На чем основывается физический принцип действия электростатической защиты

Электростатическая защита

В состоянии равновесия избыточных зарядов внутри проводника нет – вещество внутри проводника электрически нейтрально. Поэтому удаление вещества из некоторого объема проводника поля нигде не изменит, т.е. никак не отразиться на равновесном расположении зарядов. Это значит, что избыточный заряд распределяется на проводнике с полостью так же, как и на сплошном – по его наружной (внешней) поверхности.

Таким образом, если в полости нет электрических зарядов, электрическое поле в ней равно нулю. Внешние заряды, в частности заряды на наружной поверхности проводника не создают в полости внутри проводника никакого электрического поля.

Именно на этом основана электростатическая защита – экранирование тел, например измерительных приборов, от влияния внешних электростатических полей. Практически сплошной проводник-оболочка может быть заменен достаточно густой металлической сеткой.

Ускоритель Ван-дер-Граафа

Тем обстоятельством, что заряды распределяются на внешней поверхности проводника, часто пользуются на практике. Когда желают полностью перенести заряд кого-нибудь проводника на электроскоп (или электрометр), то к электроскопу присоединяют по возможности замкнутую металлическую полость и вводят заряженный проводник внутрь этой полости. Проводник полностью разряжается и весь его заряд переходит на электроскоп. Это приспособление, в честь Фарадея, называют «фарадеевым цилиндром», так как на практике эта полость чаще сего выполняется в виде металлического цилиндра.

Ван-дер-Грааф предложил использовать свойства фарадеевого цилиндра для получения очень высоких напряжений. Принцип действия его машины показан на рис. Бесконечная лента из какого-нибудь изолирующего материала, например шелка, движется при помощи мотора на двух роликах и одним своим концом заходит внутрь полого, изолированного от Земли, металлического шара. Вне шара лента при помощи кисточки заряжается каким-либо источником, например батареей или электрической машиной , до напряжения 30-50кВ относительно Земли, если второй полюс батареи или машины заземлен. Попадая внутрь шара, заряженные участки ленты касаются кисточки в шаре и полностью отдают шару свой заряд, который сейчас же перераспределяется по внешней поверхности шара. Благодаря этому ничто не препятствует переносу заряда на шар. Напряжение между шаром и Землей непрерывно увеличивается. Таким образом, можно получить огромное напряжение в несколько миллионов вольт. Подобные машины применяются в опытах по расщеплению атомных ядер.

Электроемкость уединенного проводника.

Рассмотрим какой-либо уединенный проводник, т.е. проводник, удаленный от других проводников, тел, зарядов. Опыт показывает, что между зарядом такого проводника и его потенциалом существует прямая пропорциональность: . Следовательно, не зависит от заряда , для каждого уединенного проводника это отношение имеет свое значение. Величину

(3.1)

называют электроемкостью уединенного проводника (сокращенно емкостью). Стоит заметить, что емкость зависит от размеров и формы проводника.

За единицу емкости принимают емкость такого проводника, потенциал которого изменяется на 1 В при сообщении ему заряда 1Кл. Эту единицу емкости называют фарадом (Ф).

Фарад – очень большая величина, емкостью 1 Ф обладал бы уединенный шар радиусом 9 млн. км, что в 1500 раз больше радиуса Земли ( емкость Земли С = 0,7 мФ). На практике часто приходиться использовать емкости от 1 мкФ до 1 пФ.

Конденсаторы.

Существуют такие конфигурации проводников, при которых электрическое поле оказывается сосредоточенным (локализованным) лишь в некоторой области пространства. Такие системы называются конденсаторами, а проводники, составляющие конденсатор, называются обкладками

Основной характеристикой конденсатора является его емкость. В отличие от емкости уединенного проводника под емкостью конденсатора понимают отношение заряда конденсатора к разности потенциалов между обкладками

, (3.2)

где под зарядом имеют виду заряд, который расположен на положительной обкладке конденсатора.

Емкость конденсатора зависит от его геометрии (размеров и формы обкладок), от зазора между ними и от заполняющего между обкладками пространство вещества.

Емкость плоского конденсатора.

Простейший конденсатор – система из двух плоских проводящих пластин, расположенных параллельно друг другу на малом по сравнению с размерами пластин расстоянии и разделенных слоем диэлектрика. Такой конденсатор называется плоским. Электрическое поле плоского конденсатора в основном локализовано между пластинами; однако, вблизи краев пластин и в окружающем пространстве также возникает сравнительно слабое электрическое поле, которое называют полем рассеяния. В целом ряде задач можно приближенно пренебрегать полем рассеяния и полагать, что электрическое поле плоского конденсатора целиком сосредоточено между его обкладками.

Если заряд конденсатора , то напряженность поля между его обкладками , где , – площадь каждой пластины. Следовательно, напряжение между обкладками

,

где — зазор конденсатора.

После подстановки этого выражения в получаем

.

Можем видеть, что емкость плоского конденсатора прямо пропорциональна площади обкладок и обратно пропорциональна расстоянию между ними. Поэтому при большой поверхности обкладок и при тонком слое изоляторе между ними емкость конденсатора очень велика, на нем можно накопить («сгустить») значительные заряды даже при небольшом напряжение. Отсюда происходит и название «конденсатор» (от латинского слова «конденсо» – сгущаю).

Емкость сферического конденсатора.

Пусть радиусы внутренней и внешней обкладок конденсатора равны соответственно и . Если заряд сферического конденсатора , то его емкость

.

Емкость цилиндрического конденсатора равна

,

где – длина конденсатора, и – радиусы внутренней и наружной цилиндрической обкладок.

Самый старинный тип конденсатора – «лейденская банка». Это название происходит от города Лейдена (Голландия), где впервые был построен в середине 18 века конденсатор такого типа. Он представляет собой стеклянную банку, оклеенную внутри и снаружи станиолем (станиоль – тонко раскатанный лист олова, «станум» – олово по-латински). Соединение с внутренней обкладкой осуществляется металлическим стержнем, укрепленным внутри банки. Для того чтобы зарядить лейденскую банку, ее держат в руке за внешнюю обкладку (этим осуществляется соединение с Землей) и прикасаются стержнем к какому-либо заряженному телу (например, к одному из полюсов электрической машины). Емкость лейденской банки средних размеров составляет около 1/1000 мкф.

Конденсаторы могут соединяться между собой, образуя батареи конденсаторов. При параллельном соединении двух конденсаторов напряжения на конденсаторах одинаковы: , а заряды равны и . Такую систему можно рассматривать как единый конденсатор электроемкости , заряженный зарядом при напряжении между обкладками равном . Отсюда следует

или

Таким образом, при параллельном соединении электроемкости складываются.

При последовательном соединении двух конденсаторов одинаковыми оказываются заряды обоих конденсаторов: , а напряжения на них равны и . Такую систему можно рассматривать как единый конденсатор, заряженный зарядом при напряжении между обкладками . Следовательно, или

При последовательном соединении конденсаторов складываются обратные величины емкостей.

Диэлектрики.

Диэлектриками (или изоляторами) называют вещества, практически непроводящие электрического тока. В диэлектриках, в отличие от проводников, нет свободных зарядов, способных перемещаться, создавая ток.

При внесении даже нейтрального диэлектрика во внешнее электрическое поле обнаруживаются существенные изменения как в поле, так и в самом диэлектрике.

Чтобы понять, почему это происходит, надо прежде всего учесть, что диэлектрики состоят либо из нейтральных молекул, либо из заряженных ионов, находящихся в узлах кристаллической решетки (ионные кристаллы, например, типа NаС1)

Сами же молекулы могут быть полярными и неполярными. У полярных молекул центр «тяжести» отрицательного заряда сдвинут относительно центра тяжести положительных зарядов, в результате чего они обладают собственным дипольным моментом. Дипольным моментом обладает, например, молекула воды, а также молекулы ряда других диэлектриков (H₂S, NO₂ и т. д.). Неполярные молекулы собственным дипольным моментом не обладают, у них центры тяжести «+» и «-» зарядов совпадают. Примером неполярной молекулы может служить молекула метана CH₄.

Поляризация.

Под действием внешнего электрического поля происходит поляризация диэлектрика.

При отсутствии внешнего электрического поля оси диполей в полярных диэлектриках ориентированы хаотично из-за теплового движения, так что на поверхности диэлектрика и в любом элементе объема электрический заряд в среднем равен нулю

При внесении диэлектрика во внешнее поле возникает частичная ориентация диполей. В результате на поверхности диэлектрика появляются нескомпенсированные заряды, создающие поле, направленное навстречу внешнему полю.

Если диэлектрик состоит из неполярных молекул, то в пределах каждой молекулы происходит смещение зарядов – положительных по полю, а отрицательных против поля. В результате каждая молекула превращается в электрический диполь, ось которого направлена вдоль внешнего поля. На поверхности диэлектрика появляются нескомпенсированные заряды, создающие свое поле, направленное навстречу внешнему полю

В результате поляризации на поверхности диэлектрика, а также и в его объеме появляются нескомпенсированные заряды. Нескомпенсированные заряды, появляющиеся в результате поляризации диэлектрика, называют поляризационными или связанными. Последним термином хотят подчеркнуть, что свобода перемещения таких зарядов ограничена. Они могут смещаться лишь внутри электрически нейтральных молекул. Связанные заряды отмечают штрихом, например, , и .

Заряды, которые не входят в состав диэлектрика, называют сторонними. Эти заряды могут находится как внутри, так и вне диэлектрика.

Полем в диэлектрике называется величина, являющейся суперпозицией поля сторонних зарядов и поля связанных зарядов: .

Электростатическая защита

Электростатическая защита объектов (например, приборов) от влияния внешних электростати­чес­ких полей основана на том, что заря­ды располагаются на поверхности, а полость в замкнутом проводнике не заряжена (экранирована от внеш­него поля). Для электростатической защи­ты можно использовать не сплошной проводник, а метал­лическую сетку, которую заземляют, т.е. соединяют с нулевым потенциалом Земли.

Электроемкость заряженного проводника. Конденсаторы

Электроемкостью заряженного проводника называется скалярная физическая величина С, характеризующая способность проводника накапливать заряды и численно равная заряду, изменяющему потенциал проводника на один Вольт.

, 1 Фарад = 1 Кулон / 1 Вольт . (3)

Так как заряды в проводнике располагаются только на поверхности, то электроемкость не зависит от материала проводника, его агрегатного состояния, но зависит от формы и размеров.

Фарад – большая единица. Например, используя потенциал проводящей поверхностно заряженной сферы и формулу (3), получим

_,

_{что в 1400 раз больше радиуса Земли. Электроемкость Земли — 711 мкФ.}

Единицы измерения в технике:

1 мФ = 10 -3 Ф; 1 мкФ = 10 -6 Ф; 1 нФ = 10 -9 Ф; 1 пФ = 10 -12 Ф.

Конденсатором называется система из двух изолированных друг от друга проводников. Эти проводники обычно называют пластинами, хотя они могут иметь любую форму. Емкостью конденсатора называется величина:.

Плоский конденсатор

; ;

,(4)

Параллельное соединение конденсаторов

и, следовательно, емкость всей системы:

. (5)

Ёмкость группы параллельно соединенных конденсаторов равна сумме емкостей отдельных конденсаторов. При С₁ = С₂ = С₃ = 1 С₀ = 3.

Последовательное соединение конденсаторов

,

.

.(6)

При С₁ = С₂ = С₃ = 1 С₀ = 1/3, т.е. ёмкость группы последовательно соединенных конденсаторов всегда меньше емкости каждого из этих конденсаторов в отдельности.

Характеристики электрического тока: сила тока, вектор плотности тока. Законы Ома и Джоуля — Ленца в дифференциальной форме

Электрическим током называется любое упорядоченное движение заряженных частиц, например, электронов в металлах.

За направление тока принято считать движение положительных зарядов. В металле положительные заряды, являющиеся ядрами атомов, связаны в кристаллической решетке и перемещаться не могут. Внешние (валентные) электроны не связаны с определенными атомами и могут свободно перемещаться по проводнику. Эти электроны называются свободными или электронами проводимости.

Для существования тока необходимо два условия:

наличие свободных носителей заряда;

наличие электрического поля.

Различают два вида тока

ток проводимости;

конвекционный ток.

Силой тока I называется скалярная физическая величина, характеризующая перенос зарядов по проводнику и численно равная заряду, переносимому через поперечное сечение проводника в единицу времени.

, при I = const (постоянный ток) . (1)

1 Ампер — это сила тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и малой площади сечения, расположенными в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга, вызывает на участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия 210 7 Н.

Плотностью тока называется векторная физическая величина, характеризующая направление тока в проводнике и его распределение по сечению проводника, численно равная силе тока, приходящейся на единицу площадки, ориентированной перпендикулярно напра­вл­ению тока.

(2)

. При . (3)

— закон Ома в дифференциальной форме . (4)

 — удельная электропроводность;  — удельное электросопротивление.

Плотность тока j в каждой точке внутри проводника равна произведению удельной электропроводности проводника на напряженность электрического поля в этой точке.

— закон Джоуля — Ленца в дифференциальной форме . (5)

Удельная тепловая мощность тока в проводнике равна произведению его удельной электропроводности на напряженность электрического поля в квадрате.

На чём основывается принцип действия электростатической защиты? Ответ поясните рисунком.

Пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь для публикации ответа на этот вопрос.

решение вопроса

Связанных вопросов не найдено

Обучайтесь и развивайтесь всесторонне вместе с нами, делитесь знаниями и накопленным опытом, расширяйте границы знаний и ваших умений.

• Все категории
• экономические 43,679
• гуманитарные 33,657
• юридические 17,917
• школьный раздел 612,713
• разное 16,911

Популярное на сайте:

Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.

Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.

Как быстро и эффективно исправить почерк? Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.

Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.

• Обратная связь
• Правила сайта

Электростатическая защита

Электростатическая защита — помещение приборов, чувствительных к электрическому полю, внутрь замкнутой проводящей оболочки для экранирования от внешнего электрического поля.

Это явление связано с тем, что на поверхности проводника (заряженного или незаряженного), помещённого во внешнее электрическое поле, заряды перераспределяются так (явление электростатической индукции), что создаваемое ими внутри проводника поле полностью компенсирует внешнее.

• Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное.
• Добавить иллюстрации.
• Проставить интервики в рамках проекта Интервики.

• Электричество

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое «Электростатическая защита» в других словарях:

• электростатическая защита — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN electrostatic protection … Справочник технического переводчика
• электростатическая защита — elektrostatinė apsauga statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. electrostatic protection vok. elektrostatischer Schutz, m rus. электростатическая защита, f pranc. protection électrostatique, f … Fizikos terminų žodynas
• электростатическая радиационная защита экипажа космического аппарата в космическом полете — электростатическая защита Активная радиационная защита экипажа космического аппарата в космическом полете, создающая электрическое поле в вакуумном промежутке между высоковольтными электродами. [ГОСТ 25645.201 83] Тематики безопасность… … Справочник технического переводчика
• Электростатическая радиационная защита экипажа космического аппарата — 34. Электростатическая радиационная защита экипажа космического аппарата в космическом полете Электростатическая защита Активная радиационная защита экипажа космического аппарата в космическом полете, создающая электрическое поле в вакуумном… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
• Электростатическая индукция — Эксперимент с электроскопом показывающий возникновение индуцированного заряда … Википедия
• Электростатическая искробезопасность (лакокрасочного материала) — – состояние лакокрасочного материала, при котором исключена возможность возникновения пожара или взрыва от разрядов статического электричества. [ГОСТ Р 52362 2005] Рубрика термина: Прочие, краски Рубрики энциклопедии: Абразивное… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
• Электростатическая искроопасность производства — (лакокрасочного материала) – возможность возникновения опасных искровых разрядов статического электричества при перемешивании и перемещении по трубопроводам сырья для производства лакокрасочного материала и самого лакокрасочного материала.… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
• ГОСТ 25645.201-83: Безопасность радиационная экипажа космического аппарата в космическом полете. Термины и определения — Терминология ГОСТ 25645.201 83: Безопасность радиационная экипажа космического аппарата в космическом полете. Термины и определения оригинал документа: 33. Активная радиационная защита экипажа космического аппарата в космическом полете Активная… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
• 1: — Терминология 1: : dw Номер дня недели. «1» соответствует понедельнику Определения термина из разных документов: dw DUT Разность между московским и всемирным координированным временем, выраженная целым количеством часов Определения термина из… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
• Индуцированный заряд — Эксперимент с электроскопом показывающий возникновение индуцированного заряда. Генератор высокого напряжения на базе эффекта электростатической индукции. Электростатическая индукция явление наведения собственного электростатического поля, при… … Википедия

• Обратная связь: Техподдержка, Реклама на сайте

• �� Путешествия

Экспорт словарей на сайты, сделанные на PHP,
WordPress, MODx.

• Пометить текст и поделитьсяИскать в этом же словареИскать синонимы
• Искать во всех словарях
• Искать в переводах
• Искать в ИнтернетеИскать в этой же категории