, иначе ток от проводов пройдёт через человека и вышку на землю. Для безопасного подъёма на площадку изолируется звено лестницы.

Как это работает

Предположим, что в вашей квартире все розетки и электроприборы заземлены. В теории вы чувствуете себя в безопасности. Ваш сосед снизу, проводя ремонт, заменил канализационную трубу с чугунной на пластиковую. Теперь между вашей чугунной ванной и физической землей отсутствует надежная электрическая связь. У соседа пробило изоляцию в люстре, и через влажный пол вашей ванной комнаты, потенциал порядка 100 вольт появился в ванной с водой.

Поскольку в канализационном стоке пластиковая вставка, замыкания на землю не произошло, и защитный автомат не сработал. Весь потенциал накопился в вашей ванной. Вы, находясь в воде, прикасаетесь к смесителю. Через стальные трубы водопровода, он имеет надежную электрическую связь с грунтом. Вы получаете гарантированное поражение электротоком.

Почему так произошло?

Любой проводник содержит в себе электроны. Пока нет разницы в потенциалах на концах проводника, электроны стоят на месте, и электроток не протекает. В описанной ситуации, труба водопровода имеет нулевой потенциал по всей длине. Ванна с водой, по причине распространения напряжения от неисправной проводки этажом ниже, через отрезок чугунной трубы, имеет потенциал 100 вольт. Эти предметы между собой не соприкасаются, поэтому электрического тока нет.

После касания одновременно ванной под напряжением и фактически заземленного смесителя, по вашему телу протекает электрический ток. Человек на 80% состоит из воды, поэтому он вполне себе неплохой проводник. Электроны просто устремляются от точки с меньшим потенциалом, к точке с большим потенциалом

Поэтому уравниванию потенциалов в ванной комнате следует уделить особое внимание

Справедливости ради, если бы вы просто оказались с ванной под напряжением (ничего не касаясь), и так же из нее удалились, никакого поражения электротоком не было. Вы никогда не задавались вопросом, почему птицы, сидящие на проводе ЛЭП с напряжением свыше 1000 вольт, не погибают от удара током? Потому, что у них такой же потенциал, как у провода: 1000 вольт. Они не касаются других проводов, разницы потенциалов нет, соответственно, нет и электротока через их тушки.

Еще один пример. Вставьте в отключенную розетку кусок провода (в фазу), и свободно подвесьте его, чтобы он не касался стены и пола. Подайте напряжение — ничего не произойдет. Тем не менее по всей длине провода есть потенциал 220 вольт. Стоит соединить провод с любым предметом, у которого потенциал относительно «земли» ниже, через соединитель (например, человека), потечет ток.

Отсюда вывод: любые предметы, которые в обычных условиях не находятся под напряжением (за исключением аварийных ситуаций), всегда должны иметь равный потенциал. В случае с жилыми помещениями — равный нулю. Для этого, все металлические элементы жилого дома, включая арматуры в стенах, соединяются с контуром заземления еще на этапе строительства.

Это называется: основная система уравнивания потенциалов (ОУП). Вблизи каждого здания расположена главная заземляющая шина (ГЗШ), надежно (обычно с помощью сварки) соединенная с заземлителем (контуром). Она периодически проверяется специальными службами (со временем может рассыпаться от коррозии), и монтируется еще на этапе закладки фундамента.

Можете быть уверены, что все металлические предметы вашей многоэтажки имеют электрический контакт с ГЗШ. Сразу после ввода в эксплуатацию, контур уравнивания потенциалов работает безупречно. Это требование Правил устройства электроустановок соблюдается всегда. Пока не начинаются ремонты в квартирах.

Монтаж выравнивающей шины

Соединение с элементами, не имеющими специальных контактов для подключения, производится с помощью хомутов, зажимов

Шины ШДУП обычно размещаются в коробках, которые различаются по способу установки на элементах конструкции. Они могут размещаться в следующих местах:

• в полостях прилегающих стенных простенков;
• непосредственно в самих стенах.

Кроме того, они нередко выполняются в виде настенного крепления. Их установка и закрепление в элементах стенных конструкций предусматривается еще на этапе строительства. Конкретное место размещения коробки с шиной выбирается согласно заранее составленной схеме и с учетом того, чтобы к ним имелся свободный доступ. Это необходимо для контроля их состояния и обслуживания.

В уже построенном и эксплуатируемом строении устанавливаются коробки в открытом исполнении, доступные для проведения необходимых электромонтажных операций. Место их установки выбирается с тем расчетом, чтобы длина сборных проводников и заземляющей шины была минимальной. Это позволит сэкономить на расходных материалах.

Виды выравнивающих систем

Шина уравнивания потенциалов с пластиковой опорой

Используемые в электрических сетях выравнивающие системы делятся на основные и дополнительные приспособления. Для понимания их различия потребуется рассмотреть каждый из этих подходов в отдельности.

Основная система

Эта разновидность выравнивающих конструкций сокращенно называется ОСУП. По своей сути она представляет собой контур, собранный из металлических пластин и объединяющий в единое целое следующие элементы:

• главную заземляющую шину (ГЗШ), предназначенную для сборки всех подлежащих заземлению элементов;
• металлическую арматуру жилого дома или другого строения;
• элементы защиты зданий от грозовых разрядов и молний;
• трубы и радиаторы отопления;
• металлические короба вентиляционных систем;
• трубы водоснабжения и канализации.

Дополнительное выравнивание

Уравнивание потенциалов

Шина дополнительного уравнивания потенциалов ШДУП – это особая стальная конструкция, монтируемая с целью электрического присоединения следующих располагающихся во влажном помещении элементов:

• корпуса душевой кабинки и самой ванны;
• токопроводящие части вентиляционной системы, если ввод в ванную оформлен металлическим коробом;
• канализационные трубы;
• корпус агрегата для сушки полотенец;
• водопроводные трубы и радиаторы отопления, а также все другие части, нуждающиеся в заземлении.

Для шины дополнительного уравнивания потенциалов потребуется обустроить специальный шкаф или металлическую коробку, от которой медные проводники протягиваются к каждому из перечисленных объектов. Такая система рассматривается как вспомогательная, то есть дополняющая ОСУП. Этим объясняется невозможность их раздельного использования и функционирования.

Молниезащитная функция

Основная СУП

Уравнивание потенциалов в специальных конструкциях, предназначенных для защиты сооружений от удара молний, относится к серьезным мероприятиям, снижающим угрозу возникновения пожара на этих объектах. В таких системах опасная разность потенциалов, образовавшаяся из-за скопления зарядов атмосферного электричества, может достигать огромных величин – до 15 кВ.

Их обустройство аналогично уже рассмотренным случаям, за исключением того, что здесь делается дополнительный отвод, идущий к заземляющей шине или спуску молниеотвода. Сечения соединительных проводников выбираются из того же расчета, что и для общего случая устройства ОСУП. Согласно требованиям ПУЭ, ни одна новая электрическая сеть, обязательно оборудуемая молниезащитой, не будет принята в эксплуатацию, если в ней не предусмотрено искусственное выравнивание потенциалов.

Искровые промежутки

Контрольные испытания должны осуществляться при получении доступа к искровым разъединительным пространствам. Благодаря правильной проектировке и установке механизма внутренней защиты от молний минимизируются повреждения, вызванные разностью потенциалов и импульсами перенапряжения.

Соединение через искровые промежуточные разделения осуществляется для следующих элементов:

• заземление измеряющих систем при условии отдельного проектирования;
• установки, защищенные от утечки тока и имеющие антикоррозионную катодную защиту;
• обратный провод тягового элемента постоянного тока, а также переменного при отсутствии возможности выполнения непосредственного объединения по сигнально-техническим доводам;
• вспомогательные заземляющие детали защитного отключения, которое срабатывает при опасном напряжении.

Как сделать дополнительную систему выравнивания потенциалов

Систему выравнивания потенциалов легко будет сделать самостоятельно в своем частном доме или квартире, не обращаясь к специалистам. Пошаговая инструкция:

1. Устанавливаем коробку с шиной заземления.
2. Прокладываем и подключаем с шины PE заземления электрощита медный провод в изоляции сечением 4 или 6 квадратных миллиметров.
3. Прокладываемв штробе отдельные провода сечением 4 кв. мм. от коробки к светильникам, розеткам, ванне, трубам и другим металлическим предметам в ванной комнате.
4. Прикручиваем под болтики провода в коробке.
5. Подключаем проводники к ванной, светильникам и розеткам под специальные болты, на них расположенные. К трубам присоединения делаем при помощи обхватывающих хомутов. Покупайте только оцинкованные, что бы избежать коррозии в будущем.

Вот и все готово! Раз в год или несколько лет проверяйте надежность и подтягивайте все контакты.

Пластиковые трубы

Сегодня имеет достаточное распространение проведение коммуникаций с использованием пластмассовых труб, для которого не нужно объединение с системой уравнивания. При этом, если в существующей ДСУП заменить трубы из металла на пластиковые, отличающиеся токопроводящими свойствами, возникнет нарушение связи между металлическими частями в помещении (полотенцесушитель, батареи) и заземляющей шиной, из-за чего они становятся опасными при одновременном касании.

При создании коммуникаций с помощью труб из пластика объединение с системой уравнивания осуществляется с применением металлических гребенок, кранов и обратных клапанов для закрепления проводников. При наличии диэлектрических вставок в металлических трубах они добавляются к главной системе после вставок внутри строения.

Опасность

Помните со школы? Любой металлический предмет проводит электрический ток. В наших домах подобные предметы повсюду. Это – трубы центральной отопительной системы, холодного и горячего водопровода; батареи и полотенцесушитель; короб вентиляции и водосток; металлический корпус любого электроприбора.

В общедомовых коммуникациях металлические трубы между собой взаимосвязаны. Рассмотрим простой пример. У нас есть ванная комната, в которой рядом расположены батарея отопления и душевая кабинка. Если вдруг между этими двумя элементами возникает разность потенциалов, а человек в одно время прикоснётся и к батарее, и к душевой кабинке, будет крайне опасно в плане поражения током. В данном случае тело человека сыграет роль перемычки, по которой потечёт электрический ток. Путь его протекания нам известен из законов физики – от потенциала с большим значением к меньшему.

Ещё один типичный пример, если разные потенциалы возникают на трубах водопровода и канализации. Когда на водопроводной трубе появляется токовая утечка, есть вероятность поражения человека во время купания в ванной. Это произойдёт в том случае, если человек стоит в ванной с водой, при этом открывает слив и касается рукой водопроводного крана. Чтобы подобных проблем не возникало, необходимо уравнивание потенциалов.

Ситуация, когда на трубах в жилом доме присутствует напряжение, показана в этом видео:

https://youtube.com/watch?v=Ume7hhDA5Zc

Схема выравнивания потенциалов

Ввиду того, что ванная относится к особо опасному типу помещений по электробезопасности из-за влажных условий и концентрации там металлических труб, именно в ней или сразу возле нее в санузле ставится пластиковая коробка с шиной. Под болтики шины заземления и зажимаются все проводники, подключенные на болтовое соединение или хомут ко всем металлическим частям ванной.

Внимание, на каждый металлический предмет ведется от коробки отдельный проводник- нельзя подключать одним проводом последовательно несколько металлических частей. В исключительных случаях можно сделать лишь одно последовательное соединение, но без разрыва проводника

Необходимо соединять вместе отдельными проводами не только корпуса ванной, светильников, водопроводных труб и отопления, но и заземляющие контакты розеток и коробку металлических дверей в ванной.

Как правило, коробка с шиной заземления устанавливается либо в ванной, но чаще- в санузле за зашивкой труб, там проходящих. Доступ к ней как и счетчикам воды всегда можно получить через дверцу в зашивке.

По современным требованиям по междуэтажному стояку с трубами ведется дополнительно заземленная полоса шириной 50 миллиметров или оцинкованная проволока диаметром не менее 6 мм, к которой отдельным медным проводником подключается коробка выравнивания потенциалов. Благодаря этому создается кольцо между электрощитом и заземлителем дома, а это двойная надежность.

Причины для создания схемы уравнивания

Каждый проводник имеет свой не представляющий опасности электрический потенциал. Угроза заключается именно в разности потенциалов между двумя металлическими изделиями, и чем разница больше, тем больше вероятность получения удара электротоком.

Для того чтобы объяснить доходчиво об уравнивании потенциалов, можно воспользоваться таким примером. У металлической поверхности холодильника и водопроводной трубы, находящейся поблизости, существуют свои потенциальные показатели, один из которых больше другого, а разница потенциалов, как известно, и есть напряжение. При одновременном случайном касании этих предметов может возникнуть опасная ситуация, так как человек в этом случае является проводником от большего потенциала к меньшему. Все трубы связаны между собой общедомовой системой коммуникации.

Для большей убедительности можно привести пример с электроприбором, например, с бытовой розеткой на 220 вольт. Фазный контакт обладает потенциалом в 220 в, а нулевой — 0 в, разница 220 в. При соединении контактов отрезком провода, имеющим небольшое сопротивление (примерно 1 Ом), в проводнике (проводе) появится напряжение в 220 ампер, произойдёт возгорание изоляции, а провод расплавится. Разумеется, этого не следует делать. Если человек возьмётся за оба контакта, то даже при высоком сопротивлении тела под действием силы тока исход будет трагическим.

Факторы, предопределяющие разницу

Все приборы, которые производят электроэнергию, имеют нулевое соединение с физическим грунтом. Это значит, что существует разница потенциалов между фазным проводом и «землёй», которая равна напряжению фазы. Явление разности потенциала может быть вызвано многими факторами:

• локальными авариями электрооборудования;
• статическим электричеством;
• естественным электрическим потенциалом;
• блуждающими токами;
• токами, связанными с электрохимической коррозией.

Локальные аварии электрического оборудования сопровождаются: обрывами электрических проводов, частичными пробоями изоляционных подземных кабелей, неисправностью электрооборудования, находящегося в квартире. Сантехническая арматура, которая подключена к полихлорвиниловым трубам, может иметь статический заряд из-за постоянного движение воды по ним. Акриловое покрытие ванн или других ёмкостей накапливает заряд электричества на их поверхностях.

Естественным электрическим потенциалом наделено всё, что находится на земле, а также в её атмосфере, так как земная оболочка имеет отрицательный потенциал, а свод неба — положительный. Чем выше находится физическое тело, тем больше значение его потенциала, например, на высоте 2 м показатель достигает 110 вольт.

Блуждающие токи проявляются на проложенных путях электротранспорта. Рельсы в этом случае выполняют роль заземляющих шин. Через них ток, приводящий в движение электродвигатели вагонов, проникает в землю. Люди, живущие возле трамвайных линий, могут чувствовать пощипывание в пальцах при умывании.

Если система состоит из труб, изготовленных из разных материалов, могут образоваться токи электрохимической коррозии. Они не опасны для человека, но разрушают водопровод и запорную арматуру. При подключении стального полотенцесушителя к линии труб, изготовленных из чёрного металла, со временем в их соединениях образуется течь из-за ослабления резьбы.

Контактная разность потенциалов

Определение «Контактная разность потенциалов» в Большой Советской Энциклопедии

Контактная разность потенциалов, разность электрических потенциалов, возникающая между контактирующими телами в условиях термодинамического равновесия. Наиболее важно понятие Контактная разность потенциалов для твёрдых проводников (металлов и полупроводников). Если два твёрдых проводника привести в соприкосновение, то между ними происходит обмен электронами, причём вначале преимущественно электроны переходят из проводника с меньшей работой выхода в проводник с большей работой выхода. В результате этого процесса проводники приобретают электрические заряды противоположных знаков, что приводит к появлению электрического поля, препятствующего дальнейшему перетеканию электронов. В конечном счёте достигается равновесие, при котором потоки электронов в обоих направлениях становятся одинаковыми, и между проводниками устанавливается Контактная разность потенциалов

Значение Контактная разность потенциалов равно разности работ выхода, отнесённой к заряду электрона. Если составить электрическую цепь из нескольких проводников, то Контактная разность потенциалов между крайними проводниками определяется только их работами выхода и не зависит от промежуточных членов цепи (правило Вольта). Контактная разность потенциалов может достигать величины в несколько в. Она зависит от строения проводника и от состояния его поверхности. Поэтому величина Контактная разность потенциалов может быть изменена обработкой поверхностей (покрытиями, адсорбцией и т. п.), введением примесей (в случае полупроводников) и сплавлением с др. веществами (в случае металлов).

Т. к. работа электрических сил, обусловленных Контактная разность потенциалов, производимая при перемещении заряда по замкнутому контуру, составленному из нескольких проводников, равна нулю, то прямое измерение Контактная разность потенциалов невозможно. Одним из наиболее распространённых способов измерения Контактная разность потенциалов является метод вибрирующего конденсатора Кельвина. Периодически изменяют расстояние между пластинами электрического конденсатора, сделанными из исследуемой пары проводников, при этом изменяется ёмкость конденсатора и в цепи появляется переменный электрический ток, обусловленный Контактная разность потенциалов Измеряя ток, определяют Контактная разность потенциалов

Электрическое поле Контактная разность потенциалов сосредоточено в проводниках вблизи границы раздела и в зазоре между проводниками. Линейные размеры этой области порядка длины экранирования, которая тем больше, чем меньше концентрация электронов проводимости в проводнике. Длина экранирования в металлах имеет атомные размеры (10^-8—10^-7см), а в полупроводниках колеблется в широких пределах и может достигать величины 10^-4—10^-5 см. Отсюда следуют два вывода: 1) из двух соприкасающихся тел Контактная разность потенциалов приходится в основном на проводники с большим сопротивлением; 2) для полупроводников в области сосредоточения Контактная разность потенциалов заметно изменяется концентрация носителей заряда.

Контактная разность потенциалов играет важную роль в физике твёрдого тела и её приложениях. Она оказывает заметное влияние на работу электровакуумных приборов., В электронных лампах Контактная разность потенциалов между электродами складывается с приложенными внешними напряжениями и влияет на вид вольтамперных характеристик. В термоэлектронном преобразователе энергии Контактная разность потенциалов используется для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую. Электроны «испаряются» из горячего катода с большой работой выхода (см. Термоэлектронная эмиссия) и «конденсируются» на аноде с малой работой выхода. Разность в потенциальной энергии электронов превращается в работу, производимую во внешней электрической цепи.

В случае контакта металла с полупроводником Контактная разность потенциалов сосредоточена практически в полупроводнике и при достаточно большой величине заметно изменяет концентрацию носителей тока в приконтактной области полупроводника, а следовательно, и сопротивление этого слоя. Если образуется слой с высоким сопротивлением (обеднённый носителями тока), то при наложении внешней разности потенциалов концентрация носителей заряда будет в нём заметно меняться, причём несимметричным образом в зависимости от знака внешнего напряжения. Таким образом, Контактная разность потенциалов обусловливает нелинейность вольтамперных характеристик контактов металл — полупроводник, которые благодаря этому обладают выпрямительными свойствами (см. Шотки диод).

  В случае контакта двух полупроводников из одного вещества, но с различными типами проводимости Контактная разность потенциалов приводит к образованию переходного слоя объёмного заряда с нелинейной зависимостью сопротивления от внешнего напряжения (см. Электронно-дырочный переход).
 
  Лит.: Пикус Г. Е., Основы теории полупроводниковых приборов, М., 1965; Царев Б. М., Контактная разность потенциалов и ее влияние на работу электровакуумных приборов, 2 изд., М., 1955.
  В. Б. Сандомирский.

Статья про «Контактная разность потенциалов» в Большой Советской Энциклопедии была прочитана 666 раз

Лекционный материал по теме «электрическое поле.

напряженность электрического поля. работа. разность потенциалов.»

Министерство образования и науки РТ

ГАПОУ «Лениногорский нефтяной техникум»

ЛЕКЦИЯ ПО ТЕМЕ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ. НАПРЯЖЕННОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ. ПОТЕНЦИАЛ ПОЛЯ. РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ.

Разработал преподавателем

физики ГАПОУ «ЛНТ»: Корытко И.А.

для всех специальностей

УЧЕБНАЯ ЦЕЛЬ: раскрыть материальный характер электрического поля: дать понятие напряжённости электрического поля исходя из её общего определения, рассмотреть понятия и вывести формулу по определения потенциала электрического поля.

ВОСПИТАТЕЛЬНАЯ ЦЕЛЬ: способствование формированию научного мировоззрения; пробуждение познавательного интереса к предмету и окружающим явлениям.

РАЗВИВАЮЩАЯ ЦЕЛЬ: пособствование развитию умения анализировать, выдвигать гипотезы, предположения, строить прогнозы, наблюдать и экспериментировать; способствование развитию логического мышления; развитие умения выражать речью результаты собственной мыслительной деятельности.

ТИП УРОКА: изучение нового материала

МЕЖПРЕДМЕТНЫЕ СВЯЗИ: математика

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ

Вспомним опыт, поднося к алюминиевому конусу наэлектризованную палочку, мы замечаем что конус начинает притягиваться к палочке уже на некотором расстоянии.

Этот опыт говорит о том, что вокруг наэлектризованных тел существует какой то материальный передатчик взаимодействия электрических зарядов, который называется электрическим полем.

Любой электрический заряд создает в пространстве электрическое поле, с помощью которого он взаимодействует с другими зарядами.

Электрическое поле особый вид материи, существующий вокруг любого электрического заряда и проявляющий себя в действии на другие заряды.

Обнаружить электрическое поле можно лишь одним способом: внести в интересующую нас точку пространства пробный заряд q_пр.

Если в данной точке поле есть, то на пробный заряд будет действовать электрическая сила. При отсутствии поля эта сила будет равна 0.

Когда поле исследуют пробным зарядом, то считают, что он своим присутствием не искажает исследуемое поле. Это означает, что величина пробного заряда должна быть очень малой по сравнению с зарядами создающими поле.

В качестве пробного заряда условились использовать «+» заряд.

F2 Пусть в некоторой точке пространства находится

точечный электрический заряд. Тогда в каждой точке

q_пр F1 окружающей среды на пробный заряд будет

действовать электрическая сила. Поэтому поле

F3 вокруг заряда называют силовым полем.

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ – вид материи посредством которого взаимодействуют электрические заряды.

Отношение силы с которой электрическое поле действует на пробный электрический заряд к данному заряду является силовой характеристикой электрического поля в данной точке и называется НАПРЖЕННОСТЬЮ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ.

Напряженность поля – величина векторная и обозначается .

= (Н/Кл, В/м)

Направление вектора напряженности совпадает с направлением силы, с которой поле действует на положительный заряд, помещенный в данную точку поля.

В поле «+» заряда вектор напряженности направлен от заряда , а в поле «-« заряда – к заряду.

Сила действующая на заряд q со стороны электрического поля: =q

НАПРЯЖЕННСТЬ ПОЛЯ ДЛЯ ТОЧЕЧНОГО ЗАРЯДА.

Точечный заряд обозначается через q₀

Вспомним закон Кулона F=

= → =

Если электрическое поле создано не одним , а несколькими зарядами или заряженными телами, то результирующий вектор напряженности равен геометрической сумме векторов напряженности от каждого из зарядов.

Напряженность поля системы зарядов

равен векторной сумме напряженностей

полей каждого из зарядов системы:

+++…+ принцип суперпозиции.

ГРАФИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ.

Электрическое поле принято изображать линиями напряженности электрического поля.

Линии напряженности электрического поля –

это линии , касательные к которым в

каждой точке совпадают с вектором

напряженности, а густота линий пропорциональна величине напряженности Е.

Графически изображая поле следует помнить, что линии напряженности электрического поля :

1.Нигде не пересекаются друг с другом

2.имеют начало на положительном заряде

( или в бесконечности) а конец на «-« заряде

(или в бесконечности) , т е являются не

замкнутыми линиями

3.между зарядами нигде не прерываются

РАБОТА ПО ПЕРЕМЕЩЕНИЮ ЭЛ ЗАРЯДА. ПОТЕНЦИАЛ, РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ. СВЯЗЬ МЕЖДУ НАПРЯЖЕННОСТЬЮ И РАЗНОСТЬЮ ПОТЕНЦИАЛОВ.

+ — пусть однородное электрическое поле созданно большими

Металлическими пластинами, имеющими заряды

противоположного знака. Работу соввершаемую полем

при перемещении «+» заряда из т1 находящейся на

расстоянии d1 от «-« но заряженной пластины в т2, расположенной на расстоянии d2 можно определить по формуле:

А=qE(d1-d2)

Работа при перемещении заряда между двумя точками в электростатическом поле не зависит от формы траектории, а определяется лишь положением начальной и конечной точек этой траектории.

Работа сил электростатического поля при движении электрического заряда по любой замкнутой траектории = 0.

Поле, работа сил которого по любой замкнутой траектории = 0, называется потенциальным полем.

Потенциальная энергия «+» заряда:

Wp=qEd

Если записать работу через изменение потенциальной энергии , то:

A=-Wp= -qE(d1-d2)

Работа равна изменению потенциальной энергии , взятому с противоположным знаком.

Потенциалом – электростатического поля называют отношение потенциальной энергии заряда в поле к этому заряду:

φ=Wp|q

разность потенциалов (напряжение) – между двумя точками равна отношению работы поля при перемещении заряда из начальной точки в конечную к этому заряду.

Разность потенциалов принято обозначать (φ1-φ2) или буквой U

φ1-φ2= U=A\q

→ A=Uq т.к. A=qE(d1-d2) приравниваем и получаем

E= связь между напряженностью и разностью потенциалов.

1. Заряд 5 нКл находится в электрическом поле с напряженностью 2 кН/Кл. С какой силой поле действует на заряд?

2. Заряды по 0,1 мкКл расположены на расстоянии 6 см друг от друга. Найдите напряженность поля в точке удаленной на 5 см от каждого из зарядов.

3. Напряженность электрического поля уединенного точечного заряда на расстоянии 1 м равна 32 Н/Кл. Определить напряженность этого поля на расстоянии 8 см от заряда.

4. Какую работу совершает поле при перемещении заряда 20нКл из точки с потенциалом 700 В в точку с потенциалом 200 В.

5. При перемещении заряда между точками с разностью потенциалов 1кВ поле совершило работу 40мкДж. Чему равен заряд?

6. Потенциальная энергия заряда 2нКл в электрическом поле равна 6 мкДж. Чему равен потенциал поля в этой точке?

7. Поле образовано зарядом 17нКл. Какую работу надо совершить, чтобы одноименный заряд 4нКл перенести из точки, удаленной на 0,5 м, в точку удаленную от того же заряда на 0,05 м.

» Какова разность электрических потенциалов между мембранами?

Какова разность электрических потенциалов между мембранами?

Режим чтения

Таблица 1: Разность электрических потенциалов в диапазоне биологических мембран. Отрицательные значения указывают на то, что внешнее отделение более положительное, чем внутреннее. pmf — полная движущая сила протонов, учитывающая влияние pH. При изменении рН среды электрический потенциал одноклеточных организмов имеет тенденцию изменяться таким образом, что ПДС остается в диапазоне от -100 до -200 мВ.

Многие из наиболее важных преобразований энергии в клетках эффективно используют мембрану в качестве конденсатора, что приводит к накоплению энергии в виде трансмембранного потенциала. Реакции сбора энергии, такие как фотосинтез, перекачивают протоны через мембрану. По возвращении обратно через мембрану эти протоны затем используются для синтеза АТФ и транспорта соединений против градиентов их концентраций. Для митохондрий эта разность потенциалов составляет примерно 160 мВ (BNID 101102, 101103), а для E.coli она составляет около 120 мВ (BNID 103386). Разница pH между двумя отсеками, связанными мембраной, добавляет 60 мВ на единицу разницы pH к общей движущей силе для транспорта протонов. Эта сумма электрического и концентрационного разностных условий представляет собой так называемую протонно-движущую силу, имеющую решающее значение для работы большинства трансформаций энергии, связанных с мембраной, например, в хлоропластах. Ряд репрезентативных примеров потенциальных различий в различных клеточных контекстах приведен в таблице 1.Чтобы преобразовать эти числа, возможно, в более знакомые единицы, вспомним, что шкала энергии, связанная с потенциалом V, определяется как qV, где q — заряд, проходящий через этот потенциал. Если мы возьмем характерную энергетическую шкалу мембранных потенциалов 100 мВ и умножим на заряд электрона, равный 1,6 x 10 ^-19 Кл, получим энергию в джоулях, равную 1,6 x 10 ^-20 Дж. Если мы вспомним, что k _B T ≈ 4 пН нм ≈ 4 x 10 ^-21 Дж, то мы видим, что шкалу потенциальной энергии мембраны можно запомнить как 100 мВ ≈ 4 k _B T.

Сколько протонов нужно накачать, чтобы создать такую ​​разность потенциалов? Давайте будем великодушны и предположим, что разница мембранных потенциалов полностью создается за счет переноса протонов, хотя известно, что другие ионные частицы вносят большой вклад. На рисунке 1 мы выполняем расчет обратной стороны конверта, который рассматривает клеточную мембрану как конденсатор с параллельными пластинами. Поверхностная плотность заряда σ плоского конденсатора связана с разностью напряжений σ соотношением

σ=(Vε _r ε ₀ /d)

, где d — ширина мембраны (≈4 нм), а и — относительная диэлектрическая проницаемость и диэлектрическая проницаемость вакуума соответственно.Общий заряд q равен

q=σA/e

, где A — площадь поверхности, которая для мембраны E. coli составляет ≈5 мм ² , а e — заряд электрона. Относительная диэлектрическая проницаемость (диэлектрическая проницаемость) двойного слоя составляет примерно ≈2 (BNID 104080), и подстановка чисел дает в целом около 10 ⁴ протонов, как схематично показано на рисунке 1, и согласуется с мембраной, имеющей удельную емкость 1 мФ/см ² (БНИД 110759).В виньетке «Какова потребляемая мощность ячейки?» мы отметили, что скорость использования АТФ E. coli составляет ≈10 ¹⁰ АТФ в течение клеточного цикла, который может составлять всего 1000 с, т.е. скорость расходования 10 ⁷ АТФ/с. Поскольку для производства одного АТФ требуется ≈4 протона, заряда мембраны, если его не пополнять постоянно, будет достаточно для производства менее 10 ⁴ АТФ. Этот потенциал будет исчерпан за ≈1 мс при нормальных условиях нагрузки внутри ячейки.

Рис. 1: Схематический расчет оборотной стороны конверта того, сколько протонов потребуется для создания разности мембранных потенциалов, если бы она полностью осуществлялась за счет переноса протонов.

Другой способ рассмотрения этих же чисел, дающий удивительное представление, состоит в том, чтобы отметить отношение зарядов, разделенных через мембрану, к общему заряду ионов в клетке. В разделе вступительной главы, посвященном торговым хитростям, мы утверждали эмпирическое правило, согласно которому в объеме размером с клеток E. coli концентрация 1 нМ эквивалентна одной молекуле на клетку. Таким образом, общая концентрация ионов ≈100 мМ в E. coli соответствует ≈10 ⁸ зарядов на ячейку.С другой стороны, для достижения разности потенциалов на мембране расчет в предыдущем абзаце показывает, что для этого требуется всего 10 ⁴ протонов, т. е. всего 1/10000 от общего заряда ионов в бактериальной клетке. Доля еще меньше в более крупных клетках, таких как нейронные клетки, при этом заряды, связанные с потенциалами действия, составляют небольшую долю от общей концентрации ионов в клетке. Это показывает свойство клеток быть близкими к электронейтральным, т. е.е. несмотря на то, что существует разница напряжений, существует лишь небольшая относительная разница в общей концентрации ионов.

28607 Всего просмотров 8 просмотров сегодня

Объяснение урока: Разность электрических потенциалов, обеспечиваемая клетками

В этом объяснении мы узнаем, как рассчитать разность потенциалов, обеспечиваемую ячейкой, на основе объема работы
это делает для отдельного заряда.

Вспомнить свойства заряда. Объект или частица могут быть заряжены положительно, отрицательно или нейтрально.Заряд измеряется в кулонах,
C.

Одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются. Это означает, что положительный заряд и отрицательный
между ними будет действовать сила притяжения. Сила притяжения притягивает их друг к другу.

Если мы хотим разделить два противоположных заряда, мы должны преодолеть силу притяжения между ними. Это означает, что мы должны сделать
работать над сборами. Чтобы увеличить расстояние между зарядами, мы должны передать зарядам энергию, поэтому
они способны преодолеть силу притяжения между ними.

Когда мы разделяем заряды, мы создаем разность электрических потенциалов между ними. Электрический потенциал
разница говорит нам, какая работа была проделана над зарядами, чтобы их разделить.

Пример 1: определение разницы электрических потенциалов между отдельными зарядами

На рисунке показаны положительный и отрицательный заряды, расположенные рядом друг с другом. Начисления зафиксированы на месте
и не может двигаться.

Закончите следующее предложение: Разделение положительных и отрицательных зарядов создает
между ними.

1. разность электрических потенциалов
2. электрический ток

Ответ

Ответ A, разность электрических потенциалов.

На рисунке показаны положительный и отрицательный заряды с расстоянием между ними. Таким образом, на картинке изображена пара
противоположные заряды, которые были разделены.

Чтобы разделить противоположные заряды, необходимо совершить работу по преодолению силы притяжения между зарядами. Когда работа сделана для
отдельные заряды, между зарядами создается разность электрических потенциалов.

Электрический ток — это поток заряда. Нам говорят, что заряды зафиксированы и не могут двигаться. Значит, нет электричества
тока на этой картинке.

Теперь, когда мы поняли, как разделение зарядов создает разность потенциалов, давайте посмотрим, как возникает разность потенциалов.
создается между двумя точками в материале.

Мы можем создать разность потенциалов между двумя точками в материале, разделив заряды в этом материале.

Материалы состоят из атомов.Атомы содержат два типа заряженных частиц. Ядро атома содержит протоны, которые
заряжены положительно. Вне ядра находятся электроны, которые заряжены отрицательно.

Протоны и электроны имеют одинаковый заряд, но протон заряжен положительно, а электрон отрицательно. В атоме количество протонов равно количеству электронов.

На рисунке ниже показаны заряды в куске материала. Синие кружки представляют электроны. Красные кружки обозначают
ядра атомов вещества. В этом материале каждое ядро ​​содержит один протон. Это означает, что количество положительных
зарядов в материале равно числу отрицательных зарядов.

Между двумя концами этого материала нет разности электрических потенциалов.

Поскольку материал содержит одинаковое количество положительных и отрицательных зарядов, он в целом нейтрален. То
положительные и отрицательные заряды равномерно распределены по всему материалу.Это означает, что материал нейтрален.
где угодно.

Это показано на следующем рисунке из того же материала.

Если мы сложим все заряды в области в правом конце материала, мы обнаружим, что эта область содержит то же самое
количество отрицательных электронов и положительных ядер. Это означает, что в целом этот регион является нейтральным.

Точно так же область на левом конце также нейтральна.

И левый, и правый конец этого материала нейтральны.Таким образом, нет разделения заряда по
материал. Следовательно, между левым и правым концами материала нет разности электрических потенциалов.

Однако мы можем создать разность потенциалов в этом материале, совершив работу над зарядами.

В твердом теле атомные ядра закреплены на месте в соответствии со структурой материала. Протоны находятся внутри
ядра атомов. Это означает, что протоны в твердом теле зафиксированы на месте.Следовательно, положительные заряды в твердом теле не могут двигаться.

Электроны не содержатся в ядре. Это означает, что мы можем совершать работу над электронами, чтобы перемещать их внутри
материал.

Совершая работу с электронами, мы можем переместить их к одному концу материала. Это показано на следующем рисунке.

На этой диаграмме электроны смещены к правой стороне материала. Мы называем это «накоплением
электроны» справа.

Поскольку заряды в материале больше не распределены равномерно, две стороны материала имеют разные общие заряды.

Это показано на следующем рисунке.

На правой стороне материала скопление электронов. Это означает, что эта область материала содержит
больше электронов, чем протонов. Следовательно, правая сторона материала заряжена отрицательно.

В левой части материала протонов больше, чем электронов.Следовательно, левая часть материала
положительно заряжен.

В этом материале была проделана работа по перемещению электронов. Правая сторона материала теперь заряжена отрицательно,
и левая сторона материала теперь заряжена положительно. Это означает, что в материале происходит разделение заряда. Следовательно, теперь существует разность электрических потенциалов между двумя сторонами материала.

Пример 2: Идентификация разделения зарядов в материале

На рисунке показаны электроны и атомные ядра в куске материала.Электроны не могут течь вдоль этого материала. Синие кружки представляют электроны, а красные кружки представляют атомные ядра.

1. На каком конце материала скопились электроны?
2. Заполните пропуск: Накопление электронов на одном конце материала создает
   вдоль куска материала.
   1. разность электрических потенциалов
   2. электрический ток

Ответ

Часть 1

Электроны скапливаются на правом конце материала.

Скопление электронов происходит на одном конце материала, когда электроны в материале движутся к этому концу. Это означает, что мы
получить больше электронов на этом конце материала, чем на другом конце.

На этом рисунке на правом конце больше электронов, чем на левом. Электроны двинулись в сторону
правый конец материала, поэтому на правом конце есть нарост.

Часть 2

Ответ A, разность электрических потенциалов.

Поскольку электроны накапливаются на правом конце материала, два конца материала теперь имеют противоположные заряды.

Правый конец содержит больше электронов, чем протонов, поэтому он заряжен отрицательно. Левый конец содержит больше протонов, чем
электронов, поэтому он заряжен положительно.

Два конца материала теперь имеют противоположные заряды, поэтому в материале происходит разделение зарядов. Следовательно, существует
разность электрических потенциалов между двумя концами материала.

Проводник представляет собой тип материала, в котором заряд может очень легко течь.

В проводниках можно совершить работу, чтобы вызвать накопление электронов на одном конце материала, как мы уже обсуждали. Этот
означает, что существует разделение зарядов и, следовательно, разность потенциалов на проводнике. Но когда мы перестанем делать эту работу,
электроны могут очень легко течь через материал.

Когда это произойдет, электроны будут двигаться, так что они снова равномерно распределятся по всему материалу.Это потому что
электроны имеют одинаковый заряд. Следовательно, между электронами существует сила отталкивания, отталкивающая их друг от друга.

Когда заряды равномерно распределены в материале, нет разделения зарядов и, следовательно, разницы потенциалов в материале.

Итак, когда заряженным частицам позволяют течь в проводнике, расстояние между зарядами может уменьшиться до нуля. Когда это
случается так, что между любыми двумя точками проводника нет разности потенциалов.

Пример 3. Определение разности электрических потенциалов в генераторах Ван де Граафа

На рисунке показан генератор Ван де Граафа.

1. Заполните пропуск: При включении генератора на
   большая сфера.
   1. положительный
   2. отрицательный
2. Маленькая сфера соединена с землей медным кабелем. Его приближают к большой сфере, но
   между ними не проскакивает искра.
   Заполните пропуск: Накопление отрицательных зарядов на большой сфере создает
   между большой сферой и маленькой сферой.
   1. электрический ток
   2. разность электрических потенциалов

Ответ

Часть 1

Ответ В, отрицательный.

Генератор Ван де Граафа — это устройство, разделяющее заряды. Внутри генератора Ван де Граафа электроны удаляются из
вращающийся резиновый ремень и переносится на большую сферу. Это вызывает накопление отрицательного заряда на большой сфере.

Часть 2

Ответ B, разность электрических потенциалов.

На большой сфере скопились электроны, поэтому большая сфера заряжена отрицательно.

Небольшой шар заземляется медным кабелем. Медь является проводником, а это означает, что заряд может легко проходить по кабелю. Этот
означает, что на маленьком шаре нет накопления заряда. Малая сфера нейтральна.

Существует разность электрических потенциалов между большой сферой и маленькой сферой из-за накопления заряда на
большая сфера.Это происходит из-за сил отталкивания между электронами, которые имеют одинаковый заряд.

Между большой сферой и маленькой сферой может быть электрический ток. Из-за разности электрических потенциалов
электроны могут перетекать из большой сферы в маленькую. Когда это происходит, движущиеся по воздуху заряды производят вспышку.
света и потрескивающего звука, называемого «искрой».

Однако в этом вопросе нам говорят, что искры между сферами нет. Следовательно, ток не должен протекать между
сферы.

Пример 4: Идентификация разделения зарядов в медной проволоке

На рисунке показаны электроны и атомные ядра в сечении медной проволоки. Синие кружки представляют электроны
а красные кружки представляют атомные ядра.

Сначала происходит скопление электронов на правом конце провода. Что будет происходить в проводе со временем?

Ответ

Ответ следующий: электроны будут двигаться к левому концу провода, пока они не будут распределены равномерно.

В этом материале была проделана работа по перемещению электронов к правому краю материала, вызывая накопление заряда. Это создает разделение заряда между двумя концами материала. Следовательно, существует разность электрических потенциалов между
два конца материала.

Медь является проводящим материалом. Это означает, что заряду очень легко течь через медь.

Когда мы перестанем совершать работу по перемещению электронов, электроны будут двигаться, так что они снова равномерно распределятся по всей
материал. Это потому, что электроны имеют одинаковый заряд. Следовательно, между электронами существует сила отталкивания, толкающая их
друг от друга.

Это сводит к нулю разделение зарядов в материале. Когда заряды расположены равномерно, разности потенциалов нет.
между любыми двумя точками на проводе.

Теперь давайте рассмотрим разность электрических потенциалов на батарее в цепи.

Батарея является источником питания в электрической цепи. Батареи содержат химические вещества, состоящие из заряженных частиц.Батарея
работает, чтобы разделить противоположно заряженные частицы. Это создает разность электрических потенциалов на аккумуляторе. Разность электрических потенциалов на аккумуляторе называется электродвижущей силой.

Электродвижущая сила батареи позволяет зарядам течь по цепи.

Вспомните, что между разделенными противоположными зарядами существует сила притяжения, которая притягивает отрицательные заряды к положительным зарядам. Когда батарея подключена к токопроводящим проводам, электроны от отрицательно заряженной клеммы батареи проходят через провод.
цепи, пока они не достигнут положительно заряженной клеммы аккумулятора.

Электроны текут по цепи, а не возвращаются через батарею, потому что цепь состоит из проводящих
материалы. Это означает, что электронам легче течь по цепи.

Следовательно, электродвижущая сила батареи может создавать ток в электрической цепи.

Мы можем рассчитать разность электрических потенциалов на батарее, 𝑉, используя следующую формулу.

Формула: разность потенциалов батареи

Разность электрических потенциалов 𝑉 между двумя клеммами батареи определяется выражением
𝑉=𝑊𝑄,
где 𝑊= количество работы, совершаемой для разделения противоположных зарядов в батарее, а 𝑄=
сумма заряда отделена.

Разность электрических потенциалов измеряется в вольтах, В.

Приведенная выше формула показывает, что напряжение на батарее равно работе по разделению зарядов, измеряемой в
джоулей, деленное на количество отделившегося заряда, измеряемое в
кулоны. Следовательно,
1=11VJC. Итак, единица измерения один вольт,
В равно
до одного джоуля на кулон,
Дж / К.

Пример 5: Расчет разности потенциалов на ячейке

Ячейка совершает работу в 10 Дж, чтобы разделить
2 кулона заряда.Какая разность потенциалов
это создает через терминалы ячейки?

Ответ

Разность электрических потенциалов 𝑉 между двумя выводами ячейки определяется по формуле
𝑉=𝑊𝑄,
где 𝑊= количество работы, совершаемой для разделения противоположных зарядов в батарее, а 𝑄=
сумма заряда отделена.

Элемент совершает работу 10 Дж по разделению зарядов. Так,
𝑊=10 Дж. Клетка отделяется
Заряд 2 кулона, значит 𝑄=2C.

Используя приведенную выше формулу, мы можем вычислить, что
𝑉=102=5/=5.JCJCV

Итак, разность потенциалов между клеммами ячейки составляет 5 В.

Теперь подытожим то, что было изучено в этом объяснителе.

Ключевые моменты

• Между противоположно заряженными частицами существует сила притяжения, которая притягивает их друг к другу.
• Чтобы разделить противоположные заряды, мы должны совершить работу по преодолению силы притяжения между зарядами.
• Выполнение работы по разделению зарядов создает разность электрических потенциалов между зарядами.
• В проводнике заряд может течь очень легко. Если мы разделим заряды в проводнике, а затем позволим зарядам
  течь, расстояние между зарядами может вернуться к нулю.
• Разделение зарядов в батарее создает разность потенциалов между клеммами батареи. Этот
  Разность потенциалов называется электродвижущей силой батареи.
• Мы можем рассчитать электродвижущую силу батареи по формуле 𝑉=𝑊𝑄.

Разность потенциалов или напряжение — StickMan Physics

Главная » Модуль 7: Электростатика » Разность потенциалов или напряжение

Разность потенциалов или напряжение

Разность потенциалов (или электрический потенциал) — это работа, совершаемая при перемещении одиночного заряда в электрическом поле. Когда над этим зарядом совершается работа, в этом заряде запасается потенциальная энергия для течения. Разность потенциалов измеряется в вольтах и ​​обычно называется напряжением (В). Напряжение, связанное с потенциалом протекания одиночного заряда. Чем больше напряжение, тем больше желание течь.

Основы разницы потенциалов

• Переменная (В) используется для разности потенциалов, также называемой напряжением
• Единицей измерения разности потенциалов является вольт (В)
• Единица вольт описывает разность потенциалов и 1 В равен 1 Дж/Кл или 1 Джоуль работы на кулон заряда

Потенциальная энергия против.

Потенциальная разница

Электрическая потенциальная энергия связана с разностью потенциалов.

Оба создаются, когда у вас есть область с большим количеством электронов и вторая область с меньшим количеством . Чем больше разница между этими зарядами, тем больше и потенциальная энергия, и разность потенциалов. Как только вы создадите для этих зарядов проводящий путь от высокой плотности электронов к более низкой, возникнет ток или поток. Поток или ток будет происходить из области с большим количеством электронов в область с меньшим количеством электронов.Это будет происходить до тех пор, пока не исчезнет «электрическое давление», вызванное разницей в заряде.

Так чем же электрическая потенциальная энергия отличается от разности потенциалов?

Электрическая потенциальная энергия представляет собой общее давление или потенциал, вызванный «всем» зарядом и общим потенциалом для протекания. Ключ тут все заряд . Электрическая потенциальная энергия равна работе, которую может совершить поток.Количество энергии или работы, которую можно совершить, измеряется в джоулях (Дж).

Разность потенциалов  является давлением или потенциалом «одиночного» заряда  перетекающего из области с большим количеством электронов в другую с небольшим количеством электронов. Поэтому единица вольт (В) для разности потенциалов описывает что-то другое. Ключом к разности потенциалов, также называемой напряжением, является то, что она представляет собой значение на один заряд.

• Электрическая потенциальная энергия: полная зарядка
• Разность потенциалов или напряжение: один заряд

Три приведенных ниже уравнения связывают переменные с разностью потенциалов (В).Переменные и единицы для них также ниже.

Переменная: Имя (единица измерения)

В : Разность потенциалов (напряжение) (В)

Вт : Рабочий (Дж)

q : зарядка (C)

PE : Потенциальная энергия (Дж)

d : расстояние (м)

Электрический потенциал и емкость — StatPearls

Определение/Введение

Электрический потенциал и емкость вытекают из концепции заряда. Заряд — это сравнение количества протонов и электронов, которыми обладает материал. Если протонов больше, чем электронов, то есть чистый положительный заряд. И наоборот, если электронов больше, чем протонов, то возникает отрицательный заряд. Равное количество протонов и электронов имеют нейтральный заряд. Материалы с зарядом также проявляют электрические силы: противоположные заряды притягиваются (например, положительный и отрицательный), а одинаковые заряды отталкиваются (например, положительный и положительный или отрицательный и отрицательный).Единицей измерения заряда является кулон (Кл). Протоны и электроны по отдельности имеют заряд +1,602 E -19 C и -1,602 E -19 C соответственно. Значения заряда протонов и электронов считаются элементарным зарядом, потому что накопление микроскопических электронов и протонов определяет макроскопический заряд.

Работа, совершаемая над движущимися зарядами, представляет собой электрический потенциал. Как следует из названия, электрический потенциал измеряет изменение потенциальной энергии определенного заряда. Единицами электрического потенциала являются джоули на кулон (Дж/Кл), которые измеряют количество работы на один заряд. Единица Дж/Кл обычно называется вольтом (В) и является повсеместной единицей измерения электрического потенциала. Понятие электрического потенциала часто сравнивают с понятием потенциальной энергии гравитации. Чем выше объект от земли, тем большей гравитационной потенциальной энергией обладает объект. Точно так же, чем дальше объект находится от заряда, тем больший электрический потенциал доступен.Электрический потенциал от определенного заряда известен как точечный заряд и может быть измерен явным образом. Уравнение для определения электрического потенциала по конкретному точечному заряду:

Где V — электрический потенциал (В), k — константа, измеряющая обратную диэлектрическую проницаемость свободного пространства, обычно обозначаемую как 8,99 E 9 N (м·м). /(C·C), q — заряд точки (C), r — расстояние от точечного заряда (м), возведенное в квадрат. Анализ размерностей часто необходим для обеспечения согласованности всех единиц.

Электрический потенциал обратно пропорционален квадрату расстояния от точечного заряда. Это говорит о том, что чем дальше объект находится от точечного заряда, тем быстрее затухает электрический потенциал. Кроме того, если электрический потенциал измеряется в различных точках вокруг объекта, можно построить кривую вокруг объекта, где каждая точка имеет одинаковый потенциал. Если два предмета, содержащие заряды, поставить рядом друг с другом, то присутствует сила притяжения или отталкивания.Обычно это изображается линиями, исходящими из положительно заряженного источника, со стрелкой, указывающей на отрицательно заряженный источник и заканчивающейся на ней. Однако объяснение и применение электрических полей выходят за рамки этой статьи.

В то время как электрический потенциал измеряет способность выполнять работу над зарядом, емкость измеряет способность накапливать заряд. Единицей измерения емкости является кулон на напряжение (C/V), который представляет собой количество заряда, присутствующего на приложенное напряжение. Фарада (F) обычно используется вместо C/V для измерения емкости. Конденсатор используется для удержания емкости и создается, когда две пластины параллельны друг другу, каждый конец которых подключен к противоположным источникам заряда. Каждый заряд заполняет одну из параллельных пластин, создавая электрическое поле между ними. Затем конденсатор может разряжать заряды между двумя пластинами при соединении. Уравнение для определения емкости:

Где C — емкость (F), e0 — диэлектрическая проницаемость свободного пространства (8.85 E -12 Ф/м), k — относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрического материала между пластинами, A — геометрическая площадь обеих пластин (м·м), d — расстояние между двумя пластинами (м). Емкость обратно пропорциональна расстоянию, поэтому чем больше расстояние между двумя пластинами, тем меньше доступная емкость. Кроме того, значение k определяется материалом между параллельными пластинами и прямо пропорционально емкости; большинство конденсаторов имеют твердое тело между конденсатором для улучшения емкости. [1][2][3]

Проблемы, вызывающие озабоченность

Электрический потенциал и емкость имеют широкий спектр применений при производстве и хранении энергии. Работа каждого электроприбора зависит от заряда, электрического потенциала и емкости. В Roy et al. аспекты электрического потенциала и емкости изучаются на фотогенерируемой электрической энергии для улучшения устройств накопления энергии. В этой работе Рой и соавт. изучите емкость аккумуляторной батареи, потому что конденсаторы — это временные батареи, которые удерживают заряд.Однако емкость — это лишь один аспект схемы, необходимый для создания эффективных электрических устройств. Другие аспекты, такие как ток и сопротивление, выходят за рамки этой статьи.

Правильное понимание электрического потенциала в системе может создавать материалы новыми способами. Аспекты электрического потенциала используются в регенерации кости посредством полимеризации. Он и др. использовали электрическую клеточную культуру для создания материалов, используемых в их исследовании. Хотя это всего лишь один пример, область электрохимической инженерии в значительной степени зависит от точности электрического потенциала в топливных элементах и ​​батареях для поддержания правильного распределения энергии.[4][5][6]

Основная проблема, связанная с электрическим потенциалом, заключается в том, что он становится более строгим с несколькими точечными зарядами. Электрический потенциал также может быть помехой во многих электрохимических исследованиях. Например, электролиз воды происходит при напряжении 1,23 В, а это означает, что если к системе, содержащей воду, приложено более 1,23 В, молекулы воды расщепляются на водород и кислород. Другие молекулы имеют пороги напряжения, которые необходимо учитывать при подаче напряжения на систему.

Другой проблемой является определение надлежащего материала для конденсатора.Если материал создает слишком большую емкость, то разряд может разрушить электрическое приложение. Если емкость слишком мала, то приложение работать не будет. Если материал не является устойчивым, то конденсаторы быстро выйдут из строя и не будут экономичными.[7][8]

Клиническое значение

Электрический потенциал присутствует почти в каждом медицинском устройстве. У каждого есть определенный предел напряжения, который предотвращает выход устройства из строя. Электрический потенциал также присутствует в человеческом мозгу.Нейроны человека имеют напряжение в среднем 70 мВ. Емкость также присутствует почти в каждом медицинском устройстве, но является основой дефибрилляторов. Конденсаторы — это временные батареи, которые могут разряжаться быстрее, чем обычные батареи, что необходимо, когда у пациента происходит остановка сердца.[9][10]

Сестринское дело, союзное здравоохранение и межпрофессиональные групповые вмешательства

Хотя в большинстве случаев это не является необходимым для выполнения своих обязанностей, медицинские работники, использующие устройства, работающие от электрического потенциала, должны, по крайней мере, иметь некоторый уровень знакомства с концепциями. Это может помочь в обеспечении электробезопасности, даже если это не является частью их непосредственного ухода за пациентами. Для тех, кто больше связан с внутренней работой устройств в отношении диагностической или терапевтической доставки, требуется более глубокое понимание.

Общая физика II

Для большинства сил мы можем построить потенциал
энергия . Когда мы изучали механику, мы делали это для гравитационного поля.
сила и сила упругости пружины.Их называют «консервативными
силы»; если мы можем построить потенциальную энергию , то мы можем использовать
Сохранение энергии, или теорема о работе-энергии, или первый закон
Термодинамика. (Трение есть не -консервативная сила; оно не имеет
соответствующая функция потенциальной энергии ). Электрическая сила
другой пример консервативной силы , для которой мы можем построить
a потенциальная энергия U.

Было полезно определить электрическое поле как силу,
плата,

Е = Ф /кв

Подобным образом мы считаем очень полезным определить
Потенциальная энергия на заряд, U/q; это электрический потенциал
В,

Обычно мы будем говорить о «разнице электрических потенциалов
между точками А и В».Разность электрических потенциалов измеряется
в единицах Дж/Кл, которые мы называем вольт

вольт = В = Дж/Кл

, так что это также обычно называют «напряжением между
точки А и В».

Как и в случае любой потенциальной энергии, все, что мы когда-либо видим, измеряем или
нужно изменение электрической потенциальной энергии или
изменить на электрический потенциал. Но всегда проще
to выберите какое-то место, чтобы иметь нулевую потенциальную энергию.Тогда все потенциальные энергии, о которых мы говорим, являются потенциальными
энергия относительно этой точки отсчета. Для электрических
ситуации, мы выбираем бесконечности в качестве точки отсчета, где
электрическая потенциальная энергия или электрический потенциал
ноль . Тогда можно говорить о «напряжении в некоторой точке P».
Мы действительно имеем в виду «напряжение в некоторой точке P относительно бесконечности».
или «разность напряжений между бесконечностью и точкой P», но мы
обычно говорят просто «напряжение в какой-то точке P».

Совершенная работа или изменение потенциальной энергии U
дается

U
= д В

Мы всегда можем измерить энергию в джоулях (Дж). Когда мы
иметь заряды q в виде зарядов электронов — например, перемещение одного электрона
из точки А в точку Б — изменение энергии, вероятно, будет
очень маленький с

е = 1,6 х 10 ^{— 19} С

Поэтому часто полезно и удобно выражать энергию
или работать в единицах электрон-вольт (эВ),

е V = (1.6 х 10 ^{— 19} С)(В)

e V = (1,6 х 10 ^{— 19} Кл)(Дж/Ц)

эВ = 1,6 х 10 ^{— 19} Дж

Разница потенциалов | IOPSpark

Напряжение/разность потенциалов

Электричество и магнетизм

Разность потенциалов

Рассказ о физике

для
14-16

Разработка схемы для смещения энергии

Электрические цепи очень полезны, потому что мы можем спроектировать их для передачи энергии контролируемым образом. Вы можете измерить или предсказать как текущую, так и разность потенциалов. Объедините эти две меры, чтобы рассчитать, какие компоненты схемы будут смещать эту энергию.

Одной из частей петли, где мы не хотим, чтобы энергия перемещалась, являются провода. Поскольку у нас нет другого выбора, кроме как иметь ток в этих проводах, нам нужно зафиксировать его так, чтобы разность потенциалов между проводами была как можно меньше. Это верно для всех цепей, предназначенных для передачи энергии — от тех, что стоят на столе, до тех, которые обслуживают крупные города как часть Национальной энергосистемы.Ток в петле везде одинаков, поэтому сопротивление компонентов, перемещающих энергию, должно быть большим по сравнению с сопротивлением проводов. В идеале сопротивление настолько больше, что разность потенциалов между проводами мала. Сделать это можно, сделав провода настолько толстыми, насколько вы можете себе позволить, и из хорошего проводника.

Важность

разницы в разности потенциалов

Энергия смещается везде, где есть разность потенциалов, поэтому определение этих разностей полезно. Измерьте разность потенциалов от выбранного нуля (обычно от отрицательной клеммы батареи или элемента в простых цепях).

Это очень похоже на составление карты местности — вы должны выбрать ноль (для UK Ordnance Survey это Newlyn в Корнуолле). Затем вы можете сообщить о высоте точек, нарисовать контуры или заштриховать полосы. Все они используются при создании карт. Пересечение трассы (ходьба, езда или вождение) приводит к подъему и падению, в результате чего вы возвращаетесь на ту же высоту.

Для этих карт изменения энергии рассчитываются для конкретного гонщика и велосипеда. С таким же успехом вы могли бы представить карту, которая подойдет любому велосипедисту и гонщику — просто укажите изменение энергии на каждый килограмм, поднятый вверх или вниз по склону. Умножьте на массу конкретного велосипеда и гонщика, и вы получите смещение энергии. Изменение энергии на килограмм — это разность гравитационных потенциалов, и концепция аналогична разнице электрических потенциалов. Эта мера была введена в теме SPT: Электрические цепи как число джоулей/кулонов или напряжение.

Вверх и вниз по склону

Подумайте о том, чтобы проехать по такой петле. Когда вы поднимаетесь, вы перемещаете энергию; по мере того, как вы спускаетесь вниз по склону, перемещается больше энергии. Именно акт изменения высоты изменяет энергию в каждом хранилище.

Путешественники по холмам интерпретируют топографические карты, чтобы вызвать аналогичные ожидания: их химические запасы будут истощаться по мере того, как они набирают высоту.

Разность потенциалов на элементе цепи показывает, что энергия будет смещена этим компонентом.Вот почему аналогия холмов и , представленная в теме SPT: электрические цепи, оказалась столь полезной.

Нахождение на определенной высоте не влияет на изменение энергии; равно как и наличие определенного потенциала. Инженеры оценивают жизнеспособность микрогидроэлектростанций, ища изменения высоты, а не только высокие места.

Различия в высоте и разности потенциалов устанавливаются там, где смещается энергия

Свободное движение вниз по склону или подъем в гору смещают энергию: не подъем в гору, а то, как туда добраться, определяет смещенную энергию.То же самое относится и к электрическим цепям — разница потенциалов является ключом к вычислению смещенной энергии.

Когда вы проходите через элементы схемы в том же направлении, что и ток в элементе, разность потенциалов может быть положительной или отрицательной. Положительная разность потенциалов показывает, что запас энергии опустошается при электрической работе; отрицательная разность потенциалов показывает, что запас энергии заполняется электрической работой. Поскольку в цепи не происходит накопления энергии, увеличение разности потенциалов должно быть равно уменьшению разности потенциалов.Таким образом, в любом цикле вы возвращаетесь к тому потенциалу, с которого начали. Сумма разностей потенциалов вокруг любого контура равна нулю. (В изучении физики после 16 лет это называется первым законом Кирхгофа.)

Пересечение контурных линий и разность потенциалов

Обойдя электрическую петлю, начав где угодно, вы вернетесь к тому, с чего начали — изменение энергии в гравитационном накопителе равно нулю, поэтому вы также получите нулевую разность потенциалов. Это не должно быть сюрпризом: круговая прогулка не приводит к изменению высоты, даже если по пути может быть много подъемов и спусков.Пересечение контурных линий предупреждает вас о работе механически: разность потенциалов выполняет ту же функцию при путешествии по части электрического контура. Это всегда разность потенциалов, и если кто-то не упомянул, откуда измеряется разница, то есть большая вероятность, что они забыли упомянуть, что они приняли отрицательную клемму батареи за ноль, точно так же, как Ordnance Survey использует Newlyn.

Одно большое отличие контурных линий состоит в том, что гравитация присутствует всегда.Эти различия электрических потенциалов, возможно, выделенные цветом в частях цепи, существуют только тогда, когда что-то течет по цепи: отключите ячейку, и у вас не будет электрических холмов . Во-вторых, электрическая работа зависит от сложных взаимодействий между многими заряженными частицами и совсем не похожа на то, как если бы мы подняли массу на холм и припарковали ее там.

Это может быть очень хорошей причиной не использовать аналогию с холмами в своем обучении и даже подумать о том, оправдывает ли себя раскрашивание цепей для выявления разности потенциалов.

Совет учителю: Разность потенциалов — одна из самых сложных идей, изучаемых в физике до 16 лет, и вам нужно тщательно продумать модели или аналогии, которые вы используете. Существует дальнейшее обсуждение в области вопросов преподавания и обучения.

Электрический потенциал

Электрический потенциал

Авторское право © Майкл Ричмонд.
Эта работа находится под лицензией Creative Commons License.

• Электрический потенциал представляет собой скалярное поле: оно помечает каждую точку
  в пространстве со значением (но без направления). Значение связано
  количество энергии, необходимое для перемещения электрического заряда
  к этому моменту.
• Гравитационная потенциальная энергия между двумя объектами зависит
  о разнице в их позициях по отношению к
  гравитационное поле (т.е. вверх или вниз от земли).
  Электрическая потенциальная энергия
  между двумя объектами зависит от разницы в их положении
  относительно электрического поля (т.е. к или от
  электрические заряды).
• Электрическая потенциальная энергия может быть обменена на кинетическую энергию,
  или гравитационная потенциальная энергия, или пружинный потенциал
  энергия и т.д.
• Если заряженный объект движется в электрическом поле из точки А в точку В,
  изменение его электрической потенциальной энергии равно

              дельта EPE = - (работа электрического поля)
   

• Изменение электрического потенциала при движении заряженного объекта
  из пункта А в пункт Б определяется как

                               дельта ЭПЕ
              дельта V = ---------------
                             начисление на объект
   

• Единицы измерения электрического потенциала: (Джоули / Кулоны) = Вольты.