Что такое разность потенциалов

Разность потенциалов и работа заряда

Когда носитель электрического заряда оказывается в электростатическом поле, на него неизбежно начинает действовать кулоновская сила.

Это приводит к тому, что носитель заряда начинает перемещаться в пространстве, если, конечно, кулоновские силы не скомпенсированы другими, противодействующими силами.

Рассмотрим случай, когда в электрическом поле оказался пробный зарядq совершенно свободный от действия других сил. Как только этот заряд окажется в зоне действия силовых линий электрического поля, то на него будет действовать сила в соответствии с Законом Кулона.

Как известно, механическая сила является векторной величиной, а значит имеет и величину, и направление. Носитель заряда в электрическом поле начнет менять свое энергетическое состояние. Как это проявляется? Одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются.

Наш заряд в зависимости от знака начнет сближаться с противоположным ему знаком заряда, которое и образует электрическое поле. Легче всего это увидеть, посмотрев на силовые линии напряженности поля.

Согласно правилам они имеют направление от заряда +Q к заряду -Q, иначе говоря выходят из положительных зарядов (источника) и заходят в отрицательные заряды (источника).

Направление силы действия на пробный заряд q определить очень легко, если он положительный, то сила будет направлена по силовым линиям поля, а если отрицательный, то против силовых линий. Траектория движения будет зависеть от начальной скорости заряда, ее величины и направления. Действующая сила будет ускорять заряд, то есть его скорость по величине и направлению будет меняться в сторону действия кулоновской силы.

Движение заряда q в электрическом поле

На рисунке изображена примерная траектория движения заряда +q, имеющего некоторую начальную скорость V0. Если бы заряд имел противоположный знак, то траектория движения была бы зеркально отражена от оси X, и заряд бы двигался в сторону пластины (+). По оси Y можно изобразить шкалу потенциала, которая так же будет иметь полярность.

Спрашивается.

Что это за шкала и как определить где больший, а где меньший потенциал? Учитывая, что по определению и по действующим правилам силовые линии выходят из зарядов (+) и уходят в бесконечность, где потенциал равен нулю, то максимальный положительный потенциал будет в начале силовых линий от источника, а максимальный отрицательный потенциал там, где линии заходят в источник поля.

Наш заряд +q, изображенный на рисунке выше будет двигаться от большего потенциала к меньшему, тем самым уменьшая потенциальную энергию поля, а точнее, преобразуя ее в кинетическую энергию. Если же в нашем случае был заряд -q, то для него потенциалы поменяли бы знак, арифметически, за счет умножения на -1, он всё также бы двигался в сторону уменьшения энергии поля.

Разность потенциалов — энергетическая характеристика

Любой заряд при своем движении в электрическом поле имеет начальную позицию, точку в пространстве поля, которая характеризуется потенциалом φначальное, и конечную точку, которая также имеет свой потенциал φконечное. Разность между двумя этими величинами потенциалов называется Δφ — разность потенциалов, а иначе еще называют электрическим напряжением поля.

Следует различать электрическое напряжение поля в электростатическом потенциальном поле, где нет вихрей, и падение электрического напряжения в электротехнических цепях, а также напряжение, которое является ЭДС (электродвижущая сила).

Для того, чтобы не было путаницы, обычно для электрического поля употребляют выражение «разность потенциалов», для электрических цепей — «падение напряжения», а для источников тока — «ЭДС источника». Когда отсутствует понимание различия таких определений, становится трудно разобраться в сути сложных явлений в мире электротехники, электроники и автоматики.

Что же роднит все эти три такие похожие, но всё-таки различные понятия? Прежде всего общее здесь то, что все три характеризуют энергетическое состояние. Но далее, при ответе на вопрос «Энергетическое состояние чего?», идут различия.

Разность потенциалов характеризует энергетику электрического потенциального поля, падение напряжения — для участка электрической цепи, а ЭДС источника — это энергетическая характеристика устройства создающего электрический ток. Общность при ответе на вопрос: «Что это?», а различия при ответе на вопрос «Где?». Всё познается в сравнении, поэтому необходимо отлично ориентироваться во всех трёх вышеуказанных понятиях.

Имеем некоторый путь пройденный зарядом q от точки A до точки B, от начального потенциала, к конечному, а разница между ними и есть разность потенциалов. О чем это нам говорит? Если Δφ=φA-φB (разность потенциалов), тогда чтобы узнать какую работу, которую совершил заряд проделавший путь, нам надо Δφ умножить на величину заряда q, причем надо учесть знак заряда.

Полученное значение является работой, которую совершает заряд при перемещении. Иначе говоря, потенциальная энергия поля преобразуется в кинетическую энергию заряда, а так как заряд, в случае движения в сторону противоположного ему знака уменьшает напряженность поля, то потенциальная энергия поля уменьшится.

В случае, если некоторые не кулоновские силы воздействуют на заряд и тем самым переместят его в сторону поля, где знак такой же как у заряда, то работа будет совершена с противоположным знаком, точнее сказать она будет затрачена извне и общее энергетическое состояние поля увеличится.

В одном случае потенциальная энергия поля уменьшается, за счет того, что часть этой энергии переходит в кинетическую, а в другом случае, если действуют на заряд внешние механические силы против кулоновских сил — потенциальная энергия возрастает из внешнего источника.

В первом случае заряд движется в сторону уменьшения своего энергетического состояния, а во втором случае он движется в сторону увеличения своего энергетического состояния. Соответственно работа совершатся может либо с положительным знаком, либо с отрицательным.

Энергия электрического поля

Предположим, что имеется некоторый объем пространства, которое «наполнено» электрическим полем, то есть есть источник поля и благодаря дальнодействию мы говорим, что это пространство наполнено полем.

Разумеется, что в виде вещества нет никаких силовых линий поля, это воображаемые в уме представления, но в этой области пространства любой заряд будет реагировать проявлением кулоновской силы.

Можно ли как-то характеризовать этот объем пространства энергетически? Так как электрическое поле является потенциальным, то можно говорить о его потенциальной энергии.

Предположим, что вышеозначенный объем пространства — это объем V внутри плоского конденсатора, а на обкладках конденсатора имеется заряд Q. Разность потенциалов между обкладками равна Δφ, тогда мы сможем вычислить потенциальную энергию электрического поля по следующей формуле:

Эта формула действительна при условии, что объем является физическим вакуумом, то есть там нет никаких физических частиц. Если же пространство объемом V будет заполнено веществом, тогда необходимо ε0 (диэлектрическая постоянная) умножить на ε — диэлектрическая проницаемость среды (вещества), которым заполнен объем V.

Формула тогда имеет вид:

Пример приведен только для энергии поля плоского конденсатора, это всего лишь один случай из многих, но он дает возможность увидеть важные значимые соотношения.

Например, из формулы можно узнать, что один литр объема (10-3 м3) при напряжении (разности потенциалов) в 107 Вольт способен запасти лишь незначительное количество энергии, всего лишь 0,44 Джоулей.

Это значение для вакуума, но есть такие вещества, которые имеют диэлектрическую проницаемость во много раз больше единицы. Для воды это значение равно 81, а для титаната бария может доходить до 10000. Соответственно во столько же раз увеличивается запасенная энергия.

Дата: 10.05.2015

Valentin Grigoryev (Валентин Григорьев)

Источник: http://electricity-automation.com/page/raznost-potentsialov-i-rabota

III. Основы электродинамики

Рассмотрим ситуацию: заряд q0 попадает в электростатическое поле. Это электростатическое поле тоже создается каким-то заряженным телом или системой тел, но нас это не интересует. На заряд q0 со стороны поля действует сила, которая может совершать работу и перемещать этот заряд в поле.

Работа электростатического поля не зависит от траектории. Работа поля при перемещении заряда по замкнутой траектории равна нулю. По этой причине силы электростатического поля называются консервативными, а само поле называется потенциальным.

Потенциал

Система «заряд — электростатическое поле» или «заряд — заряд» обладает потенциальной энергией, подобно тому, как система «гравитационное поле — тело» обладает потенциальной энергией.

Физическая скалярная величина, характеризующая энергетическое состояние поля называется потенциалом данной точки поля. В поле помещается заряд q, он обладает потенциальной энергией W. Потенциал — это характеристика электростатического поля.

Вспомним потенциальную энергию в механике. Потенциальная энергия равна нулю, когда тело находится на земле. А когда тело поднимают на некоторую высоту, то говорят, что тело обладает потенциальной энергией.

Касательно потенциальной энергии в электричестве, то здесь нет нулевого уровня потенциальной энергии. Его выбирают произвольно. Поэтому потенциал является относительной физической величиной.

В механике тела стремятся занять положение с наименьшей потенциальной энергией. В электричестве же под действием сил поля положительно заряженное тело стремится переместится из точки с более высоким потенциалом в точку с более низким потенциалом, а отрицательно заряженное тело — наоборот.

Потенциальная энергия поля — это работа, которую выполняет электростатическая сила при перемещении заряда из данной точки поля в точку с нулевым потенциалом.

Рассмотрим частный случай, когда электростатическое поле создается электрическим зарядом Q. Для исследования потенциала такого поля нет необходимости в него вносить заряд q. Можно высчитать потенциал любой точки такого поля, находящейся на расстоянии r от заряда Q.

Диэлектрическая проницаемость среды имеет известное значение (табличное), характеризует среду, в которой существует поле. Для воздуха она равна единице.

Разность потенциалов

Работа поля по перемещению заряда из одной точки в другую, называется разностью потенциалов

Эту формулу можно представить в ином виде

Эквипотенциальная поверхность (линия) — поверхность равного потенциала. Работа по перемещению заряда вдоль эквипотенциальной поверхности равна нулю.

Напряжение

Разность потенциалов называют еще электрическим напряжением при условии, что сторонние силы не действуют или их действием можно пренебречь.

Напряжение между двумя точками в однородном электрическом поле, расположенными по одной линии напряженности, равно произведению модуля вектора напряженности поля на расстояние между этими точками.

От величины напряжения зависит ток в цепи и энергия заряженной частицы.

Принцип суперпозиции

Потенциал поля, созданного несколькими зарядами, равен алгебраической (с учетом знака потенциала) сумме потенциалов полей каждого поля в отдельности

Как определить знак потенциала

При решении задач возникает много путаницы при определении знака потенциала, разности потенциалов, работы.

На рисунке изображены линии напряженности. В какой точке поля потенциал больше?

Верный ответ — точка 1. Вспомним, что линии напряженности начинаются на положительном заряде, а значит положительный заряд находится слева, следовательно максимальным потенциалом обладает крайняя левая точка.

Если происходит исследование поля, которое создается отрицательным зарядом, то потенциал поля вблизи заряда имеет отрицательное значение, в этом легко убедиться, если в формулу подставить заряд со знаком «минус». Чем дальше от отрицательного заряда, тем потенциал поля больше.

Если происходит перемещение положительного заряда вдоль линий напряженности, то разность потенциалов и работа являются положительными. Если вдоль линий напряженности происходит перемещение отрицательного заряда, то разность потенциалов имеет знак «+», работа имеет знак «-«.

Порассуждайте самостоятельно отрицательные или положительные значения будут принимать работа и разность потенциалов, если заряд перемещать в обратном направлении относительно линий напряженности.

Зависимость напряженности и потенциала от расстояния

Потенциал поля, созданного равномерно заряженной сферой радиусом R и зарядом q на расстоянии r от центра сферы, равен

Напряжение в природе

Напряжение в клетках сетчатки глаза при попадания в них света около 0,01 В. Напряжение в телефонных сетях может достигать 60 В.

Электрический угорь способен создавать напряжение до 650 В.

Энергия взаимодействия зарядов*

Из определения потенциала следует, что потенциальная энергия электростатического взаимодействия двух зарядов q1 и q2, находящихся на расстоянии r друг от друга, численно равна работе, которая совершается при перемещении точечного заряда q2 из бесконечности в данную точку поля, созданного зарядом q1

Аналогично Тогда энергия взаимодействия двух точечных зарядов

Энергия взаимодействия n зарядов

Источник: http://fizmat.by/kursy/jelektrichestvo/potencial

Контактные явления, контактная разность потенциалов

Факт существования твердых тел говорит о том, что существуют силы, которые удерживают, находящиеся в постоянном движении электроны внутри тела. Для того чтобы из тела извлечь электрон, следует затратить работу. Допустим, что твердое тело находится внутри адиабатической оболочки при постоянной температуре T.

В результате теплового движения и перераспределения электронов по скоростям внутри тела кинетической энергии некоторых электронов будет достаточно для преодоления сил, которые удерживают их внутри тела. Из-за этого у поверхности тела возникает «газ» из электронов. Некоторые электроны приближаются к поверхности тела и захватываются внутрь тела.

В состоянии термодинамического равновесия среднее количество электронов, покидающих тело, равно среднему числу электронов возвращающихся. Этот «электронный газ» не вырожден, его плотность может быть записана в виде распределения Больцмана:

где $n_0$ — концентрация электронов у поверхности тела, C — зависит только от температуры, $A_Ф$ —работа выхода. Работа выхода связана с энергией $\mu $ уровня Ферми соотношением:

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

где $E_0$ — энергия покоящегося электрона вне проводника в вакууме. То есть $A_Ф$ равна работе по перемещению электрона с уровня $\mu $ за пределы твердого тела. Для металлов это утверждение буквально, для диэлектриков несколько условно, так как в них на уровне Ферми нет электронов.

Силы, которые удерживают электроны в твёрдых телах, имеют электрическое происхождение. Они вызваны разностью потенциалов между точками вне тела и внутренними точками. Силы, которые стремятся втянуть электроны внутрь тела тем больше, чем больше работа выхода $A_Ф.$ Они действуют в очень тонком слое (порядка молекулярных размеров $d\approx {10}{-10}м$). Эффективная напряженность электрического поля ($E_{ef}$), которое вызывает появление этих сил порядка:

где работа выхода принята равной нескольким электрон- вольтам. Работу выхода электронов из металла часто выражают в электрон — вольтах. Это внесистемная единица $1эB=1,602\cdot {10}{-19}Дж.$

Контактные явления

Если сблизить поверхности двух тел так близко, что слои их электронного газа перекроются, то тела станут обмениваться электронами. Силы, которые увлекают электрон в тело будут больше у того тела у которого работа выхода больше. После того как сблизили тела с их поверхностей начнется переход электронов от вещества с меньшей работой выхода к веществу с большей работой.

Как результат первое тело будет заряжаться положительно, второе отрицательно. Возникающее между телами электрическое поле будет препятствовать движению электронов в результате которого, оно появилось. В состоянии равновесия напряженность поля достигает такого значения, что переход электронов прекращается. Поверхности имеют одинаковые по величине, но противоположные по знаку заряды.

Между поверхностями устанавливается некоторая разность потенциалов, которая называется контактной.

Появление контактной разности потенциалов было открыто Вольтой в 1797 г. у металлов. Он расположил металлы в ряд, заметил, что если металлы в определенной им последовательности привести в контакт, то при этом каждый предыдущий металл получит более высокий потенциал, чем следующий.

Причем, если несколько металлов одинаковой температуры, привести в контакт, то разность потенциалов между крайними металлами не зависит от того, какими промежуточными металлами они разделяются (закон последовательных контактов Вольты). Если крайние металлы замкнуть в кольцо, то ЭДС в кольце будет равна нулю. Иначе был бы нарушен закон сохранения энергии.

Данное положение не применяется, если в цепи есть электролиты, и могут течь химические реакции.

Контактная разность потенциалов

Для того чтобы объяснить существование контактной разности потенциалов можно использовать модель свободных электронов. Если T=0K, то все уровни энергии до границы Ферми ($\mu $) будет заполнены электронами.

где $n\ $— концентрация электронов проводимости.

Допустим, что мы привели в контакт два металла (1) и (2) с энергиями Ферми равными соответственно ${\mu }_1\ \[{\mu }_1+q_e{\varphi }_{i1}=м_2+q_eц_{i2}\left(4\right).\]

Следовательно,

Так как $q_e{\varphi }_{i1}$.

Этот результат справедлив и при $Te 0.$ В формуле (5) считают, что точка 1 лежит внутри металла (1), а точка 2 внутри второго металла. Это отмечено индексом $i$. Разность потенциалов ${\varphi }_{i2}-{\varphi }_{i1}$ называют внутренней контактной разностью потенциалов. Из формулы (5) следует, что внутренняя контактная разность потенциалов удовлетворяет закону последовательных контактов Вольты. Используя формулу (3), получим:

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/kontaktnye_yavleniya_kontaktnaya_raznost_potencialov/

Что такое разность потенциалов

Во многих случаях для того, чтобы правильно уяснить суть вопроса, касающегося электротехники, необходимо точно знать, что такое разность потенциалов.

Определение разности потенциалов

Общее понятие состоит в электрическом напряжении, образованном между двумя точками, и представляющем собой работу электрического поля, которую необходимо совершить для перемещения из одной точки в другую положительного единичного заряда.

Таким образом, в равномерном и бесконечном электрическом поле положительный заряд под воздействием этого поля будет перемещен на бесконечное расстояние в направлении, одинаковым с электрическим полем.

Потенциал конкретной точки поля представляет собой работу, производимую электрическим полем при перемещении из этой точки положительного заряда в точку, удаленную бесконечно.

При перемещении заряда в обратном направлении, внешними силами производится работа, направленная на преодоление электрической силы поля.

Разность потенциалов на практике

Разность потенциалов, существующая в двух различных точках поля, получила понятие напряжения, измеряемого в вольтах. В однородном электрическом поле очень хорошо просматривается зависимость между электрическим напряжением и напряженностью электрического поля.

Точки с одинаковым потенциалом, расположенные вокруг заряженной поверхности проводника, полностью зависят от формы этой поверхности. При этом разность потенциалов для отдельных точек, лежащих на одной и той же поверхности имеет нулевое значение. Такая поверхность проводника, где каждая точка обладает одинаковым потенциалом носит название эквипотенциальной поверхности.

Когда происходит приближение к заряженному телу, происходит быстрое увеличение потенциала, а расположение эквипотенциальных поверхностей становится более тесным относительно друг друга. При удалении от заряженных тел, расположение эквипотенциальных поверхностей становится более редким. Расположение электрических силовых линий всегда перпендикулярно с эквипотенциальной поверхностью в каждой точке.

В заряженном проводнике все точки на его поверхности обладают одинаковым потенциалом. То же значение имеется и во внутренних точках проводника.

Проводники, имеющие различные потенциалы, соединенные между собой с помощью металлической проволоки. На ее концах появляется напряжение или разность потенциалов, поэтому вдоль всей проволоки наблюдается действие электрического поля. Свободные электроны начинают двигаться в направлении увеличения потенциала, что вызывает появление электрического тока.

Падение потенциала вдоль проводника

Источник: https://electric-220.ru/news/chto_takoe_raznost_potencialov/2014-01-05-482

Запирающая разность потенциалов

Приотрицательном напряжении фотоэлектроны попадают в тормозящееэлектрическое поле, преодолеть котороеон может, лишь имея достаточный запаскинетической энергии. Фотоэлектроны смалой кинетической энергией не могутпопасть на анод и не дают вклада вфототок. Такие электроны возвращаютсяна катод. Плавный спад фототока в областиотрицательных напряжений вплоть донуля при некотором напряжении

указываетна то, чтовылетающие из катода фотоэлектроныимеют разную кинетическую энергию винтервале от нуля до некоторой максимальнойэнергии ,при этом

, (2)

Тоесть, в режиме торможения фотоэлектроновпри разности потенциалов их максимальная кинетическая энергиярасходуется на работу против силэлектрического поля. Такие электроны,подходя близко к аноду, останавливаютсяи далее, ускоряясь, возвращаются накатод. Величинуназываютзапирающейразностью потенциалов.

Вэкспериментах обнаружено, что иимеют одно и то же значение при любой

интенсивностисвета частоты (рис.1). На рис.2,апредставлены три экспериментальныезависимости фототока Iот напряжения Vдлятрех различных частот световых колебанийпри одинаковой интенсивности J.Видно, что запирающая разность потенциаловзависит от частоты. Эта зависимостьизображена на рис.2,бдля двух фотокатодов из разного материала.

1 2

0

a) б)

Рис.2.a)- Зависимостьфототока от напряжения при освещениисветом разных частот,

б)– Зависимость максимальной кинетическойэнергии фотоэлектронов от частоты

иматериала катода.

Экспериментальнаязависимость от частоты подчиняется уравнению,где

-ещё неизвестная константа.

Для каждого веществакатода существует своя граничная частота,такая, излучение счастотойфотоэффекта не вызывает.Граничная частота называется частотой «красной» границыфотоэффекта, ей соответствуетдлинаволны «красной» (длинноволновой)границы.Эмиссию электронов из данного металлавызывает только излучение с длинойволны .

Временная задержка фотоэлектронной эмиссии

Вслучае фотоэлектронной эмиссии

независимоот интенсивности падающего света

вплотьдо величины порядка

времянарастания тока с момента облучения 0 t,с

доустановившегося значения составляет

неболее (рис.3).I

4J1

2J1

J1

0 t,с

Рис.3.Временная задержка вылета электронов

посленачала освещения фотокатода

Противоречия закономерностей фотоэлектронной эмиссии с классическим представлением о природе света

Классическаяволновая теория рассматривает излучениекак электромагнитные волны.

Поглощениесвета – непрерывный процесс передачиэнергии, в результате металл нагревается.Количество переданной энергии припоглощении определяется интенсивностьюпадающего света ,где- плотность энергии световой волны,- амплитуда электрического поля волны.

Таблица1.

Ожидаемый классический результат	Эксперимент
При большей интенсивности электроны поглощают больше энергии и после выхода из металла должны иметь большее значение кинетической энергии.Передача энергии электронам определяется квадратом амплитуды электрического поля световой волны, а не частотой. Фотоэффект должен наблюдаться при всех частотах.	1. От интенсивности зависит только число вылетающих электронов в единицу времени , которое определяет величину тока насыщения2. не зависит от интенсивности, азависит только от частоты падающего света.3. Существует граничная частота . При частотах, фотоэффект не наблюдается при любых интенсивностях.
В поглощении света малой интенсивности участвуют все электроны приповерхностного слоя металла, и требуется довольно продолжительное время для того, чтобы какой-то электрон преодолел поверхностный потенциальный барьер. Такой процесс при малой температуре металла маловероятен.	1. Время задержки эмиссии электронов не зависит от интенсивности.2. Если , фотоэффект наблюдается при любой, даже самой слабой, интенсивности.

Пристоль явном противоречии приходитсяпересматривать представления на природуэлектромагнитного излучения. Существуетдва способа передачи энергии: либопосредством волн, либо посредствомчастиц. Экспериментальные факты пофотоэффекту склоняют к корпускулярномумеханизму передачи световой энергии.

Источник: https://studfile.net/preview/4436878/page:2/

Разность потенциалов

В однородном магнитном поле (\(B = 0,1\) Тл) равномерно с частотой \(B = 0,1\) с-1 вращается стержень длиной \(L = 50\) см так, что плоскость его вращения перпендикулярна линиям напряженности, а ось вращения проходит через один из его концов.

Как определить разность потенциалов на концах стержня

В однородном магнитном поле с индукцией \(B = 0,5\) Тл вращается с частотой \(n = 10\) с-1 стержень длиной \(L = 20\) см. Ось вращения параллельна линиям индук­ции и проходит через один из концов стержня перпендикулярно его оси.

Как определить отношение масс ионов

Два иона разных масс с одинаковыми зарядами влетели в однородное магнитное поле, стали двигаться по окружностям радиусами \({R_1} = 3\) см и \({R_2} = 1,73\) см. Определить отношение масс ионов, если они прошли одинаковую ускоряющую разность потенциалов.

Как определить относительную атомную массу иона

Однозарядный ион натрия прошел ускоряющую разность потенциалов \(U = 1\) кВ и влетел перпендикулярно линиям магнитной индукции в однородное поле (\(B = 0,5\) Тл). Определить относительную атомную массу \(A\) иона, если он описал окружность радиусом \(R = 4,37\) см.

Как определить радиус винтовой линии

Электрон прошел ускоряющую разность потенциалов \(U = 800\) В и, влетев в однородное магнитное поле \(B = 47\) мТл, стал двигаться по винтовой линии с шагом \(h = 6\) см. Определить радиус \(R\) винтовой линии.

Как определить магнитную индукцию поля

Альфа-частица прошла ускоряющую разность потенциалов \(U = 300\) В и, попав в однородное магнитное поле, стала двигаться по винтовой линии радиусом \(R = 1\) см и шагом \(h = 4\) см. Определить магнитную индукцию \(B\) поля.

Как определить отношение заряда частицы к ее массе

Заряженная частица прошла ускоряющую разность потенциалов \(U = 100\) В и, влетев в однородное магнитное поле (\(B = 0,1\) Тл), стала двигаться по винтовой линии с шагом \(h = 6,5\) см и радиусом \(R = 1\) см. Определить отношение заряда частицы к ее массе.

Как определить ускоряющую разность потенциалов

Альфа-частица, пройдя ускоряющую разность потенциалов \(U\), стала двигаться в однородном магнитном поле (\(B = 50\) мТл) по винтовой линии с шагом \(h = 5\) см и радиусом \(R = 1\) см. Определить ускоряющую разность потенциалов, которую прошла альфа-частица.

Как определить отношение заряда иона к его массе

Ион, пройдя ускоряющую разность потенциалов \(U = 645\) В, влетел в скрещенные под прямым углом однородные магнитное (\(B = 1,5\) мТл) и электрическое (\(E = 200\) В/м) поля. Определить отношение заряда иона к его массе, если ион в этих полях движется прямолинейно.

Как определить напряженность электрического поля если

Электрон, пройдя ускоряющую разность потенциалов \(U = 1,2\) кВ, попал в скрещенные под прямым углом однородные магнитное и электрическое поля. Определить напряженность \(E\) электрического поля, если магнитная индукция \(B\) поля равна 6 мТл.

Определить магнитную индукцию поля если траектория иона

Однозарядный ион лития массой \(m = 7\) а. е. м. прошел ускоряющую разность потенциалов \(U = 300\) В и влетел в скрещенные под прямым углом однородные магнитное и электрическое поля. Определить магнитную индукцию \(B\) поля, если траектория иона в скрещенных полях прямолинейна.

Как определить разность потенциалов если протон

Протон прошел некоторую ускоряющую разность потенциалов \(U\) и влетел в скрещенные под прямым углом однородные поля: магнитное (\(B = 5\) мТл) и электрическое (\(E = 20\) кВ/м). Определить разность потенциалов \(U\), если протон в скрещенных полях движется прямолинейно.

Как найти поверхностную плотность заряда на пластинах

Электрон, пройдя в плоском конденсаторе путь от одной пластины до другой, приобрел скорость \(V = {105}\) м/с. Расстояние меж­ду пластинами \(d = 8\) мм. Найти: 1) разность потенциалов \(U\) между пластинами; 2) поверхностную плотность заряда \(\sigma \) на пластинах.

Какова кинетическая энергия пылинки

Пылинка массой \(m = 5\) нг, несущая на себе \(N = 10\) электронов, прошла в вакууме ускоряющую разность потенциалов \(U = 1\) MB. Какова кинетическая энергия \(T\) пылинки? Какую скорость \(v\) приобрела пылинка?

Как определить напряженность поля и падение потенциала

Пространство между пластинами плоского конденсатора за­полнено двумя слоями диэлектриков: слоем стекла толщиной \({d_1} = 0,2\) см и слоем парафина толщиной \({d_2} = 0,3\) см. Разность потенциалов между обкладками \(U = 300\) В.

Как определить разность потенциалов между плоскостями

Две параллельные заряженные плоскости, по­верхностные плотности заряда которых \({\sigma _1} = 2\) мкКл/м2 и \({\sigma _2} = — 0,8\) мкКл/м2, находятся на расстоянии \(d = 0,6\) см друг от друга. Определить разность потенциа­лов \(U\) между плоскостями.

Как определить разность потенциалов двух точек поля

Поле образовано точечным диполем с электрическим момен­том \(P = 200\) пКл∙м. Определить разность потенциалов \(U\) двух точек поля, расположенных симметрично относительно диполя на его оси на расстоянии \(R = 40\) см от центра диполя.

Как определить разность потенциалов U двух точек поля

Электрическое поле образовано бесконечно длинной нитью, заряженной с линейной плотностью \(\tau = 20\) пКл/м. Определить раз­ность потенциалов \(U\) двух точек поля, отстоящих от нити на рас­стоянии \({R_1} = 8\) см и \({R_2} = 12\) см.

Источник: https://zzapomni.com/opredelenie/raznost-potencialov

Коробка уравнивания потенциалов — подробно и доходчиво

В наших квартирах и домах, производственных помещениях и офисах, где мы работаем, полным-полно металлических корпусов и конструкций, во время одновременного прикосновения к которым человек может попасть в зону разности потенциалов.

Чтобы такого не произошло потенциалы надо уравнять. Как это сделать практически? Соединить все имеющиеся в здании токопроводящие элементы. Такая система уравнивания потенциалов (СУП) создаёт безопасную для человека среду.

Одним из элементов СУП является коробка уравнивания потенциалов (КУП).

Об этих СУП и КУП поговорим более подробно, но сначала рассмотрим на практических примерах, что представляет собой разность потенциалов в обычных квартирах и откуда она появляется.

Причины

Все мы учили физику и помним, что потенциал сам по себе опасности абсолютно никакой не представляет. Опасаться надо разности потенциалов.

В квартирах разность потенциалов у труб и бытовых электроприборов может возникнуть вследствие следующих обстоятельств:

1. Повредилась изоляция провода, и происходит утечка тока.
2. В системе заземления возникли блуждающие токи.
3. Схема подключения электрического оборудования выполнена неправильно.
4. Проявляется статическое электричество.
5. Электрические приборы неисправны.

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:

Виды

Для того чтобы уравнивать потенциалы существует две системы, о каждой из них мы поговорим более подробно.

Уравнивание основное

Главной считается основная система уравнивания потенциалов, в сокращённом виде она называется ОСУП. По сути, эта система представляет собою контур, объединяющий несколько элементов:

• наиболее важный – главную заземляющую шину (ГЗШ), именно на ней соединяются все остальные элементы;
• всю металлическую арматуру многоэтажного жилого дома;
• молниезащиту здания;
• отопительную систему;
• детали и элементы лифтового хозяйства;
• короба вентиляции;
• металлические трубы водоснабжения и отвода воды.

Каждое здание имеет вводное распределительное устройство (ВРУ), в нём устанавливают главную заземляющую шину (ГЗШ). Она подключается на контур заземления при помощи стальной полосы.

Раньше не нужно было беспокоиться, все металлические элементы объединялись, и не возникало предпосылок для разных потенциалов. Если и появлялся какой-то потенциал на трубе, по пути наименьшего сопротивления он спокойно уходил в землю (мы ведь помним, что металл – это отличный токопроводник).

Сейчас ситуация изменилась, многие жильцы во время ремонтных работ в квартирах меняют металлические водопроводные трубы на полипропиленовые либо пластиковые.

За счёт этого общая цепочка разрывается, батареи и полотенцесушители остаются без защиты, потому что пластик не обладает проводящей способностью и не связан с заземляющей шиной. Представьте, что у вас остались металлические трубы, а сосед снизу всё поменял на пластик.

При появлении потенциала на ваших трубах ему некуда уходить, путь в землю прерван пластиковыми трубами соседа. Таким образом и происходит возникновение разности потенциалов.

Есть у основной системы небольшая проблема. В многоэтажных зданиях коммуникационные пути очень протяжённые, за счёт этого увеличивается сопротивление проводящего элемента. В величине потенциала на трубах первого и последнего этажей будет ощутимая разница, а это уже представляет собой опасность. Поэтому создаётся дополнительная система уравнивания потенциалов, она монтируется на каждую квартиру индивидуально.

Дополнительное уравнивание

Дополнительная система уравнивания потенциалов (сокращённое название ДСУП), монтируется в санузлах, в ней объединяются такие элементы:

• металлический корпус душевой кабинки или ванная;
• вентиляционная система, когда её выход в ванную выполнен коробом металлическим;
• полотенцесушитель;
• канализация;
• металлические трубы водопровода, отопления и газового хозяйства.

А вот тут уже понадобится коробка уравнивания потенциалов. К каждому из вышеперечисленных объектов подсоединяется отдельный провод (одножильный, материал исполнения – медь), его второй конец выводят и подсоединяют в КУП.

Выполнение монтажа

КУП различается в зависимости от того, как конструктивно выполнено здание и куда будет монтироваться сама коробка:

• в сплошную стену;
• в полую стену;
• на стенную поверхность (открытый способ установки).

Представляет собой корпус, выполненный из пластика, внутри которого располагается главный элемент – заземляющая шина. Она изготавливается из меди и имеет сечение не менее 10 мм2.

К этой шине через имеющиеся на ней разъемы подсоединяются медные провода от объектов водопроводной, отопительной и газовой систем; от находящихся в помещении электроприборов, а также от розеток и осветительных приборов, установленных в ванной комнате.

Подключение проводов к перечисленным элементам происходит за счёт болтовых соединений либо хомутов. Иногда используют специальные контактные лепестки, в этом случае металлическая связь между защищаемым элементом и проводом буде особенно прочной. Чтобы система уравнивания потенциалов в опасных ситуациях работала, нужен надёжный контакт. Поэтому место на трубах, где будет устанавливаться хомут, нужно зачищать до металлического блеска.

Внутренняя шина отдельным медным проводом, называемым защитным РЕ-проводником, соединяется с вводным квартирным щитком, а уже через него подключается непосредственно к ГЗШ. Сечение РЕ-проводника должно быть не менее 6 мм2. Важное условие, если вы решите проложить этот провод в полу, он не должен пересекаться с другими кабелями.

Такая коробка является как бы промежуточным звеном между всеми заземляющимися элементами и вводным щитком. Очень удобно, что от каждого элемента достаточно протянуть проводок только на КУП, а не к общему квартирному щиту.

Когда разводка выполнена пластиковыми трубами, в КУП подсоединяются провода от водопроводных кранов и смесителей.

Перед тем, как монтировать СУП, необходимо узнать, как в доме выполнено заземление. Если по системе TN-C (когда в один провод совмещаются защитный проводник РЕ и рабочий ноль N), выполнять уравнивание нельзя. Это вызовет опасность для других соседей, если у них такой системы нет.

Требования

При монтаже КУПа необходимо придерживаться некоторых требований и правил:

1. Её монтаж в ванных комнатах и санузлах обязателен. Во-первых, в этих помещениях расположено много металлических корпусов и поверхностей. Во-вторых, здесь имеется немалое количество электрических приборов. В-третьих, в этих комнатах всегда высокая влажность.
2. Устанавливается коробка в том месте, где проходят сантехнические стояки.
3. Обязательно подключение всего электрического оборудования, к которому имеется открытый доступ (это, прежде всего, корпуса водонагревательных бойлеров, стиральных машин), а также сторонних проводящих элементов.
4. Доступ к КУП должен быть свободным.
5. Установка КУП запрещена, когда в доме заземление смонтировано без заземляющего проводника (методом зануления).
6. ДСУП запрещается подключать шлейфом.
7. ДСУП по всей длине, начиная от КУП в санузле и до самого вводного щитка, нельзя разрывать. Запрещается монтировать в этой цепи любые коммутационные аппараты.

Напоследок хотелось бы сказать, не путайте понятия уравнивание и выравнивание разных потенциалов. Уравнять – значит соединить проводящие элементы электрически, чтобы сделать их потенциалы равными. А выровнять – это снизить разность потенциалов на полу или поверхности земли (шаговое напряжение).

Если в электричестве у вас опыта маловато, то не беритесь сами за такую работу, доверьте её профессионалам. Кроме всего прочего, специалист по окончании монтажных работ должен ещё померить сопротивление заземления, и проверить наличие цепи между заземляющими элементами.

Источник: https://yaelectrik.ru/elektroprovodka/korobka-uravnivaniya-potentsialov

Потенциал – что такое?

> Теория > Потенциал – что такое?

• 1 Разность потенциалов
• 2 Потенциометры
• 3

Понятие «потенциал» широко используется в физике для характеристики различных полей и сил. Наиболее известны такие применения:

• Электромагнитный – характеристика электромагнитного поля;
• Гравитационный – характеристика полей гравитации;
• Механический – определение сил;
• Термодинамический – мера внутренней энергии тел термодинамической системы;
• Химический;
• Электродный.

В свою очередь, электромагнитный делится на два понятия:

• Электростатический (скалярный), как характеристика электрического поля;
• Векторный, характеризующий магнитное поле.

Напряженность изменяющегося электрического поля находится через электрический потенциал, в то время как статичное поле характеризуется электростатическим.

Потенциометры

Напряжение источников питания, в особенности автономных, таких как аккумуляторы, химические источники, солнечные и тепловые батареи, является постоянным и не поддается регулировке.

Для получения меньших значений используются, в простейшем случае, потенциометрические делители напряжения с использованием трехвыводного переменного резистора (потенциометра).

Как работает потенциометр? Переменный резистор представляет собой резистивный элемент с двумя выводами, по которому может перемещаться контактный ползунок с третьим выводом.

Переменный резистор может включаться двумя способами:

• Реостатным;
• Потенциометром.

В первом случае у переменного резистора используются два вывода: один – основной, другой – с ползунка. Перемещая ползунок по телу резистора, изменяют сопротивление. Включив реостат в цепь электрического тока последовательно с источником напряжения, можно регулировать ток в цепи.

Включение потенциометром требует использования всех трех выводов. Основные выводы подключаются параллельно источнику питания, а пониженное напряжение снимается с ползунка и одного из выводов.

Принцип действия потенциометра заключается в следующем. Через резистор, подключенный к источнику питания, проходит ток, который создает падение напряжения между ползунком и крайними выводами. Чем меньше сопротивление между ползунком и выводом, тем меньше напряжение. Данная схема имеет недостаток, она сильно нагружает источник питания, поскольку для корректной и точной регулировки требуется, чтобы сопротивление переменного резистора было в несколько раз меньше сопротивления нагрузки.

Потенциометрическое включение

Обратите внимание! Название «потенциометр» в данном случае не совсем корректно, поскольку из названия следует, что это устройство для измерения, но так как по принципу действия оно схоже с современным переменным резистором, то это название за ним прочно закрепилось, особенно в любительской среде.

Многие понятия в физике схожи и могут служить примером друг другу. Это справедливо и для такого понятия, как потенциал, который может быть как механической величиной, так и электрической. Сам по себе потенциал измерить невозможно, поэтому речь идет о разности, когда один из двух зарядов принимается за точку отсчета – нуль или заземление, как принято в электротехнике.

Источник: https://elquanta.ru/teoriya/potencial-chto-takoe.html