CC BY
40УДК 620.9
Ланге Ф.Д.
Смоленский филиал Национальный исследовательский университет «МЭИ» (г. Смоленск, Россия)
Поляков А.А.
Смоленский филиал Национальный исследовательский университет «МЭИ» (г. Смоленск, Россия)
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ НА РАЗЛИЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ТАКИЕ КАК ПРОВОДНИКИ И ДИЭЛЕКТРИКИ
Аннотация: в работе рассмотрены влияние электрического поля на проводники и диэлектрики. Особенности свойств проводников и диэлектриков под действием на них электрического поля. Сделаны выводы по работе.
Ключевые слова: электрическое поле, проводники, диэлектрики, влияние электрического поля.
Влияние электрического поля на проводники и диэлектрики является одной из важнейших тем в электротехнике. Рассмотрим, как электрическое поле влияет на различные материалы, такие как проводники и диэлектрики.
Проводники - это материалы, которые хорошо проводят электрический ток. При воздействии электрического поля, проводники могут изменять свои свойства, такие как сопротивление, проводимость и индуктивность. Например, при увеличении напряженности электрического поля в проводнике, его сопротивление может уменьшаться, что приводит к увеличению проводимости.
Это явление называется эффектом Холла. Кроме того, проводники также могут изменять свою форму и размер под действием электрического поля.
Диэлектрики - это материалы, которые плохо проводят электрический ток и являются изоляторами. При воздействии электрического поля на диэлектрик, он может изменять свои электрические свойства, например, емкость и диэлектрическую проницаемость. Это явление называется электрическим смещением. Кроме того, диэлектрики также могут изменять свои физические свойства под действием электрического поля, например, изменять свою температуру или форму.
При помещении проводника в электрическое поле он начинает испытывать действие сил со стороны электрического поля. Это приводит к тому, что проводник начинает перемещаться в направлении действия силы. Этот эффект называется действием электромагнитной силы на проводник.
Чтобы понять, как проводник реагирует на электрическое поле, рассмотрим несколько примеров.
Пример 1. Проводник в однородном электрическом поле.
Пусть проводник находится в однородном электрическом поле с напряженностью E. Тогда на проводник действует сила, равная F = qE, где q -заряд проводника.
Если проводник имеет форму тонкого стержня длиной l и площадью поперечного сечения S, то сила, действующая на него, будет равна:
F = qESsina,
где a - угол между направлением электрического поля и направлением, в котором перемещается проводник.
Так как угол a мал, то sin a ~ a. Тогда сила, действующая на проводник, будет: F ~ qESa.
Из закона Ньютона можно записать: qESa = mg,
где m - масса проводника.
Отсюда получаем: ma = qS.
Таким образом, масса проводника пропорциональна заряду, а коэффициент пропорциональности равен qS. Следовательно, проводник будет перемещаться под действием силы, пропорциональной его заряду и площади поперечного сечения.
Пример 2. Проводник в неоднородном электрическом поле
Пусть проводник движется под действием неоднородного электрического поля. Тогда на него будет действовать сила, пропорциональная заряду проводника и напряженности электрического поля:
Б = к^Е,
где к - коэффициент пропорциональности.
Для определения коэффициента к необходимо рассмотреть случай, когда проводник движется по направлению силовых линий электрического поля. В этом случае сила, действующая на проводник со стороны поля, равна:
Б' = к^Е',
где F' - сила, действующая со стороны поля на единицу длины проводника, q - заряд на единицу длины проводника.
Тогда коэффициент пропорциональности к' равен: к' = Б'^Е'.
Следовательно, для нахождения коэффициента к нужно знать значения F и q, а также напряженность электрического поля Е.
Кроме того, проводник может быть помещен в электрическое поле не только перпендикулярно, но и параллельно силовым линиям. В этом случае на проводник будут действовать две силы: сила, параллельная силовым линиям, и сила, перпендикулярная силовым линиям.
Сила, параллельная силовым линиям, пропорциональна заряду проводника:
Сила, перпендикулярная силовым линиям^' = к^Е'.
Диэлектрики - это материалы, плохо проводящие электрический ток (например, воздух, стекло, керамика). При помещении диэлектрика в
электрическое поле, он начинает изменять свои электрические и физические свойства.
Диэлектрики широко используются в различных сферах, таких как:
• Электроника и электротехника - для создания конденсаторов, катушек индуктивности, трансформаторов и других компонентов электронных устройств.
• Энергетика - для изготовления изоляторов и диэлектрических материалов в электрических сетях.
• Медицина - для производства медицинских приборов, таких как кардиостимуляторы, дефибрилляторы.
• Авиация и космонавтика - для создания изоляционных материалов в электронике и электрооборудовании космических кораблей и самолетов.
• Бытовая техника - для производства бытовой техники, такой как микроволновые печи, холодильники и стиральные машины.
• Производство - для изготовления кабелей, проводов и других материалов, используемых в производстве.
Когда диэлектрик находится в однородном поле, на него действует сила со стороны поля. Эта сила может привести к изменению формы диэлектрика или его ориентации в пространстве.
Также диэлектрики могут изменять свою диэлектрическую проницаемость в зависимости от напряженности электрического поля. Диэлектрическая проницаемость - это мера способности материала проводить электрический ток. Чем выше диэлектрическая проницаемость, тем лучше материал проводит электрический ток.
В заключение, можно сказать, что влияние электрического поля на проводники и диэлектрики представляет собой сложную и интересную тему, которая продолжает привлекать внимание ученых и инженеров по всему миру, она играет важную роль в различных областях техники, таких как электроника, электротехника и энергетика. Знание этих явлений помогает создавать более
эффективные устройства, системы и технологии, что является важным аспектом развития науки и технологии, что способствует развитию науки и повышению надежности работы техники в целом.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Проводники и диэлектрики в электрическом поле. Учеб. пособие : Для студентов всех фак. и направлений / под ред. Шахов А.А., Мамыкин А.И., Павловская М.В., 1999 г.
2. Физика диэлектриков. Учеб. пособие для ВУЗов, под ред. Поплавко Ю.М., 1980 г.
3. Электрическое поле - Википедия [Электронный ресурс]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/ (дата обращения: 26.05.23).
Lange F.D.
National Research University "MEI" (Smolensk, Russia)
Polyakov A.A.
National Research University "MEI" (Smolensk, Russia)
INVESTIGATION OF EFFECT OF ELECTRIC FIELD ON VARIOUS MATERIALS, SUCH AS CONDUCTORS & DIELECTRICS
Abstract: the paper considers the effect of an electric field on conductors and dielectrics. Features of the properties of conductors and dielectrics under the action of an electric field on them. Conclusions on the work are made.
Keywords: electric field, conductors, dielectrics, influence of electric field.
