електрическо поле

1. Концепцията на електрическото поле. Характеристиките на мощност и енергия на електрическото поле

Електрическото поле - този вид материя се оформя около заредените тела, чрез които те си взаимодействат един с друг.

Силата на взаимодействието на две обвинения точка се определя от закона на Кулон: F = к · q1 q2 · / R2. В този случай, ако заредените тела имат една и съща такса, те отблъскват и противоположно - привлечени. Натоварени тялото си взаимодействат един с друг чрез своите електрически полета.

Има следните характеристики на електрическото поле:

1. Характеристиките на енергия - електрическа сила на полето - сила, която действа върху единица разходи поставя в даден електрическо поле: E = F / Q. Измерено в [V / m]

Ако определен момент заряд Q образува електрическо поле, интензивността на полето в точката на разстояние г от таксата се изчислява с помощта на формулата: E = Q / (4πε0εr2) където Q- зареждане образуване това електрическо поле; ε0 = 8, 84 * 10-12 F / m електрически постоянен; ε- електрически пропускливост на средата, в която се образува областта; R - разстояние от точката на зареждане до точка, при която се изследва интензивност.

За посоката на напрежението, като посоката на силата, действаща на положителен заряд.

Големината на интензитета на електрическото поле е графично изобразени като захранващи линии - линиите тангенциална посока, към която във всяка точка съвпадат с посоката на електрическото поле. Колкото повече линии - толкова по-голямо напрежение.

2. характеристика на енергия на електрическото поле - потенциал.

Във всяка точка на електрическото поле е направено до полето за заплащане действа определена сила. При преместване такса в електрическо поле работа, за да се извърши. Във всяка точка на потенциала на електричното поле ще се характеризира.

Потенциалът на поле в даден момент - това е потенциалната енергия на електрическото поле в този момент на единица поставя в точката на зареждане: φ = Wp / Q [B] потенциал поле характеризира възможно работата, която прави електрическо поле или която се извършва на електрическото поле, докато се движи тази такса до точка с различен потенциал: δφ = а / р.

Тъй като операцията ще се извършва само, когато се движат заряд между точките като неравноправни потенциали, тя има физически смисъл само потенциалната разлика или напрежение между две точки на електричното поле. Ето защо, когато се използва за "капацитет" термин означава потенциалната разлика между този момент, чийто потенциал се измерва, и една безкрайно отдалечена точка в пространството, чийто потенциал може да се приема, че е 0. В този случай, потенциалът в дадена точка на полето, създадено от точка заряд Q един, е равна на: φ = Q / (4πε0εγ) и. Ако потенциала създадена от голям брой обвинения, а след това φ = Σφ.

Само потенциалната разлика може да се измерва с волтметър. Смята се, че електрическото поле - отрицателен градиент на потенциал.

2. Ефект на електрическото поле на веществото

Действието на електрическото поле за различни вещества по различен начин, в зависимост от тяхната вътрешна структура. С това действие на всички вещества се разделят на:

- електрически проводници

- изолатори или диелектрици.

Проводници се характеризират с това, че в него от електрическото поле, образуван от електрически ток - насочено движение на заредени частици. Това се дължи на факта, че има свободни заряди в проводниците. Има един вид на проводници (метали, когато са налице свободни електрони) и 2 вид (електролитни разтвори, в които свободни разходи са положително заредени йони - катиони и отрицателно заредени йони - аниони).

Полупроводници при обикновена температура имат малко свободно такси. Освен това, когато електроните в полупроводници стават безплатни, на тяхно място се образува дупка - излишък на положителен заряд. Ето защо, таксата превозвачи в полупроводници са електрони и дупки.

Диелектрици няма свободни носители на зареждане, така че да не се случва на електрическото поле на електрически ток през тях, но явление, наречено диелектрична поляризация - придобиване на диелектрик полюсите посредством разделяне на положителните и отрицателните заряди на електрическото поле. Поляризация съществува в 3 версии: ориентация, електрони и йони.

Тези разлики са добре описани от теорията лента на твърди вещества, или квантовата теория на енергийния спектър на електроните в кристала. Според теорията на кристала, и там са забранени енергия банда разрешен за електроните. Долната лента е изцяло запълнена с електрони. Физични свойства на кристалите определят горните зони, съдържащи електрони. Ако между горната част и следващата зона е позволено тясна забранена лента (обхват на енергия е малка), а след това вещество е диригент, а ако голям забранена лента - диелектрик.

3. Електрически ток

Основната характеристика на електрически ток е настоящ интензивност - размерът на такса пресича напречно сечение за единица време. ICP = δq / АТ или моментната ток. I = DQ / DT. Текущ мерна единица е ампер (A). 1 ампер - ампераж, когато един кулон заряд преминал през напречното сечение на една секунда. Често се използва милиампера (MA). 1 = 0 mA, 001 А. Обикновено, за изпращане на електрически ток в проводника получаване на посоката на движение на положителните заряди.

Друг количество, което е характерно за електрически ток, плътност на тока - текущата интензивност на единица площ на проводника. Измерено в ампери на квадратен метър: J = I / S.

- DC - електрически ток, чиито параметри (сила и посока) не се променя с течение на времето. Източниците са генератори за постоянен ток, които поддържат постоянна потенциална разлика от другата страна на проводника свършва.

- Променлив ток - електрически ток, чиито параметри се променя с течение на времето според задължително или косинус. Електрическият ток преминава към електрическата потребителя е синусоида с честота 50 Hz: I = Imax · COS (ωt + φ0).

Основният закон, който съдържа описание на директното електрическия ток е закона на Ом: силата на тока в проводник е право пропорционално на потенциалната разлика между краищата му, или на електрическия напрежение (U): I = U / R.

Големината на R се нарича електрическо съпротивление. Устойчивостта е собственост на проводници се предотврати преминаването през нея на електрически ток, при което електрическата енергия се превръща в топлинна енергия. Съпротивлението възниква поради сблъсъка на заредени частици (носители) от вътрешните структури на проводника - атомите и молекулите. Единицата за резистентност е ома. Реципрочната стойност на съпротивлението на електрическа проводимост се нарича (D).

В продължение на много вещества, устойчивостта е постоянен, независимо от силата на тока. резистентност проводник е функция на неговия размер, форма, структура и температура. Големината на проводник съпротивление: R = ρ (1 / S) (5)

където L - дължина на проводника, S - площ на напречното сечение на проводника. Постоянно директно пропорционалност се нарича съпротивление ρ [ома · т]. Това зависи само от свойства на веществото и температурата. Реципрочната стойност на съпротивление е проводимост (γ) [ома-1 М-1].

Въз основа на проводимост характеризира вещества имот за провеждане на електрически ток. Добри настоящите проводници имат висока проводимост. Изолатори или диелектрици имат ниска проводимост. Полупроводници имат междинно проводимост. Използване на проводимостта като характеристика на веществото, може да бъде представена чрез закона на Ом в друга форма: J = уЕ.

От формула следва, че плътността на тока в проводника е пряко пропорционална на електрическото поле (Е) за генериране на този ток, и електрическата проводимост на проводник материал (γ).

Проводимост на електролити и биологични тъкани

Плътността на тока в електролитния разтвор се определя от електрически заряд на положителни и отрицателни йони, техните концентрации и скорости в електрическото поле: J = р + п + о + + р-п-V.

Ако се приеме, че концентрацията и количеството на електрически заряд на положителни и отрицателни йони са равни, J = QN (V + + V -) (8)

скорост V на йоните е пропорционална на електрическо поле Е и U зависи от мобилността на йони, които на свой ред е функция от размера, степента на хидратация на йони, вискозитет разтворител:

След J = QN (U + + U-) · E (10).

Този израз е закона на Ом за електролитни разтвори.

Въпреки, че съпротивлението на биологична тъкан до постоянно електрически ток е голям, и на проводимостта на биологичната тъкан близо до диелектрици, за обяснение на разликите в електропроводимостта на различни тъкани, те се считат за два проводника вид, в който носители за зареждане са йони.

Биологични тъкани не се различават значително в техния йонния състав, но се различават по отношение на йон движение. Ето защо, хетерогенна тъкан по отношение на техните електрически свойства. клетъчната мембрана предотвратява движението на йони. Тяхната електрическо съпротивление е по-голям. Кръв, лимфа, цереброспинална течност се характеризира с ниско съпротивление на електрически ток. Вътрешни органи, съдържащи много вода (мускули, черен дроб, бъбреци и т.н.), също имат относително ниско съпротивление. Но съпротивата на тъкани като кожа и кости, е много висока. Постоянният електрически ток не прониква през суха кожа. Той се разпространява в човешкото тяло, главно по съдовете на кръвта и лимфната и чрез мускулите.

Причината за високо съпротивление на биологична тъкан до постоянно електрически ток - наличието на статичен капацитет поради изолационните свойства на мембраните и поляризация явления, срещащи се в клетки, които водят до контра електродвижеща сила, която пречи на преминаването на ток през тъканта. Освен това, настоящата сила при ниски стойности не преминават през тъканта поради влиянието на електродвижещата сила, и като цяло - има разпадане (разрушаване) на клетъчните структури, така че съпротивлението капки, но допълнителни проучвания са безсмислени.

Поляризация - отделяне на положителните и отрицателните заряди. мнозина вярват, че явлението поляризация, поради наличието на полупропускливи мембрани. Под влиянието на електричното поле йони започват да се движат, но не могат да проникнат през мембраната, в резултат на вътрешната повърхност на мембраната се появява отделяне заплащане. Вътре в клетката се образува поле поляризация. Веднага след като тя компенсира външните интензитет на поле йони, които се движат спирки. Съответно, върху външната страна на мембраната се концентрира противоположно заредени частици.

Други, третиране на клетките като пластове диелектрик поляризация явление се счита за резултат на хетерогенността на клетъчните елементи на електрическата проводимост, и се свързва с поляризация дипол молекули (ориентация на диполи по линиите на полето).

Постоянен ток се използва в медицинската практика, да приложат два метода - поцинковане и йонофореза.

Поцинковане - метод терапия на базата на прилагане на постоянен електрически ток. Методът е името на италиански лекар и учен Luigi Галвани - създателя на изследването на електрическите токове, генерирани от биологични тъкани.

метод галванопластика се състои в пропускане на постоянен ток чрез специфичната област на тялото. Напрежението трябва да бъде не повече от 50-80 волта. Съгласно електроди, изработени от метален уплътнител поставя мокра фланела. Големината на тока може да варира от няколко милиампера до 50 милиампера. Въпреки това, плътността на тока не трябва да превишава 0, 1 милиампера на квадратен сантиметър. Токът не трябва да се притеснява за пациента.

Неорганични йони и водните йони се движат под въздействието на електрическо поле. Подвижността на органични йони е значително по-малък от неорганичен йон. Най-големите промени в поцинковане срещат в клетъчните мембрани. Те се състоят в извършване на електрохимичните процеси, които променят поляризация на мембраната и да повлияе на пропускливостта на мембраната и величината на потенциала на трансмембранен. Тези процеси стимулират рецептори индуцират различни физиологични отговори и промени в метаболизма. Галваника се използва предимно за лечение на системни заболявания на нервната система.

Поцинковане обикновено придружен от йонофореза. При този метод, постоянен електрически ток се използва за въвеждане на лекарства в телесните тъкани за терапевтични цели. Голям брой лекарства са способни на дисоцииране в положителни и отрицателни йони във водни разтвори. Сред такива лекарства: сол, антибиотици, местни анестетици, алкалоиди, и много други. На електрическото поле ги кара да се движи: положителни йони (катиони) към отрицателния електрод (катод) и обратно. Под влиянието на лекарствата на електрическо поле може да бъде поет през здрава кожа. Основните пътища на йони проникващи през кожата, са канали на потните жлези. Повечето от йони проникват през междуклетъчното пространство, по-малко - в клетката. Лекарствата се концентрират предимно в кожата и подкожната тъкан и образуват депо. Местната концентрацията на лекарството в депо може да бъде относително висок. От там, лекарството се абсорбира бавно в кръвния поток, което помага да се удължи терапевтичния ефект.

Променлив ток. импеданс

Електрическа верига включва AC основните електрически компоненти като резистори, кондензатори и индуктори. Техните специфични свойства - устойчивост, капацитет и индуктивност.

Капацитет. Ако два проводника (метални плочи), разделени от изолация в центъра, те са в състояние да се натрупват определено количество електрически заряд. Количество, равно на съотношението на общия заряд натрупани върху плочите, потенциална разлика между плочите се нарича капацитет (измерена в Farads (F): C = Q / U (13).

Индуктивност. индуктивност L В е свързан с наличието на магнитното поле около проводник или бобината, чрез които електрически ток. Променливото магнитно поле генерира EMF (електродвижеща сила) на самостоятелно индуктивност, който предотвратява промяна на тока в проводника:

ε = - L · дл / DT (14), където ε - електродвижеща сила, дл / DT - моментната скорост на текущата промяна, L - индуктивност, който зависи от геометрията на верига и магнитни свойства на проводник материал и средата. Индукция се измерва в Хенри (Н).

Реактанс (или съпротивление). Ние, споменати по-рано, че електрическата верига е резистентност имот предотврати преминаването през нея на електрически ток и че електрическата енергия, като по този начин се превръща в топлина. Реактанс - променлива мярка за устойчивостта на електрически ток. Реактанс свързан с капацитет и индуктивност на някои части на веригата. Той не се включи електрическата енергия в топлинна енергия. Реактанс присъства в допълнение към устойчивост, когато тече през проводник с променлив ток. Когато постоянен електрически ток, протичащ във веригата, той се подлага само активна съпротива, но не и съпротивление. Реактанс е от два вида: индуктивен и капацитивен.

XC на капацитивен съпротивление е взаимно ъглово продукт (циклична) честотата на тока и капацитет на частите на веригата: XC = 1 / (ω · С) (15).

В индуктивен реактивно съпротивление XL е равна на произведението на ъгловото честотата на АС за индуктивност на проводника: XL = ωL (16).

Доказано е, че индуктивен реактивно съпротивление води до промяна на напрежението в електрическата верига пред текущите промени с една четвърт период (π / 2). Това може да се обясни с самопричинена едн предотвратява натрупването на ток във веригата.

И обратно, капацитивен реактивно съпротивление води до промяна на напрежението във веригата зад текущите промени с една четвърт цикъл (π / 2). Фиг. 3 илюстрира този феномен.

Следователно, общото съпротивление X представлява разлика на индуктивен и капацитивен съпротивление: X = XL - XC.

За да обобщим общото съпротивление и реактивно съпротивление, което не позволява преминаването на променливия ток в електрическата верига, ние получаваме стойност, която се нарича импеданс Z - импеданс: