Содержание

Нулевой защитный проводник – Справочник химика 21

    Нулевой защитный проводник [c.8]

    Защитное зануление — это преднамеренное соединение всех металлических частей электроустановок с глухозаземленной нулевой точкой (нейтралью) вторичной обмотки силового трансформатора. Такое соединение выполняется зануляющим проводником или нулевым защитным проводником. Защитное зануление применяется в сетях с глухозаземленной нейтралью для автоматического отключения поврежденного участка” сети в возможно короткое время. [c.153]


    В качестве нулевых защитных проводников должны быть, в первую очередь, использованы нулевые рабочие проводники. В качестве заземленных и нулевых защитных проводников могут быть использованы  [c.45]

    Зануление — преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под [c.

45]

    Занг/ле е — преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Недопустимый термин Защитное зануление. [c.176]

    Нулевой защитный проводник — проводник, соединяющий зануляемые части с глухозаземленной нейтральной точкой обмотки источника тока или его эквивалентом. [c.176]

    Требования к магистралям заземления (зануления) заземляющим (нулевым) защитным проводникам, способам их прокладки, соединений и присоединений являются одинаковыми для системы защитного заземления и зануления (см. гл. 4). [c.36]

    Основной защитной мерой является преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. При таком электрическом соединении, если оно надежно выполнено, всякое замыкание на корпус превращается в однофазное короткое замыкание (т.

е. замыкание между фазами и нулевым проводом). При этом возникает ток такой силы, при которой обеспечивается срабатывание защиты (предохранителя или автомата) и автоматическое отключение поврежденной установки от питающей сети. [c.43]

    Магистралью зануления называется нулевой защитный проводник с двумя или более ответвлениями. [c.43]

    В качестве нулевых рабочих проводников рекомендуется применять проводники с изоляцией, равноценной изоляции фазных проводников. Такая изоляция обязательна как для нулевых рабочих, так и для нулевых защитных проводников в тех местах, где применение неизолированных проводников может привести к образованию электрических пар и повреждению изоляции фазных проводников в результате искрения между неизолированным нулевым проводником и оболочкой или конструкцией (например, при прокладке проводов в трубах, коробах, лотках). Если в качестве нулевых рабочих и нулевых защитных проводников применяют кожухи и опорные конструкции комплектных шинопроводов и шины комплектных распределительных устройств (щитов, распределительных пунктов, сборок и т.

п.), а также алюминиевые или свинцовые оболочки кабелей, то изоляция равноценная излучению фазных проводников не требуется. [c.44]

    Использование металлических оболочек трубчатых проводов, несущих тросов при тросовой электропроводке, металлических оболочек изоляционных трубок, металлических рукавов, а также брони и свинцовых оболочек проводов и кабелей в качестве заземляющих или нулевых защитных проводников запрещается. [c.45]

    Использование нулевых защитных проводников линий для зануления электрооборудования, питающегося по другим линиям, не разрешается. 

[c.45]


    При прокладке проводов в трубах допускается применять нулевые защитные проводники сечением I мм , если фазные проводники имеют такое же сечение. [c.46]

    Заземляющие и нулевые защитные проводники в электроустановках до 1000 В должны иметь размеры не менее приведенных в табл. 8. Кроме того, в качестве заземляющих проводников могут быть использованы стальные конструкции (табл. 9). [c.46]

    В наружных установках заземляющие и нулевые защитные проводники допускается прокладывать в земле, в полу или по краю площадок, фундаментов технологических установок и т. п. [c.46]

    Использование неизолированных алюминиевых проводников для прокладки в земле в качестве заземляющих или нулевых защитных проводников не допускается. 

[c.46]

    В электроустановках до 1 кВ с заземленной нейт/ралью нулевые защитные проводники рекомендуется прокладывать совместно или в непосредственной близости с фазными. [c.46]

    Во влажных, сырых и особо сырых помещениях и в помещениях с агрессивной средой заземляющие и нулевые защитные проводники прокладывают на расстоянии от стен не менее 10 мм, при этом они должны быть предохранены от химических воздействий. В местах перекрещивания проводников с кабелями, трубопроводами, железнодорожными путями, их ввода в здание, а также, где возможны механические повреждения, проводники должны быть защищены.[c.46]

    Прокладка заземляющих и нулевых защитных проводников в местах прохода через стены и перекрытия выполняется, как правило, с их непосредственной заделкой. В этих местах проводники не должны иметь соединений и ответвлений. 

[c.46]

    В цепи заземляющих и нулевых защитных проводников установка разъединяющих приспособлений и предохранителей [c.46]

    Соединения заземляющих и нулевых защитных проводников между собой должны обеспечивать надежный контакт и выполняться посредством сварки. [c.47]

    Допускается в помещениях и в наружных установках без агрессивных сред соединять заземляющие и нулевые защитные проводники другими способами, обеспечивающими требования ГОСТ 10434-82 Соединения контактные электрические, общие технические требования ко II классу соединений. При этом должны быть предусмотрены меры против ослабления и коррозии контактных соединений. [c.47]

    Соединения заземляющих и нулевых защитных проводников должны быть доступны для осмотра, проводимого с целью определения целости и непрерывности заземляющей проводки, состояния ее соединений и т.

д. Требования о доступности для осмотра не относятся к нулевым жилам и металлическим оболочкам кабелей, трубопроводам скрытой электропроводки, к находящимся в земле металлоконструкциям, а также к проводникам заземления, проложенным в трубах. [c.47]

    Стальные трубы электропроводок, короба, лотки и другие конструкции, используемые в качестве заземляющих или нулевых защитных проводников, должны иметь соединеиия, соответствующие ГОСТ 10434-82, предъявляемым ко II классу соединений. Должен быть также обеспечен надежный контакт стальных труб с корпусом электрооборудования, в которые вводятся трубы и с соединительными (ответвительными) металлическими коробками. [c.47]

    Сопротивление цепи фаза — нулевой защитный проводник [c.65]

    Присоединение заземляющих и нулевых защитных проводников к частям оборудования, подлежащим заземлению или занулению, должно быть выполнено сваркой или болтовым соединением. 

[c.48]

    Заземление или зануление оборудования, подвергающегося частому демонтажу или установленному на движущихся частях либо частях, подверженных сотрясениям, вибрации, необходимо производить гибкими заземляющими или нулевыми защитными проводниками с помощью болтового соединения. При этом должны быть приняты меры против ослабления контакта (контргайки, контрящие шайбы и т. п.). Для обеспечения надежного соединения с помощью болтов поверхности тщательно зачищаются. [c.48]

    Каждый элемент электроустановки, подлежащий заземлению или занулению, должен быть присоединен к сети заземления или зануления с помощью отдельного ответвления. Последовательное включение в заземляющий или нулевой защитный проводник заземляемых или зануляемых частей электроустановки запрещается. Это вызвано тем, что при изъятии какого-либо элемента установки для ремонта или замены произойдет разрыв цепи заземления. 

[c.48]

    Измерение полного сопротивления цепи фаза — нулевой защитный проводник способом амперметра — вольтметра. Этот способ применяют при отключенном испытуемом оборудовании. Измерение производится на переменном токе пониженного напряжения от трансформатора достаточной мощности. Для измерения делают искусственное замыкание одного из фазных проводов на корпус электрооборудования. После подачи напряжения в измерительную цепь измеряются ток / и напряжение 1/. Ток должен составлять 10—20 А. [c.65]

    В электроустановках напряжением до 1000 В с заземлением нейтрали для автоматического отключения аварийного участка нулевые защитные проводники должны быть выбраны так, чтобы при замыкании на корпус или нулевой защитный проводник возникал ток короткого замыкания, превышающий не менее чем в 4 раза номинальный ток плавкой вставки ближайшего предохранителя и не менее чем в 6 раз номинальный ток расцепителя автоматического выключателя, имеющего обратнозависимую от тока характеристику. 

[c.158]

    Измерение сопротивления цепи фаза — нулевой защитный проводник прибором типа М-417. Прибор типа М-417 предназначен для контроля сопротивления цепи фаза — нулевой защитный проводник без отключения питающего источника тока в электроустановках 380 В частотой 50 Гц с заземленной нейтралью, шкала прибора проградуирована в Ом, что позволяет измерять падение напряжения, пропорциональное сопротивлению цепи фаза — нулевой защитный проводник. Прибор обеспечивает автоматическое отключение измерительной цепи от контролируемой сети в течение не более 0,3 с, сигнализацию при появлении на объекте напряжения, превышающего 36 В (сопротивление цепи фаза — нуль больше 2,0 м), сигнализацию обрыва заземляющей цепи пределы измерения прибора 0,1— 

[c.66]


    Для измерения сопротивления цепи фаза — нулевой защитный проводник можно применять прибор МС-08. Он не пригоден для измерения сопротивления цепей, содержащих реактивные сопротивления. Поэтому для измерения сопротивления цепи [c.67]

    Измеритель тока короткого замыкания цепи фаза — нулевой защитный проводник типа ИПЗ-Т. Этот измеритель предназначен для проверки правильности уставок максимальных токовых защит от однофазных замыканий на землю в сетях с заземленной нейтралью 380/220 В. [c.70]

    При использовании в качестве заземляющих устройств металлических и железобетонных конструкций все металлические элементы этих конструкций должны быть соединены между собой, образуя непрерывную электрическую цепь, железобетонные элементы кроме того должны иметь металлические выпуски (закладные изделия) для присоединения к ним сваркой заземляющих или нулевых защитных проводников.[c.64]

    Нулевые защитные проводники во всех звеньях сети должны быть проложены в общих оболочках, трубах, коробах, пучках с фазными проводами. [c.157]

    Цифровой измеритель токов КЗ цепи фаза — нулевой защитный проводник типа ИПЗ-Ц. Предназначен для определения тока однофазного короткого замыкания в промышленных сетях 380/220 В с заземленной нейтралью, необходимого при выборе плавких вставок и уставок автоматических выключателей за-пи1тных устройств. [c.71]

    ООО В вместо защитного заземления применяют зануление — преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Наличие зануления обеспечивает превращение случайного (аварийного) замыкания на корпус в однофазовое короткое замыкание, при котором срабатывает максимальная токовая защита, отключающая поврежденный участок сети. Устройство зануления, также как и защитного заземления, периодически контролируется внешним осмотром и измерением сопротивления заземленной нейтрали и повторных заземлений нулевого провода.[c.206]

    Защитным занулением называется преднамеренное металлическое соединение с глухозаземленной нулевой точкой (нейтралью) трансформатора в сетях переменного тока и с глухозаземленной средней точкой источника электроснабжения в трехпроводных сетях постоянного тока частей электроустановок,, нормально не находящихся под напряжением, но которые могут случайно оказаться под таковым. Соединение это выполняют проводником, который называется зануляющим, или нулевым защитным проводником. При замыкании одной из фаз на корпусе электрооборудования, имеющего соединения нулевым защитным (зануляющим) проводником с глухозаземленной нейтралью трансформатора в сетях переменного тока или с глухозаземленной средней точкой в сетях постоянного тока, возникает однофазное короткое замыкание, которое вызывает срабатывание соответствующего защитного аппарата (предохранителя, автомата) и отключение поврежденного участка. Схема при- [c.367]

    Принципиальная схема зануления в сети трехфазного тока (рис. 4.1 и 4.2) включает в себя следующие элементы нулевой провод питающей сети, рабочее заземление источника питания, магистраль заземления и повторное заземление нулевого провода на вводе и в воздушных сетях (/ п). Назначение нулевого провода питающей сети в схеме зануления — создание цепи с малым сопротивлением для тока при замыкании фазы на корпус и превращение тока в однофазное короткое замыкание. Различают нулевой защитный и нулевой рабочий проводники (рис. 4.2,6). Нулевой защитный проводник служит для соединения зануляемых частей оборудования с заземленной нейтралью источника тока, а нулевой рабочий проводник — для питания электроприемников фазным напряжением. Однако схемы с разделением нулевого проводника выполняют крайне редко. В большинстве случаев используют один нулевой проводник, одновременно выполняющий функции и рабочего и защитного (рис. 4.2,а). [c.43]


Что такое нулевой защитный проводник? – Remontask.ru – ремонт в вопросах и ответах

Защитное отключение в системе TN-C-SБезусловно, в подавляющем большинстве случаев в доме не будет вообще никакой системы заземления. Причем, независимо от того многоэтажный ли это дом на много квартир или частный одноэтажный домик. В некоторых случаях в доме будет система заземления  TN-C-S. И только в исключительных случаях в жилом или общественном здании может быть система TN-S. Система TN-S, она, как шаровая молния, все про неё слышали, но мало кто видел. Очень вероятно, что такая система чаще встречается в новостройках крупных городов.
При системе TN-C-S электрический ввод для квартиры и частного дома выглядит по-разному. Вот, например, как обстоит дело с многоэтажками. К большому многоквартирному дому подходит питающий трехфазный кабель. Кабель состоит из четырех жил. Три жилы являются фазными, а четвертая комбинированной нулевой. (Что такое фаза ноль и земля можно прочитать здесь.) То есть, нулевая жила представляет собой проводник, который обладает рабочими и защитными функциями одновременно. Такая жила называется PEN проводником. Объединенными функциями может обладать не каждый нулевой проводник. Необходимо, чтобы такой проводник имел достаточное сечение. Он должен заземляться на трансформаторной подстанции. А также иметь повторное заземление на протяжении своего пути от подстанции до потребителя.
ПУЭ 1.7.131. В многофазных цепях в системе TN для стационарно проложенных кабелей, жилы которых имеют площадь поперечного сечения не менее 10 мм² по меди или 16 мм² по алюминию, функции нулевого защитного (PE) и нулевого рабочего (N) проводников могут быть совмещены в одном проводнике (PEN-проводник).
Кабель входит в общедомовой распределительный щит и здесь объединенный PEN проводник разделяется на два проводника. То есть, на рабочий нулевой N и защитный нулевой PE. Иначе говоря, кабель из четырех-жильного превращается в пяти-жильный. Причем разделяться комбинированный нулевой проводник может только в вводном общедомовом щите. (Здесь об этом можно прочитать подробнее.) Если ввод при TN-C-S с воздушных линий электропередачи, то делается обязательное повторное заземление проводника PEN.
ПУЭ 1.7.102. На концах ВЛ или ответвлений от них длиной более 200 м, а также на вводах ВЛ к электроустановкам, в которых в качестве защитной меры при косвенном прикосновении применено автоматическое отключение питания, должны быть выполнены повторные заземления PEN-проводника.
И уже этот пятижильный кабель идет на этажные щиты. А от этажного щита к каждой квартире расходятся по три проводника. То есть, один фазный проводник L, нулевой рабочий N и нулевой защитный PE. Разумеется, если квартиры питаются однофазным переменным электрическим током. А именно такое питание квартир в большинстве случаев и является нормой.

Совмещенные нулевые защитные и нулевые рабочие проводники (РEN-проводники)

Читайте также

Рабочие лошадки вермахта

Рабочие лошадки вермахта Если проходимость стандартного грузовика «3,6–36S» по проселочным дорогам оценивалась как невысокая, то полноприводного «3,6–6700A» – как удовлетворительная (недостатком этого варианта грузовика все же были сдвоенные задние колеса, значительно

Заземляющие проводники

Заземляющие проводники Вопрос. Какими должны быть сечения заземляющих проводников в электроустановках напряжением выше 1 кВ?Ответ. Должны быть выбраны такими, чтобы при протекании по ним наибольшего тока однофазного КЗ в электроустановках с эффективно заземленной

Защитные проводники (РЕ-проводники)

Защитные проводники (РЕ-проводники) Вопрос. Какие проводники могут использоваться в качестве защитных РЕ-проводников в электроустановках напряжением до 1 кВ?Ответ. Могут использоваться:специально предусмотренные проводники: жилы многожильных кабелей;изолированные или

Проводники системы уравнивания потенциалов

Проводники системы уравнивания потенциалов Вопрос. Какие проводники могут быть использованы в качестве проводников системы уравнивания потенциалов?Ответ. Могут быть использованы открытые и сторонние проводящие части, или специально проложенные проводники, или их

Размещение оборудования, защитные мероприятия

Размещение оборудования, защитные мероприятия Вопрос. Как может устанавливаться оборудование преобразовательного агрегата?Ответ. Трансформатор, регулировочный автотрансформатор, уравнительные реакторы, анодные делители и фильтровые реакторы, относящиеся к одному

Защитные меры безопасности

Защитные меры безопасности Вопрос. Как следует осуществлять защитное заземление металлических корпусов светильников общего освещения с лампами накаливания и с лампами люминесцентными, ДРЛ, ДРИ, ДРИЗ, натриевыми со встроенными внутрь светильника пускорегулирующими

Защитные меры безопасности

Защитные меры безопасности Вопрос. Какая защитная мера безопасности должна осуществляться во всех помещениях?Ответ. Должно осуществляться присоединение ОПЧ светильников общего освещения и стационарных электроприемников (электрических плит, кипятильников, бытовых

Защитные меры безопасности

Защитные меры безопасности Вопрос. Как должны быть подключены к защитному заземлению подвижные металлические конструкции сцены (эстрады, манежа), предназначенные для установки осветительных и силовых электроприемников (софитные фермы, портальные кулисы и т. п.)?Ответ.

1.7. Заземление и защитные меры электробезопасности

1.7. Заземление и защитные меры электробезопасности Область применения. Термины и определенияВопрос 166. На какие электроустановки распространяется настоящий раздел ПУЭ?Ответ. Распространяется на все электроустановки переменного и постоянного тока до 1 кВ и выше и

Рабочие органы промышленных роботов

Рабочие органы промышленных роботов Рабочие органы промышленных роботов предназначены для захвата, удержания изделия и перемещения его при выполнении технологических операций. В соответствии с назначением все рабочие органы можно разделить на две группы: рабочие

1.

3.1. СВЧ-установки и их рабочие камеры

1.3.1. СВЧ-установки и их рабочие камеры При любом назначении СВЧ электротермической установки она имеет структурную схему, приведенную на рис. 1.9. Рис. 1.9. Структурная схема СВЧ-установкиКак было замечено выше, основным генератором СВЧ-энергии является магнетрон. Из

6.1. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ, РАБОЧИЕ И СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЖИДКОСТИ

6.1. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ, РАБОЧИЕ И СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЖИДКОСТИ 6.1.1. Топливо Бензин. Для обеспечения надежной работы карбюраторных двигателей на всех режимах бензины должны обладать: высокой детонационной стойкостью; оптимальным фракционным составом; малым содержанием

6.1.3. Рабочие и специальные жидкости

6.1.3. Рабочие и специальные жидкости В зависимости от назначения и свойств жидкости делятся на охлаждающие, тормозные, амортизационные и пусковые. Гидравлические масла работают при больших перепадах температур (от —40 до +80 °C), давлениях 10–15 МПа, скоростях скольжения до

Рвать ноль или нет ?

Дата публикации: 07.01.2019 18:18

Итак мы подошли к установке автоматического выключателя на ввод. С фазой все понятно, а вот куда заводить ноль, в автомат или же все таки на нулевую шину (N)?. Чтобы была возможность отключить нулевой проводник, устанавливают по однофазной нагрузки 2-х полюсный автомат и по трёхфазной 4-х полюсной. 

Опять же возьмем правила  ПУЭ и выясняется, что  сперва нужно узнать какая система заземления применена.  Разделение PEN проводника должно быть выполнено до ввода, тогда одновременное отключение всех проводников  на вводе в электроустановки можно произвести( по однофазным ответвлениям от воздушной линий).

Говоря о PEN проводнике мы должны понимать, что в нем совмещен N рабочий и PE защитный, который проходит на всем протяжении участка цепи. Такая подсистема системы TN носит название TN-C. Если у вас такая система, то вы легко ее определите. Посмотрите в ваш щит, приходят на автомат два провода, значит TN-C. В таком случае рвать ноль запрещено.

Если же у вас выполнено разделение PEN проводника до автомата, то в таком случае вы можете завести ноль через автомат. Можно это применить на частном доме, например. В таком случае получается трехпроводка.  

Плавно перейдем системе TN-S. От источника питания проходит PE и N проводники отдельно на все протяжении.  ПУЭ запрещено в таком случае обрывать только PE проводник. Но вы смело можете заводить N проводник на автомат. 

Напомню, что заводить фазу и ноль на разные автоматы запрещено. Подводятся проводники только к одному аппарату, который в свою очередь выключит одновременно от сети проводники. 

Еще один момент,  что есть риск скачков напряжения. Это происходит когда от ВЛ с PEN проводником запитана цлица, на которой несколько участков.  Питания домов осуществляется от разных фаз, это я к чему, что при обрыве общего у всех PEN может возникнуть превышения U(напряжения), нагрузка, то не равномерна. В данном случае правило регламентируют установку реле напряжения, но и также N И L должны выключатся одновременно.

 

 

 

проводников

проводников
Далее: Граничные условия на Вверх: Электростатика Предыдущий: Закон Ома


Проводники Большинство (но не все) электрических проводников подчиняются закону Ома. Такие проводники называется омическим . Предположим, что мы прикладываем электрическое поле к омическому проводнику. Что будет случаться? Согласно уравнению (613), электрическое поле приводит в движение токи. Они перераспределяют заряд внутри проводника до тех пор, пока исходное электрическое поле компенсируется.В этот момент токи прекращаются течет. Можно возразить, что течения может продолжать течь по замкнутому циклу. По закону Ома это будет требуют ненулевой ЭДС, , действуя вокруг каждой петли (если проводник не является сверхпроводник , с ). Однако мы знаем, что в установившемся режиме
(617)

вокруг любой замкнутой петли. Это доказывает, что стационарная э.д.с. действовать вокруг замкнутый контур внутри проводника невозможен.Единственная другая альтернатива
(618)

внутри проводника. Это немедленно следует из уравнения Максвелла, , это
(619)

Таким образом, внутри тела нет электрических зарядов. проводник. Но как проводник может компенсировать приложенное электрическое поле? если он не содержит зарядов? Ответ заключается в том, что все заряды находятся на поверхность проводника.На самом деле обвинения лежат в пределах одного-двух атомных слоев поверхности (см. любой учебник по твердотельным физика). Разница в скалярном потенциале между две точки и просто
(620)

Однако если и лежат внутри одного и того же проводника то из уравнения (620) что разность потенциалов между и равен нулю. Это верно независимо от того, где и находятся внутри проводник, поэтому мы заключаем, что скалярный потенциал должен быть равномерный внутри проводника.Следствием этого является то, что поверхность проводника эквипотенциальная ( т.е. , постоянная) поверхность.
Рисунок 41:
Мало того, что электрическое поле внутри проводника равно нулю. Также возможно показать, что поле внутри пустой полости, лежащей внутри проводника, равно также ноль при условии, что внутри резонатора нет зарядов. Применим прежде всего закон Гаусса к поверхности, которая окружает полость, но лежит полностью в проводящем материале (см.41). Поскольку электрическое поле в проводнике равно нулю, отсюда следует, что нулевой чистый заряд заключен в . Это не исключает возможность распределения одинакового количества положительных и отрицательных зарядов на внутренней поверхности проводника. Впрочем, это легко исключить возможность использования стационарного соотношения
(621)

для любого замкнутого контура. Если внутри резонатора есть силовые линии электрического поля тогда они должны идти от положительного к отрицательному поверхностному заряду.Рассмотрим петля, которая охватывает полость и проводник, например, показано на рис.  41. При наличии силовых линий ясно, что линейный интеграл вдоль этой части петли лежащая внутри полости, отлична от нуля. Однако линейный интеграл из вдоль той части петли, которая проходит через проводящий материал очевидно ноль (поскольку внутри проводника). Таким образом, линейный интеграл от поле вокруг замкнутого контура не равно нулю. Это явно противоречит уравнение(621). Фактически из этого уравнения следует, что линейный интеграл электрического поля по любому пути, проходящему через полость, из одной точки на внутренней поверхности проводника к другому, равно нулю. Это может быть только в том случае, если электрический само поле равно нулю везде внутри резонатора. У этого аргумента есть одна оговорка. Электрическое поле внутри полости равно ноль, если в резонаторе нет зарядов. Если в резонаторе есть заряды, то наш аргумент терпит неудачу, потому что можно предусмотреть, что линейный интеграл электрического поля на многих различных путях через резонатор может быть равно нулю без полей вдоль этих путей, обязательно равных нулю (этот аргумент несколько неточным: мы улучшим его позже).

Мы показали, что если полость полностью окружена проводником, то никакая стационарное распределение зарядов снаружи всегда может создавать какие-либо поля внутри. Таким образом, мы можем защитить электрооборудование от паразитных внешних электрических полей. поместив его в металлическую банку. Используя рассуждения, подобные приведенным выше, мы также можем показать, что никакое статическое распределение зарядов внутри замкнутого проводника никогда не может создают поле вне проводника. Ясно, что экранирование работает в обе стороны!

Рисунок 42:
Рассмотрим небольшой участок на поверхности проводника.Предположим, что локальная поверхностная плотность заряда равна , и что электрическое поле сразу за пределами проводник есть. Обратите внимание, что это поле должно быть направлено обычное к поверхности проводника. Любой параллельный компонент будет закорочен поверхностными течениями. Другими словами, это то, что поверхность проводника является эквипотенциальной поверхностью. Мы знаем, что он всегда перпендикулярен эквипотенциальные поверхности, поэтому должны быть локально перпендикулярны к проводящей поверхности. Воспользуемся законом Гаусса,
(622)

где находится так называемый гауссовский дот (см.42). Это объем в форме коробочки для пилюль, два конца которого выровнены перпендикулярно поверхности проводника, с поверхностью, проходящей между ними, и чьи стороны касательны к поверхность нормальная. Ясно, что перпендикулярно сторонам ящика, поэтому стороны не дают вклада в поверхностный интеграл. Конец коробки, которая лежит внутри проводника также не вносит вклада, поскольку внутри проводника. Таким образом, единственный ненулевой вклад в поверхностный интеграл исходит из конца, лежащего в свободном пространстве. Этот вклад просто , где обозначает направленность наружу (от проводник) нормальный электрическое поле, а – площадь поперечного сечения ящика. Зарядка прилагается в поле просто , из определения поверхностной плотности заряда. Таким образом, закон Гаусса дает
(623)

как отношение между нормальным электрическим полем непосредственно вне проводника и плотность поверхностного заряда.
Рис. 43:
Давайте посмотрим на электрическое поле, создаваемое листовым распределением заряда. немного внимательнее.Предположим, что плата за единицу площади равна . В силу симметрии мы ожидаем, что поле, генерируемое под листом, будет зеркальным отражением того, что над листом (по крайней мере, локально). Таким образом, если мы проинтегрируем закон Гаусса по дот площадью поперечного сечения , как показано на рис. 43, затем два конца оба вносят свой вклад поверхностному интегралу, где – нормаль электрическое поле, создаваемое над и под листом. Зарядка прилагается в таблетках. Таким образом, закон Гаусса дает симметричное электрическое поле

Итак, как мы получаем асимметричное электрическое поле проводящей поверхности, который равен нулю непосредственно под поверхностью ( i.е. , внутри проводника) и ненулевой непосредственно над ним? Очевидно, мы должны добавить во внешнее поле ( т.е. , поле, которое не генерируется локально листовым зарядом). То обязательное поле
(626)

как выше, так и ниже обвинительного листа. Полное поле есть сумма полей генерируется локально зарядовым слоем и внешним полем. Таким образом, мы получаем

что согласуется с уравнением(623).

Внешнее поле воздействует на лист заряда. Поле генерируется локально к сам лист, очевидно, не может оказывать силы (лист не может оказывать сила на себя!). Сила на единицу площади, действующая на поверхность проводник всегда действует наружу и определяется выражением

(629)

Таким образом, на любой заряженный проводник действует электростатическое давление. Этот эффект можно визуализировать, заряжая мыльные пузыри: электростатическое давление в конечном итоге приводит к их разрыву.Электростатическое давление также можно написать
(630)

где – напряженность поля непосредственно над поверхностью проводника. Обратите внимание, что, согласно приведенной выше формуле, электростатическое давление эквивалентно к плотности энергии электрического поля непосредственно вне проводника. Это не совпадение. Предположим, что проводник расширился в среднем расстояние , из-за электростатического давления.Электрическое поле исключено из области, в которую расширяется проводник. Объем этого региона , где – площадь поверхности проводника. Таким образом, энергия электрического поля уменьшается на величину , где – плотность энергии поля. Это уменьшение энергии может быть приписывается работе, которую поле совершает над проводником, чтобы заставить его расшириться. Эта работа равна , где сила, действующая на единицу площади поля на проводнике. Таким образом, из сохранения энергии, давая
(631)

Этот метод расчета силы по выражению для энергии система как функция некоторого регулируемого параметра называется принцип виртуальной работы и очень полезен.

Мы это видели электрическое поле внутри проводника исключено, но не снаружи, образуя сетку наружу сила. Мы можем объяснить это, сказав, что поле действует отрицательное давление на проводнике. Мы знаем, что если мы эвакуируем металлическую банку, то разница давлений внутри и снаружи в конечном итоге вызывает это взорвать . Точно так же, если мы поместим банку в сильное электрическое поле, то разница давлений внутри и снаружи в конечном итоге вызовет это взорвать .Насколько большое поле нам нужно, чтобы разность электростатических давлений такое же, как и полученное эвакуация бака? Другими словами, какое поле оказывает отрицательное давление в одну атмосферу ( т.е. , ньютонов на квадратный метр) на проводники? Ответ — поле напряженностью вольт на метр. К счастью, это довольно большое поле, поэтому нет опасности, что ваш автомобиль взорвется, когда вы включите стерео!



Далее: Граничные условия на Вверх: Электростатика Предыдущий: Закон Ома
Ричард Фицпатрик 2006-02-02

Учебник по физике: электрические поля и проводники

Ранее в Уроке 4 мы показали, что любой заряженный объект — положительный или отрицательный, проводник или изолятор — создает электрическое поле, которое пронизывает окружающее его пространство. В случае с проводниками существует множество необычных характеристик, о которых мы могли бы рассказать. Напомним из Урока 1, что проводник — это материал, который позволяет электронам относительно свободно перемещаться от атома к атому. Было подчеркнуто, что когда проводник приобретает избыточный заряд, избыточный заряд перемещается и распределяется по проводнику таким образом, чтобы уменьшить общее количество сил отталкивания внутри проводника. Мы рассмотрим это более подробно в этом разделе урока 4, когда будем вводить идею электростатического равновесия. Электростатическое равновесие — это состояние, устанавливаемое заряженными проводниками, в котором избыточный заряд оптимально дистанцируется, чтобы уменьшить общее количество сил отталкивания. Как только заряженный проводник достигает состояния электростатического равновесия, дальнейшее движение заряда по поверхности прекращается.

 

 

Электрические поля внутри заряженных проводников

Заряженные проводники, достигшие электростатического равновесия, имеют множество необычных характеристик. Одной из характеристик проводника, находящегося в состоянии электростатического равновесия, является то, что электрическое поле в любом месте под поверхностью заряженного проводника равно нулю. Если бы электрическое поле действительно существовало под поверхностью проводника (и внутри него), то электрическое поле оказывало бы силу на все находящиеся там электроны. Эта результирующая сила начнет ускорять и перемещать эти электроны. Но объекты в электростатическом равновесии не имеют дальнейшего движения заряда по поверхности. Так что, если бы это произошло, то первоначальное утверждение о том, что объект находится в электростатическом равновесии, было бы ложным.Если электроны внутри проводника находятся в состоянии равновесия, то результирующая сила, действующая на эти электроны, равна нулю. Линии электрического поля либо начинаются, либо заканчиваются на заряде, а в случае проводника заряд существует только на его внешней поверхности. Линии проходят от этой поверхности наружу, а не внутрь. Это, конечно, предполагает, что наш проводник не окружает область пространства, где был другой заряд.

Чтобы проиллюстрировать эту характеристику, давайте рассмотрим пространство между и внутри двух концентрических проводящих цилиндров разного радиуса, как показано на диаграмме справа.Внешний цилиндр заряжен положительно. Внутренний цилиндр заряжен отрицательно. Электрическое поле вокруг внутреннего цилиндра направлено к отрицательно заряженному цилиндру. Поскольку этот цилиндр не окружает область пространства, где есть другой заряд, можно заключить, что избыточный заряд находится исключительно на внешней поверхности этого внутреннего цилиндра. Электрическое поле внутри внутреннего цилиндра было бы равно нулю. При рисовании линий электрического поля линии будут проведены от внутренней поверхности внешнего цилиндра к внешней поверхности внутреннего цилиндра.Что касается избыточного заряда на внешнем цилиндре, необходимо учитывать не только силы отталкивания между зарядами на его поверхности. В то время как избыточный заряд на внешнем цилиндре стремится уменьшить силы отталкивания между своим избыточным зарядом, он должен уравновесить это с тенденцией притягиваться к отрицательным зарядам на внутреннем цилиндре. Поскольку внешний цилиндр окружает заряженную область, характеристика заряда, находящегося на внешней поверхности проводника, неприменима.

Эта концепция о том, что электрическое поле равно нулю внутри замкнутой проводящей поверхности, была впервые продемонстрирована Майклом Фарадеем, физиком 19-го века, который продвигал полевую теорию электричества.Фарадей построил комнату в комнате, накрыв внутреннюю комнату металлической фольгой. Он сидел во внутренней комнате с электроскопом и заряжал поверхности внешней и внутренней комнаты с помощью электростатического генератора. В то время как искры летели между стенами двух комнат, не было обнаружено электрического поля во внутренней комнате. Избыточный заряд на стенах внутренней комнаты полностью приходился на внешнюю поверхность комнаты. Сегодня эта демонстрация часто повторяется на демонстрациях физики в музеях и университетах.

Внутреннее помещение с токопроводящим каркасом, защищавшим Фарадея от статического заряда, теперь называется клеткой Фарадея . Клетка служит для защиты всех и каждого, кто находится внутри, от влияния электрических полей. Любая закрытая проводящая поверхность может служить клеткой Фарадея, защищая все, что ее окружает, от потенциально разрушительного воздействия электрических полей. Этот принцип экранирования широко используется сегодня, поскольку мы защищаем хрупкое электрическое оборудование, заключая его в металлические корпуса.Даже хрупкие компьютерные чипы и другие компоненты поставляются в проводящей пластиковой упаковке, которая защищает чипы от потенциально опасного воздействия электрических полей. Это еще один пример «Физики для лучшей жизни».

 

Электрические поля перпендикулярны заряженным поверхностям

Второй характеристикой проводников, находящихся в состоянии электростатического равновесия, является то, что электрическое поле на поверхности проводника направлено полностью перпендикулярно поверхности. Не может быть компонента электрического поля (или электрической силы), параллельной поверхности. Если проводящий объект сферический, то это означает, что перпендикулярные векторы электрического поля совмещены с центром сферы. Если объект имеет неправильную форму, то вектор электрического поля в любом месте перпендикулярен касательной, проведенной к поверхности в этом месте.

Понимание того, почему эта характеристика верна, требует понимания векторов, силы и движения.Движение электронов, как и любого физического объекта, управляется законами Ньютона. Одним из следствий законов Ньютона было то, что неуравновешенные силы заставляют объекты ускоряться в направлении неуравновешенной силы, а баланс сил заставляет объекты оставаться в равновесии. Эта истина обеспечивает основу для обоснования того, почему электрические поля должны быть направлены перпендикулярно поверхности проводящих объектов. Если бы существовала составляющая электрического поля, направленная параллельно поверхности, то избыточный заряд на поверхности приводился бы в ускоренное движение этой составляющей. Если заряд приведен в движение, то объект, на который он направлен, не находится в состоянии электростатического равновесия. Следовательно, электрическое поле должно быть полностью перпендикулярно проводящей поверхности для объектов, находящихся в электростатическом равновесии. Конечно, проводящий объект, который недавно приобрел избыточный заряд, имеет составляющую электрического поля (и электрической силы), параллельную поверхности; именно этот компонент воздействует на вновь приобретенный избыточный заряд, распределяя избыточный заряд по поверхности и устанавливая электростатическое равновесие.Но когда оно достигнуто, больше нет ни параллельной составляющей электрического поля, ни движения избыточного заряда.

 

Электрические поля и кривизна поверхности

Третьей характеристикой проводящих объектов, находящихся в состоянии электростатического равновесия, является то, что электрические поля наиболее сильны в местах вдоль поверхности, где объект наиболее искривлен. Кривизна поверхности может варьироваться от абсолютно плоской на одном полюсе до кривизны до тупых точек на другом полюсе.

Плоское место не имеет кривизны и характеризуется относительно слабыми электрическими полями. С другой стороны, тупая точка имеет высокую степень кривизны и характеризуется относительно сильными электрическими полями. Сфера имеет однородную форму с одинаковой кривизной в любом месте на ее поверхности. Таким образом, напряженность электрического поля на поверхности сферы везде одинакова.

Чтобы понять причину этой третьей характеристики, мы рассмотрим объект неправильной формы, который заряжен отрицательно.Такой объект имеет избыток электронов. Эти электроны распределялись бы таким образом, чтобы уменьшить действие их сил отталкивания. Поскольку электростатические силы изменяются обратно пропорционально квадрату расстояния, эти электроны будут иметь тенденцию располагаться таким образом, чтобы увеличивать свое расстояние друг от друга. На сфере правильной формы предельное расстояние между каждым соседним электроном было бы одинаковым. Но на объекте неправильной формы избыточные электроны имеют тенденцию накапливаться с большей плотностью в местах наибольшей кривизны.Рассмотрим схему справа. Электроны А и В расположены вдоль более плоского участка поверхности. Как и все хорошо ведущие себя электроны, они отталкивают друг друга. Силы отталкивания направлены вдоль линии, соединяющей заряд с зарядом, поэтому сила отталкивания в основном параллельна поверхности. С другой стороны, электроны C и D располагаются вдоль участка поверхности с более резкой кривизной. Эти избыточные электроны также отталкиваются друг от друга с силой, направленной вдоль линии, соединяющей заряд с зарядом.Но теперь сила направлена ​​под более острым углом к ​​поверхности. Составляющие этих сил, параллельные поверхности, значительно меньше. Большая часть силы отталкивания между электронами C и D направлена ​​перпендикулярно поверхности.

Параллельные составляющие этих сил отталкивания заставляют избыточные электроны двигаться вдоль поверхности проводника. Электроны будут двигаться и распределяться, пока не будет достигнуто электростатическое равновесие. После достижения равнодействующая всех параллельных компонентов на любом заданном избыточном электроне (и на всех избыточных электронах) будет равна нулю.Все параллельные компоненты силы, действующей на каждый из электронов, должны быть равны нулю, поскольку результирующая сила, параллельная поверхности проводника, всегда равна нулю (вторая характеристика, обсуждавшаяся выше). При одном и том же расстоянии параллельная составляющая силы максимальна в случае электронов A и B. Таким образом, чтобы достичь такого баланса параллельных сил, электроны A и B должны отдаляться друг от друга дальше, чем электроны C и D. Электроны C и D, с другой стороны, могут сгущаться ближе друг к другу в месте их расположения, так как параллельная составляющая сил отталкивания меньше.В конце концов в местах наибольшей кривизны скапливается относительно большое количество заряда. Это большее количество заряда в сочетании с тем фактом, что их силы отталкивания в основном направлены перпендикулярно поверхности, приводит к значительно более сильному электрическому полю в таких местах повышенной кривизны.

 

Тот факт, что поверхности, которые резко изогнуты до тупого края, создают сильные электрические поля, является основным принципом использования молниеотводов.В следующем разделе урока 4 мы рассмотрим явление разряда молнии и использование громоотводов для предотвращения ударов молнии.

 

 

Мы хотели бы предложить … Иногда недостаточно просто прочитать об этом. Вы должны взаимодействовать с ним! И это именно то, что вы делаете, когда используете один из интерактивов The Physics Classroom. Мы хотели бы предложить вам совместить чтение этой страницы с использованием нашего интерактивного приложения «Поместите заряд в цель» и/или интерактивного интерактивного материала «Электростатические ландшафты».Оба интерактива можно найти в разделе Physics Interactives на нашем веб-сайте. Оба интерактива обеспечивают привлекательную среду для изучения электрических полей и действий на расстоянии.


 

Проверьте свое понимание

Используйте свое понимание, чтобы ответить на следующие вопросы. Когда закончите, нажмите кнопку, чтобы просмотреть ответы.

1. Предположим, что сфера генератора Ван де Граафа собирает заряд.Затем двигатель выключается, и сфере позволяют достичь электростатического равновесия. Заряд ___.

а. находится как на его поверхности, так и по всему его объему

б. находится в основном внутри сферы и появляется снаружи только при прикосновении

с. находится только на поверхности сферы

 

 


2.Опишите напряженность электрического поля в шести отмеченных местах заряженного объекта неправильной формы справа. Используйте в качестве описания фразы «нулевой», «относительно слабый», «умеренный» и «относительно сильный».

 

 

 

 

3. Схема заряженного проводника неправильной формы показана справа. Помечены четыре точки на поверхности — A, B, C и D.Расположите эти места в порядке возрастания силы их электрического поля, начиная с наименьшего электрического поля.

 


4. Рассмотрите схему кнопки, показанную справа. Предположим, что кнопка становится положительно заряженной. Нарисуйте линии электрического поля, окружающие кнопку.

См. схему линий электрического поля.

 


5.Нарисуйте линии электрического поля для следующей конфигурации двух объектов. Поместите стрелки на линии поля.

См. схему линий электрического поля.

   

 

6. Любимая физическая демонстрация, используемая с генератором Ван де Граафа, заключается в медленном приближении к куполу с протянутой к устройству скрепкой. Почему демонстратор не становится тостом при приближении к машине с торчащим вперед тупым краем скрепки?

 

 

 

7. ИСТИНА или ЛОЖЬ :

Громоотводы размещаются на домах для защиты от молнии. Они работают, потому что электрическое поле вокруг молниеотводов слабое; таким образом, между молниеотводами/домом и заряженными облаками имеется небольшой поток заряда.

 

 

 

Диаграмма линий электрического поля для вопроса № 4:

Вышеприведенная диаграмма не была создана программой Field Plotting; это, безусловно, выглядело бы лучше, если бы это было так.Ваш ответ может выглядеть иначе (особенно при сравнении деталей), но он должен иметь следующие общие характеристики с приведенной здесь диаграммой:

  • Линии электрического поля должны быть направлены от положительно заряженной кнопки к краям страницы. Каждая линия поля ДОЛЖНА иметь стрелку, указывающую такое направление.
  • Все линии электрического поля должны быть перпендикулярны поверхности кнопки в местах, где линии пересекаются с кнопкой.
  • На заостренном конце кнопки и на двух резко изогнутых участках должно быть больше линий, а на более плоских участках кнопки должно быть меньше линий.

 

Вернуться к вопросу № 4

 

 

 

Диаграмма линий электрического поля для вопроса № 5:

Еще раз повторю, что приведенная выше диаграмма не была создана программой для построения полевых графиков; это, вероятно, выглядело бы лучше, если бы это было так.Ваш ответ может выглядеть иначе (особенно при сравнении деталей), но он должен иметь следующие общие характеристики с приведенной здесь диаграммой:

  • Линии поля должны быть направлены от + к – или от края страницы к – или от + к краю страницы. Каждая линия поля ДОЛЖНА иметь стрелку, указывающую такое направление.
  • На поверхности любого объекта силовые линии должны быть направлены перпендикулярно поверхности.
  • На резко изогнутых и заостренных поверхностях объектов должно быть больше линий, на более плоских участках должно быть меньше линий.

 

Вернуться к вопросу № 5

 

Каково физическое объяснение того факта, что электрическое поле внутри проводника равно нулю?


Автор вопроса: Имран

Ответить

В проводнике, скажем, в металлической проволоке, носители заряда (электроны) способны двигаться под действием даже незначительного электрического поля. – Через 9 секунд изолированный проводник макроскопически будет иметь нулевое чистое электрическое поле внутри. Поскольку электроны могут свободно двигаться, они делают это до тех пор, пока не найдут положения, в которых они не ощущают результирующей силы. Когда они останавливаются, внутри проводника должно быть нулевое электрическое поле. Это означает 1) Макроскопическая плотность заряда внутри проводника равна нулю. 2) Суммарный заряд проводника существует только на поверхности. (по крайней мере, в хорошем приближении, так как электрическое поле будет немного проникать в проводник).3) Внешние электростатические поля всегда перпендикулярны поверхности проводников. В противном случае это создавало бы силу на носителях заряда внутри проводника, и поэтому поле не было бы статичным, как мы предполагаем. 4) Электростатическое поле на поверхности проводника пропорционально поверхностному заряду, т.е. не зависит от носителей заряда внутри проводника.
Ответил: Эндрю Джеймс Брюс, аспирант физики, Великобритания

Заряды имеют максимальную свободу движения внутри проводника, и это уступает место отсутствию электрического поля внутри проводника. Это очень интуитивный процесс отрицательной обратной связи внутри проводника. В любой точке, когда внутри проводника есть электрическое поле, положительные заряды (или отсутствие отрицательных зарядов), которые полностью свободны в движении, будут двигаться в направлении электрического поля, а отрицательные заряды могут совершенно свободно двигаться в противоположном направлении. электрическое поле. Однако эти заряды окружены собственным электрическим полем. Заряды, которые только что двигались под влиянием внутреннего электрического поля, таким образом, создадут поле, противодействующее эффекту исходного поля.Возможно, на более конкретном примере будет понятнее. Представьте себе электрическое поле, проходящее слева направо через металлический проводник. Электроны в зоне проводимости этого металла не имеют ограничений в своем движении. Таким образом, электроны в металле будут двигаться влево (поскольку силовые линии направлены в направлении положительных зарядов). Это оставит отсутствие электронов справа и их избыток слева. Это разделение зарядов похоже на маленькую батарейку — оно создает электрическое поле справа налево.Он создает электрическое поле от отсутствия электронов до избытка электронов. Это электрическое поле полностью противодействует исходному полю слева направо. Это также объясняет, почему электрические поля ВСЕГДА должны быть ПЕРПЕНДИКУЛЯРНЫ к поверхности проводников. На поверхности электроны НЕ могут свободно двигаться во всех направлениях. Затем они могут накапливаться на поверхности. Если есть какие-либо силовые линии, которые наклонены, тангенциальные компоненты (компоненты, параллельные поверхности) будут вызывать боковое движение зарядов до тех пор, пока результирующее поле вторичного смещения не будет противодействовать исходному полю.Таким образом, только электрические поля на поверхности проводника будут перпендикулярны поверхности. Итак, опять же, это связано с динамикой свободных зарядов внутри проводника. Это создает эффект отрицательной обратной связи, так что статическое равновесие не будет иметь внутреннего электрического поля. Таким образом, те материалы, которые не являются проводниками, вызывающими определенную организацию электронов, не смогут свободно противостоять внешним электрическим полям, и тогда они будут иметь те же самые поля внутри себя (или поля с интересными модификациями — рассмотрим материалы, которые ДЕЙСТВИТЕЛЬНО допускают некоторые изменения). движение, но только по определенным осям).
Ответил: Тед Павлик, бакалавр наук, аспирант по электротехнике, Университет штата Огайо.

Почему электрическое поле внутри проводника равно нулю?

В этом посте мы обсудим, почему электрическое поле внутри проводника равно нулю. Это очень простая, но важная концепция для понимания. Итак, мы начнем с нуля и будем двигаться дальше, чтобы объяснить это. Предположим, что проводник находится во внешнем однородном электрическом поле E .Направление электрического поля E показано на рисунке.

 

Прежде чем начать обсуждение, необходимо знать два момента.

1)      Отрицательные заряды движутся в направлении, противоположном направлению электрического поля.

2)      Положительные заряды движутся в направлении электрического поля.

Как известно, в проводнике много подвижных или свободных электронов, поэтому при нахождении проводника во внешнем электрическом поле электроны будут испытывать силу в направлении, противоположном направлению электрического поля Е, и начнут скапливаться на поверхности А дирижера.Поскольку электроны движутся в направлении, противоположном направлению электрического поля E , положительный заряд начнет накапливаться на противоположной стороне B проводника. Это накопление заряда на обеих поверхностях проводника A и B приведет к развитию электрического поля E’ внутри проводника, и это развитое электрическое поле E’ будет препятствовать дальнейшему потоку электронов к поверхности A. По мере накопления электронов увеличивается на грани А, напряженность электрического поля Е’ внутри проводника также будет увеличиваться и будет сильнее противодействовать потоку электронов. Но как только напряженность развиваемого электрического поля сравняется с напряженностью внешнего электрического поля E , внутри проводника не будет чистого электрического поля, приводящего в движение электроны, и, следовательно, дальнейшее накопление электронов прекратится.

Следовательно, в равновесии

Разработанное месторождение E’ = Внешнее месторождение E

Следовательно, результирующая сила на электронах = 0 и, следовательно, движение электронов отсутствует.

Таким образом, мы видим, что в состоянии равновесия напряженность электрического поля внутри проводника равна нулю.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее распространенные причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

проводников в электростатическом равновесии – University Physics Volume 2

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Описать электрическое поле внутри проводника в состоянии равновесия
  • Описать электрическое поле непосредственно вне поверхности заряженного проводника в состоянии равновесия
  • Объясните, почему, если поле не такое, как описано в первых двух задачах, проводник не находится в равновесии

До сих пор мы обычно работали с зарядами, занимающими объем внутри изолятора.Теперь изучим, что происходит, когда на проводник помещаются свободные заряды. Как правило, при наличии (обычно внешнего) электрического поля свободный заряд в проводнике перераспределяется и очень быстро достигает электростатического равновесия. Результирующее распределение заряда и его электрическое поле обладают многими интересными свойствами, которые мы можем исследовать с помощью закона Гаусса и концепции электрического потенциала.

Электрическое поле внутри проводника исчезает

Если внутри проводника присутствует электрическое поле, оно воздействует на свободные электроны (также называемые электронами проводимости), которые представляют собой электроны в материале, не связанные с атомом.Затем эти свободные электроны ускоряются. Однако движущиеся заряды по определению означают нестатические условия, вопреки нашему предположению. Поэтому при достижении электростатического равновесия заряд распределяется таким образом, что электрическое поле внутри проводника исчезает.

Если вы поместите кусок металла рядом с положительным зарядом, свободные электроны в металле притянутся к внешнему положительному заряду и свободно мигрируют в эту область. Область, в которую перемещаются электроны, имеет избыток электронов над протонами в атомах, а область, откуда мигрировали электроны, имеет больше протонов, чем электронов.Следовательно, в металле образуется отрицательная область вблизи заряда и положительная область на дальнем конце ((рисунок)). Как мы видели в предыдущей главе, это разделение одинаковых по величине и противоположных типов электрических зарядов называется поляризацией. Если убрать внешний заряд, электроны мигрируют обратно и нейтрализуют положительную область.

Поляризация металлического шара внешним точечным зарядом. Ближняя сторона металла имеет противоположный поверхностный заряд по сравнению с дальней стороной металла.Говорят, что сфера поляризована. При снятии внешнего заряда исчезает и поляризация металла.

Поляризация металла происходит только при наличии внешних зарядов. Вы можете думать об этом в терминах электрических полей. Внешний заряд создает внешнее электрическое поле. Когда металл помещается в область этого электрического поля, электроны и протоны металла испытывают электрические силы из-за этого внешнего электрического поля, но только электроны проводимости могут свободно перемещаться в металле на макроскопические расстояния.Движение электронов проводимости приводит к поляризации, которая создает индуцированное электрическое поле в дополнение к внешнему электрическому полю ((рисунок)). Чистое электрическое поле представляет собой векторную сумму полей и плотности поверхностного заряда и Это означает, что чистое поле внутри проводника отличается от поля вне проводника.

При наличии внешнего заряда q происходит перераспределение зарядов в металле. Электрическое поле в любой точке имеет три вклада: от и индуцированных зарядов и Заметим, что в этом случае распределение поверхностного заряда не будет однородным.

Перераспределение зарядов таково, что сумма трех вкладов в любой точке P внутри проводника равна

Теперь, благодаря закону Гаусса, мы знаем, что нет суммарного заряда, заключенного в гауссовой поверхности, которая находится исключительно в пределах объема проводника в состоянии равновесия. То есть и отсюда

Заряд проводника

Интересное свойство проводника, находящегося в статическом равновесии, заключается в том, что дополнительные заряды на проводнике оказываются на внешней поверхности проводника, независимо от того, где они возникают. (Рисунок) иллюстрирует систему, в которой мы вносим внешний положительный заряд внутрь полости металла, а затем касаемся его внутренней поверхности. Первоначально внутренняя поверхность полости заряжена отрицательно, а внешняя поверхность проводника заряжена положительно. Когда мы касаемся внутренней поверхности полости, индуцированный заряд нейтрализуется, оставляя внешнюю поверхность и весь металл заряженными положительным зарядом.

Электрические заряды на проводнике мигрируют на внешнюю поверхность независимо от того, где вы их изначально разместили.

Чтобы понять, почему это происходит, заметим, что поверхность Гаусса на (рисунке) (штриховая линия) повторяет контур фактической поверхности проводника и расположена на бесконечно малом расстоянии в пределах его. Так как везде внутри проводника

Таким образом, по закону Гаусса внутри гауссовой поверхности нет суммарного заряда. Но поверхность Гаусса лежит чуть ниже фактической поверхности проводника; следовательно, внутри проводника нет чистого заряда. Любой избыточный заряд должен лежать на его поверхности.

Пунктирная линия представляет гауссову поверхность, которая находится прямо под фактической поверхностью проводника.

Именно на этом свойстве проводников основан чрезвычайно точный метод, разработанный Плимптоном и Лоутоном в 1936 г. для проверки закона Гаусса и, соответственно, закона Кулона. Эскиз их аппарата показан на (рис.). Две сферические оболочки соединены друг с другом с помощью электрометра E, устройства, которое может обнаружить очень небольшое количество заряда, перетекающего от одной оболочки к другой.Когда переключатель S передвинут влево, батарея B передает заряд на внешнюю оболочку. Перетечет ли заряд через электрометр на внутреннюю оболочку?

Нет. Это будет означать нарушение закона Гаусса. Плимптон и Лоутон не обнаружили никакого течения и, зная чувствительность своего электрометра, пришли к выводу, что если бы радиальная зависимость в законе Кулона была , то была бы меньше 1 . Более поздние измерения дают менее 90 569 2 90 570 , число настолько малое, что справедливость закона Кулона кажется бесспорной.

Изображение аппарата, используемого Плимптоном и Лоутоном. Любой перенос заряда между сферами регистрируется электрометром Е.

Электрическое поле на поверхности проводника

Если бы электрическое поле имело составляющую, параллельную поверхности проводника, свободные заряды на поверхности двигались бы, что противоречит предположению об электростатическом равновесии. Поэтому электрическое поле всегда перпендикулярно поверхности проводника.

В любой точке непосредственно над поверхностью проводника плотность поверхностного заряда и величина электрического поля E связаны соотношением

Чтобы убедиться в этом, рассмотрим бесконечно малый цилиндр Гаусса, окружающий точку на поверхности проводника, как показано на (рис.). Цилиндр имеет один торец внутри и один торец снаружи поверхности. Высота и площадь поперечного сечения цилиндра равны и соответственно. Бока цилиндра перпендикулярны поверхности проводника, а его торцы параллельны поверхности.Поскольку цилиндр бесконечно мал, плотность заряда практически постоянна по всей замкнутой поверхности, поэтому общий заряд внутри гауссова цилиндра равен . Теперь E перпендикулярно поверхности проводника вне проводника и обращается в нуль внутри него, потому что иначе заряды ускорялись бы, и мы не были бы в равновесии. Таким образом, электрический поток пересекает только внешний торец гауссовой поверхности и может быть записан как , так как цилиндр считается достаточно малым, чтобы E было примерно постоянным на этой площади.По закону Гаусса,

Таким образом,

Бесконечно малая цилиндрическая гауссова поверхность окружает точку P , лежащую на поверхности проводника. Поле перпендикулярно поверхности проводника вне проводника и обращается в нуль внутри него.

Электрическое поле проводящей пластины Бесконечная проводящая пластина на (рисунке) имеет однородную плотность поверхностного заряда. Используйте закон Гаусса, чтобы найти электрическое поле вне пластины. Сравните этот результат с ранее вычисленным непосредственно.

Вид сбоку на бесконечную проводящую пластину и гауссовский цилиндр с площадью поперечного сечения A .

Стратегия В этом случае мы используем цилиндрическую поверхность Гаусса, вид сбоку которой показан.

Решение Расчет потока аналогичен расчету для бесконечного слоя заряда из предыдущей главы, за одним важным исключением: левая сторона гауссовой поверхности находится внутри проводника, поэтому общий поток через гауссову поверхность равен EA , а не 2 ЕА .Тогда по закону Гаусса

, а электрическое поле вне пластины равно

.

Значение Этот результат согласуется с результатом из предыдущего раздела и согласуется с указанным выше правилом.

Электрическое поле между противоположно заряженными параллельными пластинами Две большие проводящие пластины несут равные и противоположные заряды с поверхностной плотностью заряда, величиной, как показано на (Рисунок). Расстояние между пластинами равно . Чему равно электрическое поле между пластинами?

Электрическое поле между противоположно заряженными параллельными пластинами.Пробный заряд высвобождается на положительной пластине.

Стратегия Обратите внимание, что электрическое поле на поверхности одной пластины зависит только от заряда на этой пластине. Таким образом, применяются с заданными значениями.

Решение Электрическое поле направлено от положительной пластины к отрицательной, как показано на рисунке, и его величина определяется выражением

.

Значение Эта формула применима не только к тарелке. Кроме того, двухпластинчатые системы будут важны позже.

Проводящая сфера Изолированная проводящая сфера ((Рисунок)) имеет радиус R и избыточный заряд q . Чему равно электрическое поле внутри и вне шара?

Изолированная проводящая сфера.

Стратегия Сфера изолирована, поэтому распределение ее поверхностных изменений и электрическое поле этого распределения сферически симметричны. Поэтому мы можем представить поле как . Для вычисления E ( r ) применим закон Гаусса к замкнутой сферической поверхности S радиуса r , концентричной с проводящей сферой.

Решение Поскольку r постоянно и находится на сфере,

Для , S находится внутри проводника, поэтому и закон Гаусса дает

как и ожидалось внутри проводника. Если , S заключает проводник так Из закона Гаусса,

Таким образом, электрическое поле сферы может быть записано как

Значение Обратите внимание, что в области электрическое поле заряда q , помещенного на изолированную проводящую сферу радиусом R , идентично электрическому полю точечного заряда q , расположенного в центре сферы. Отличие заряженного металла от точечного заряда возникает только в пространственных точках внутри проводника. Для точечного заряда, помещенного в центр сферы, электрическое поле не равно нулю в точках пространства, занимаемого сферой, но проводник с таким же количеством заряда имеет в этих точках нулевое электрическое поле ((рисунок)). Однако во внешних точках пространства, где нет различия, и мы можем безнаказанно заменить изолированный заряженный сферический проводник точечным зарядом в его центре.

Электрическое поле положительно заряженного металлического шара. Электрическое поле внутри равно нулю, а электрическое поле снаружи такое же, как электрическое поле точечного заряда в центре, хотя заряд на металлическом шаре находится на поверхности.

Проверьте свое понимание Как изменится описанная выше система, если внешние по отношению к сфере будут заряженные объекты?

Если вокруг есть другие заряженные объекты, то заряды на поверхности сферы не обязательно будут сферически симметричными; в одном направлении будет больше, чем в других направлениях.

Для проводника с полостью, если мы поместим заряд внутрь полости, то в проводнике произойдет разделение зарядов с количеством заряда на внутренней поверхности и количеством заряда на внешней поверхности ((Рисунок)(a )). У того же проводника с зарядом снаружи нет избыточного заряда на внутренней поверхности; как положительные, так и отрицательные индуцированные заряды находятся на внешней поверхности ((рисунок)(b)).

(а) Заряд внутри полости в металле. Распределение зарядов на внешней поверхности не зависит от того, как распределены заряды на внутренней поверхности, так как E -поле внутри металлического тела равно нулю.Однако эта величина заряда на внешней поверхности зависит от величины заряда внутри. (b) Заряд вне проводника, содержащего внутреннюю полость. Полость остается бесплатной. Поляризация зарядов на проводнике происходит на поверхности.

Если проводник имеет две полости, одна из которых имеет заряд внутри, а другая – заряд, в результате поляризации проводника на внутренней поверхности полости a , на внутренней поверхности полости b , и на внешней поверхности ((Рисунок)). Заряды на поверхностях могут быть распределены неравномерно; их распространение зависит от геометрии. Единственное соблюдаемое правило состоит в том, что при достижении равновесия распределение зарядов в проводнике таково, что электрическое поле по распределению зарядов в проводнике компенсирует электрическое поле внешних зарядов во всех точках пространства внутри тела проводника. .

Заряды, индуцированные двумя одинаковыми и противоположными зарядами в двух отдельных полостях проводника. Если суммарный заряд резонатора отличен от нуля, внешняя поверхность заряжается на величину суммарного заряда.

Резюме

  • Электрическое поле внутри проводника исчезает.
  • Любой избыточный заряд, размещенный на проводнике, полностью находится на поверхности проводника.
  • Электрическое поле перпендикулярно поверхности проводника повсюду на этой поверхности.
  • Величина электрического поля непосредственно над поверхностью проводника определяется выражением .

Концептуальные вопросы

Всегда ли электрическое поле внутри металла равно нулю?

В электростатических условиях избыточный заряд проводника находится на его поверхности.Означает ли это, что все электроны проводимости в проводнике находятся на поверхности?

Нет. Если бы металл находился в области нулевого электрического поля, все электроны проводимости были бы равномерно распределены по всему металлу.

Заряд q помещен в полость проводника, как показано ниже. Будет ли заряд вне проводника испытывать электрическое поле из-за присутствия q ?

Дополнительные проблемы

Повторить предыдущую задачу с

Круглая область S концентрична началу координат, имеет радиус a и лежит в плоскости yz . Рассчитать на

(a) Рассчитайте электрический поток через открытую полусферическую поверхность, обусловленный электрическим полем (см. ниже). (b) Если полушарие вращается вокруг оси x , каков поток через него?

а. ; б. ноль, так как поток через верхнюю половину компенсирует поток через нижнюю половину сферы

Предположим, что электрическое поле изолированного точечного заряда пропорционально, а не Определить потоку, который проходит через поверхность сферы радиусом R с центром в заряде.Остается ли в силе закон Гаусса?

Два равных и противоположных заряда величиной Q расположены на оси x в точках + a и – a , как показано ниже. Каков суммарный поток этих зарядов через квадратную поверхность со стороной 2 a , лежащую в плоскости yz с центром в начале координат? ( Подсказка: Определите поток, связанный с каждым зарядом отдельно, затем используйте принцип суперпозиции. Вы можете привести аргумент симметрии.)

Сокурсник вычислил поток через квадрат для системы из предыдущей задачи и получил 0. Что пошло не так?

не сохранял последовательные направления для векторов площадей или электрических полей

Кусок алюминиевой фольги толщиной 0,1 мм имеет заряд, который равномерно распределяется по обеим широким боковым поверхностям. Вы можете игнорировать заряды на тонких сторонах ребер. а) Найдите плотность заряда. (b) Найдите электрическое поле на расстоянии 1 см от центра, предполагая приблизительную плоскую симметрию.

Точечный заряд помещен в центр незаряженной сферической проводящей оболочки с внутренним радиусом 6,0 см и внешним радиусом 9,0 см. Найдите электрическое поле в точках (а), (б) и (в). г) Какие заряды индуцируются на внутренней и внешней поверхностях оболочки?

Задачи-вызовы

Космический телескоп Хаббл может измерять поток энергии от удаленных объектов, таких как сверхновые звезды и звезды. Затем ученые используют эти данные для расчета энергии, излучаемой этим объектом.Выберите межзвездный объект, с помощью которого ученые наблюдали поток на Хаббле (например, Вега), найдите расстояние до этого объекта и размер главного зеркала Хаббла и рассчитайте полный поток энергии. ( Подсказка: Хаббл перехватывает лишь небольшую часть общего потока.)

Учитывая указанную ссылку, используя расстояние до Веги м и диаметр главного зеркала 2,4 м, мы находим, что на длине волны 555,6 нм Вега излучает на этой длине волны.Обратите внимание, что поток через зеркало практически постоянный.

Повторно вывести закон Гаусса для гравитационного поля, направленного положительно наружу.

Сферический резиновый шар несет общий заряд Q , равномерно распределенный по его поверхности. При радиус шара равен R . Затем шар медленно надувают до тех пор, пока его радиус не достигнет 2 Р в момент времени. Определить электрическое поле, создаваемое этим зарядом, как функцию времени (а) на поверхности шара, (б) на поверхности радиусом Р и (в) на поверхности радиусом 2 R .Не обращайте внимания на влияние материала баллона на электрическое поле и примите, что радиус равномерно увеличивается со временем.

Найти электрическое поле большой проводящей пластины, содержащей суммарный заряд q . Пусть A — площадь одной стороны пластины, а h — толщина пластины (см. ниже). Заряд на металлической пластине будет распределяться в основном по двум плоским сторонам и очень мало по краям, если пластина тонкая.

На каждой стороне пластины имеется Q /2, так как чистый заряд равен Q : ,

Сноски

  • 1С. Плимптон и У. Лоутон. 1936. «Очень точная проверка закона силы Кулона между зарядами». Physical Review 50, № 11: 1066, doi:10.1103/PhysRev.50.1066
  • 2Э. Уильямс, Дж. Фаллер и Х. Хилл. 1971. «Новая экспериментальная проверка закона Кулона: лабораторный верхний предел массы покоя фотона». Physical Review Letters 26 , No. 12: 721, doi:10.1103/PhysRevLett.26.721

Глоссарий

свободные электроны
, также называемые электронами проводимости, это электроны в проводнике, которые не связаны с каким-либо конкретным атомом и, следовательно, могут свободно перемещаться вокруг
.

Сверхпроводимость | Физика проводников и изоляторов

Проводники теряют все свое электрическое сопротивление при охлаждении до сверхнизких температур (близких к абсолютному нулю, около -273° по Цельсию).Следует понимать, что сверхпроводимость — это не просто экстраполяция тенденции большинства проводников постепенно терять сопротивление при понижении температуры; скорее, это внезапный квантовый скачок сопротивления от конечного до нуля. Сверхпроводящий материал имеет абсолютно нулевое электрическое сопротивление, а не какую-то небольшую величину .

Впервые сверхпроводимость была обнаружена Х. Камерлинг-Оннесом в Лейденском университете, Нидерланды, в 1911 г. Всего тремя годами ранее, в 1908 г., Оннес разработал метод сжижения газообразного гелия, который обеспечил среду для переохлаждения экспериментальных объектов для всего на несколько градусов выше абсолютного нуля.Решив исследовать изменения электрического сопротивления ртути при охлаждении до такой низкой температуры, он обнаружил, что ее сопротивление падает до , а не до чуть ниже температуры кипения гелия.

Существуют некоторые споры о том, как именно и почему сверхпроводящие материалы обладают сверхпроводимостью. Согласно одной из теорий, электроны группируются и движутся парами (называемые куперовскими парами ) внутри сверхпроводника, а не путешествуют независимо друг от друга, и это как-то связано с их потоком без трения. Интересно, что с некоторыми жидкостями (особенно с жидким гелием) происходит другое явление сверхнизких температур, сверхтекучесть , что приводит к потоку молекул без трения.

Сверхпроводимость обещает исключительные возможности для электрических цепей. Если бы сопротивление проводника можно было полностью исключить, не было бы потерь мощности или неэффективности систем электроснабжения из-за паразитных сопротивлений. Электродвигатели можно было сделать почти идеально (100%) КПД.Такие компоненты, как конденсаторы и катушки индуктивности, идеальные характеристики которых обычно ухудшаются из-за собственных сопротивлений проводов, можно сделать идеальными в практическом смысле. Уже разработаны некоторые практические сверхпроводящие проводники, двигатели и конденсаторы, но их использование в настоящее время ограничено из-за практических проблем, присущих поддержанию сверхнизких температур.

Пороговая температура перехода сверхпроводника от нормальной проводимости к сверхпроводимости называется температурой перехода . Температуры перехода для «классических» сверхпроводников находятся в криогенном диапазоне (около абсолютного нуля), но значительный прогресс был достигнут в разработке «высокотемпературных» сверхпроводников, которые сверхпроводят при более высоких температурах. Один тип представляет собой керамическую смесь иттрия, бария, меди и кислорода, переход которой происходит при относительно спокойной температуре -160° по Цельсию. В идеале сверхпроводник должен работать в диапазоне температур окружающей среды или, по крайней мере, в диапазоне недорогого холодильного оборудования.

В этой таблице показаны критические температуры для некоторых распространенных веществ. Температуры даны в кельвинах, которые имеют тот же приращение, что и градусы Цельсия (увеличение или уменьшение на 1 кельвин равносильно изменению температуры на 1° Цельсия), только со смещением, так что 0 К является абсолютным нулем. Таким образом, нам не придется иметь дело с большим количеством отрицательных цифр.

Материал Элемент/сплав Критическая температура (K)
Алюминий Элемент 1. 20
Кадмий Элемент 0,56
Свинец Элемент 7,2
Меркурий Элемент 4,16
Ниобий Элемент 8,70
Торий Элемент 1,37
Олово Элемент 3,72
Титан Элемент 0.39
Уран Элемент 1,0
Цинк Элемент 0,91
Ниобий/олово Сплав 18,1
Сульфид меди Соединение 1,6

Сверхпроводящие материалы также интересным образом взаимодействуют с магнитными полями. Находясь в сверхпроводящем состоянии, сверхпроводящий материал стремится исключить все магнитные поля, явление, известное как эффект Мейснера . Однако если напряженность магнитного поля превысит критический уровень, сверхпроводящий материал перестанет быть сверхпроводящим. Другими словами, сверхпроводящие материалы потеряют свою сверхпроводимость (независимо от того, насколько холодными они будут) при воздействии слишком сильного магнитного поля. На самом деле, наличие любого магнитного поля снижает критическую температуру любого сверхпроводящего материала: чем сильнее магнитное поле, тем холоднее нужно сделать материал, прежде чем он станет сверхпроводящим.

Это еще одно практическое ограничение сверхпроводников в схемотехнике, поскольку электрический ток через любой проводник создает магнитное поле. Несмотря на то, что сверхпроводящий провод будет иметь нулевое сопротивление противодействующему току, все равно будет предел того, сколько тока может практически пройти через этот провод из-за предела его критического магнитного поля.

Уже существует несколько промышленных применений сверхпроводников, особенно после недавнего (1987 г. ) появления иттрий-барий-медно-кислородной керамики, для охлаждения которой требуется только жидкий азот, а не жидкий гелий.Можно даже заказать комплекты сверхпроводимости у поставщиков образовательных услуг, которые можно использовать в школьных лабораториях (жидкий азот не входит в комплект). Как правило, эти наборы проявляют сверхпроводимость за счет эффекта Мейснера, подвешивая крошечный магнит в воздухе над сверхпроводящим диском, охлаждаемым ванной с жидким азотом.

Нулевое сопротивление, обеспечиваемое сверхпроводящими цепями, приводит к уникальным последствиям. При сверхпроводящем коротком замыкании можно бесконечно поддерживать большие токи при нулевом приложенном напряжении!

Экспериментально доказано, что кольца из сверхпроводящего материала выдерживают непрерывный ток в течение многих лет без приложенного напряжения.Насколько всем известно, нет теоретического ограничения по времени того, как долго ток может поддерживаться без посторонней помощи в сверхпроводящей цепи. Если вы думаете, что это форма вечного двигателя , вы правы! Вопреки распространенному мнению, не существует закона физики, запрещающего вечный двигатель; скорее, запрет выступает против любой машины или системы, производящей больше энергии, чем она потребляет (то, что можно было бы назвать сверхъединичным устройством). В лучшем случае вечный двигатель (например, сверхпроводящее кольцо) годился бы для того, чтобы хранить энергии, а не генерировать ее свободно!

Сверхпроводники

также предлагают некоторые странные возможности, не имеющие ничего общего с законом Ома.Одной из таких возможностей является создание устройства под названием Джозефсоновское соединение , которое действует как своего рода реле, управляя одним током другим током (разумеется, без движущихся частей). Небольшой размер и малое время переключения джозефсоновских переходов могут привести к созданию новых компьютерных схем: альтернатива использованию полупроводниковых транзисторов.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.