От лат evaporo испаряю и греч grapho пи­шу), метод получения изображений объектов в их собственном (обычно ик) тепловом излучении. Предложен нем

Вид материалаДокументы

Содержание


Электрическая ёмкость
Электрическая индукция
Электрическая постоянная
Электрическая прочность
Электрические колебания
Электрические разряды в га­зах
U между анодом и катодом в газе наз. тихим разрядом.
Е на кривой рис. 1) и наз. пробоем электрическим
Рис. 2. Кривые Пашена для разл. газов. По оси абсцисс отложены произведения p d в мм рт. ст.мм, по оси ординат—. напряжение проб
Рис. 3. Вольтамперная хар-ка разряда: аб — несамостоятельного лавинного
Электрический заряд
Электрический ток
Электрическое напряжение
Г. Я. Мякишев.
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЁМКОСТЬ, ха­рактеристика проводника, количеств. мера его способности удерживать электрич. заряд. В электростатич. поле все точки поверхности провод­ника имеют один и тот же потенциал. Потенциал  (отсчитываемый от нуле­вого уровня на бесконечности) про­порц. заряду q проводника, т. е. от­ношение q к  не зависит от q. Это позволяет ввести понятие Э. ё. С уе­динённого проводника, к-рая равна отношению заряда проводника к потен­циалу: C=g/. Т. о., чем больше Э. ё., тем больший заряд может накопить проводник при данном . Э. ё. опре­деляется геом. размерами проводника, его формой и электрич. св-вами окру­жающей среды (её диэлектрической проницаемостью) и не зависит от ма­териала проводника. В частности, Э. ё. проводящего шара в вакууме в системе СГСЭ равна его радиусу. На­личие вблизи проводника др. тел изменяет его Э. ё., т. к. потенциал проводника зависит и от электрич. по­лей, создаваемых зарядами, наведён­ными в окружающих телах вследствие электростатической индукции.

В системе ед. СГСЭ Э. ё. измеряется в сантиметрах, в СИ — в фарадах: 1 Ф=9•1011 см.

Понятие Э. ё. относится также к системе проводников, в частности двух проводников, разделённых тонким слоем диэлектрика,— электрич. кон­денсатору. Э. ё. конденсатора (взаим­ная ёмкость его обкладок) С=q/(1-2), где q — заряд одной из об­кладок (заряды обкладок по абс. вели­чине равны), 1-2 — разность потен­циалов между обкладками. Э. ё. конден­сатора практически не зависит от на­личия окружающих тел и может дости­гать очень большой величины при ма­лых геом. размерах конденсаторов.

Г. Я. Мякишев.

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ИНДУКЦИЯ (D), векторная величина, характеризующая электрич. поле и равная сумме двух векторов разл. природы: напряжён­ности электрического поля Е — гл. хар-ки поля и поляризации среды Р, к-рая определяет электрич. состоя­ние в-ва в этом поле. В Гаусса системе единиц

D=E+4P, (1)

в СИ

D=0E+P, (1')

где 0 — размерная константа, наз. электрической постоянной или ди­электрич. проницаемостью вакуума.

В изотропном в-ве, не обладающем сегнетоэлектрич. св-вами, при слабых полях вектор поляризации прямо про­порц. напряжённости поля. В системе Гаусса

Р=еЕ, (2)

где е — пост. безразмерная величи­на, наз. диэлектрической восприимчи­востью. Для сегнетоэлектриков е зависит от Е, и связь между Р и Е становится нелинейной.

Подставив выражение (2) в (1), получим:

D =(1+4e)E=E. (3)

Величина

=1+4е (4)

наз. диэлектрической проницаемостью в-ва.

В системе СИ



Смысл введения вектора Э. и. со­стоит в том, что поток вектора D через любую замкнутую поверхность определяется только свободными заря­дами, а не всеми зарядами внутри объёма, ограниченного данной поверх­ностью, подобно потоку вектора Е. Это позволяет не рассматривать свя­занные (поляризационные) заряды и упрощает решение мн. задач.

Г. Я. Мякишев,

862


ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПОСТОЯННАЯ (0) (по старой терминологии — ди­электрич. проницаемость вакуума), физ. постоянная, входящая в ур-ния законов электрич. поля (см., напр., Кулона закон) при записи этих ур-ний в рационализованной форме, в соот­ветствии с к-рой образованы электрич. и магн. ед. Международной системы

единиц. 0=(0с2)-1=(107/4c2) Ф•м-1=8,85418782(7) •10-12 Ф•м-1, где 0магнитная постоянная. В отличие от диэлектрич. проницаемо­сти  (зависящей от типа в-ва, темп-ры, давления и др. параметров), 0 зави­сит только от выбора системы ед. В СГС системе единиц (гауссовой) 0=1.

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ, на­пряжённость электрич. однородного поля Епр, при к-рой наступает эле­ктрический пробой в-ва. У слюды, кварца и др. «хороших» диэлектриков Ёпр~106—107 В/см; в очищенных и обезгаженных жидких диэлектриках Eпр~106В/см; в газах Э. п. зависит от давления и др. условий; для воздуха при норм. условиях и толщине слоя ~1 см Eпр~3•104 В/см (см. Элект­рические разряды в газах). У полупро­водников Епр изменяется в широких пределах от 106 В/см до долей В/см.

• См. лит. при ст. Диэлектрики.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ, электромагнитные колебания в ква­зистационарных цепях, размеры к-рых малы по сравнению с длиной эл.-магн. волны. Это позволяет не учитывать волнового характера процессов и опи­сывать их как колебания электрич. зарядов Q (в ёмкостных элементах цепи) и токов I (в индуктивных и диссипативных элементах) в соответ­ствии с ур-нием непрерывности: I=±dQ/dt. В случае одиночного колеба­тельного контура Э. к. описываются ур-нием:



где L — самоиндукция, С — ёмкость, R — сопротивление, ξ — внешняя

ЭДС.

М. А. Миллер.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ РАЗРЯДЫ В ГА­ЗАХ, прохождение электрич. тока через газовую среду, сопровождаю­щееся изменением состояния газа. Многообразие условий, определяющих исходное состояние газа (состав, дав­ление и т. д.), внеш. воздействий на газ, материалов, форм и расположения электродов, конфигурации возникаю­щего в газе электрич. поля и т. п. приводит к тому, что существует мно­жество видов Э. р. в г., причём их законы сложнее, чем законы прохож­дения электрич. тока в металлах и электролитах. Э. р. в г. подчиняются Ома закону лишь при очень малой приложенной извне разности потен­циалов, поэтому их электрич. св-ва описывают с помощью вольтамперной хар-ки (рис. 1 и 3).

Газы становятся электропроводны­ми в результате их ионизации. Если Э. р. в г. происходит только при вы­зывающем и поддерживающем иони­зацию внеш. воздействии (при дейст­вии т. н. внеш. ионизаторов), его наз. несамостоят. разрядом. Э. р. в г., продолжающийся и после прекраще­ния действия внеш. ионизатора, наз. самостоят. разрядом.

Несамостоят. разряд при малом значении разности потенциалов U между анодом и катодом в газе наз. тихим разрядом. При повышении U сила тока i тихого разряда сначала увеличивается пропорц. напряжению (участок кривой ОА на рис. 1), затем рост тока замедляется (участок кривой АВ) и, когда все заряж. ч-цы, возник­шие под действием ионизатора в ед. времени, уходят за то же время на катод и на анод, усиление тока с рос­том напряжения не происходит (уча­сток ВС). При дальнейшем росте на­пряжения ток снова возрастает и тихий разряд переходит в несамостоятель­ный лавинный разряд (участок СЕ). В этом случае сапа тока определяется как интенсивностью воздействия иони­затора, так и газовым усилением, к-рое зависит от давления газа и на­пряжённости электрич. поля в области, занимаемой разрядом.

Тихий разряд наблюдается при дав­лении газа порядка атмосферного. Внеш. ионизаторами могут быть: радиоакт. излучение, космические лучи, свет, пучки быстрых эл-нов и т. д. Ионизаторы двух последних типов используются (преим. в импульсном режиме) в нек-рых типах газовых лазеров.

Переход несамостоят. Э. р. в г. в самостоятельный характеризуется рез­ким усилением электрич. тока (точка Е на кривой рис. 1) и наз. пробоем электрическим газа.



Рис. 1. Вольтамперная хар-ка тихого разряда.


Соответствующее напряжение Uз наз. напряжением зажигания (см. Зажигания потенциал). В случае однородного поля оно зависит от вида газа и от произведения давле­ния газа р на расстояние между элек­тродами d (рис. 2 и ст. Пашена закон). Разряд после электрич. пробоя прини­мает форму тлеющего разряда, если давление газа низко (неск. мм рт. ст.). При более высоком давлении (напр., при атмосферном) лавинное усиление Э. р. в г. приводит к возникновению пространств. заряда, что меняет хар-р процесса пробоя. Между электродами образуется один или неск. узких про­водящих (заполненных плазмой) каналов, к-рые наз. стримерами. Вре­мя образования стримеров очень мало (ок. 10-7 с). После короткого переход­ного процесса самостоятельный газовый разряд становится стационарным. Обычно такой разряд осуществляют в закрытом изолированном сосуде (стек­лянном или керамическом). Ток в газе течёт между двумя электродами: от­рицат. катодом и положит. анодом. Одним из осн. ти­пов газового разря­да, формирующим­ся, как правило,




Рис. 2. Кривые Пашена для разл. газов. По оси абсцисс отложены произведения p d в мм рт. ст.мм, по оси ординат—. напряжение пробоя Uз в В.


при низком давлении и малом токе (участок в на рис. 3), явл. тлеющий разряд. Гл. четыре области разрядного пр-ва, характерные для тлеющего разряда, это: катодное тёмное пр-во, тлеющее (или отрицательное) свече­ние, фарадеево тёмное пр-во, положи­тельный столб. Первые три области находятся вблизи катода и образуют катодную часть разряда, в к-рой происходит резкое падение потенциа­ла (катодное падение), связанное с большой концентрацией положит. ионов на границе катодного тёмного пр-ва и тлеющего свечения. Эл-ны, ускоренные в области катодного тём­ного пр-ва, производят в области тлею­щего свечения интенсивную ударную ионизацию. Тлеющее свечение обус­ловлено рекомбинацией ионов и эл-нов в нейтр. атомы или молекулы. Для положит. столба разряда вследствие постоянной и большой концентрации эл-нов характерны незначит. падение потенциала в нём, свечение, вызывае­мое возвращением возбуждённых мо­лекул (атомов) газа в основное состоя­ние, и большая электропроводность.

Стационарность в положит. столбе объясняется взаимной компенсацией процессов образования и потерь заряж. ч-ц. Образование таких ч-ц происхо­дит при ионизации атомов и молекул в результате столкновений с ними эл-нов. К потерям заряж. ч-ц приводит амбиполярная диффузия к стенке сосуда, ограничивающего разрядный объём, и следующая за этим рекомби­нация. Диффуз. потоки, направленные не к стенке, а вдоль разрядного тока, часто ведут к образованию в положит. столбе своеобразных «слоев», или страт (обычно движущихся).

При увеличении разрядного тока нормальный тлеющий разряд стано­вится аномальным (рис. 3) и начина­ется стягивание (контракция) положит. столба. Столб отрывается от стенок сосуда, в нём начинает происходить

863


дополнит. процесс потери заряж. ч-ц (рекомбинация в объёме). Предпосыл­кой для этого явл. увеличение плот­ности заряж. ч-ц. При дальнейшем повышении разрядного тока ток на катоде стягивается в катодное пятно, катодное падение потенциала резко снижается и тлеющий разряд скачком переходит в дуговой разряд. Электро­проводность столба повышается, вольтамперная хар-ка приобретает падающий хар-р (точка г, рис. 3).



Рис. 3. Вольтамперная хар-ка разряда: аб — несамостоятельного лавинного;

бвг — тлеющего (нормального и аномаль­ного); гд — дугового (ток в амперах).


Хотя ду­говой разряд может «гореть» в широ­ком диапазоне давлений газа, в боль­шинстве практически интересных слу­чаев он реализуется при давлении порядка атмосферного.

Во всех случаях формирования са­мостоят. Э. р. в г. особое значение имеют приэлектродные процессы, при­чём ситуация у катода сложнее, чем у анода. При тлеющем разряде непре­рывная связь между катодом и поло­жит. столбом обеспечивается за счёт высокого значения катодного падения потенциала. В самостоятельном дуго­вом разряде перенос тока в прикатодной области осуществляется за счёт термоэлектронной эмиссии или др. более сложных механизмов.

Все рассмотренные выше Э. р. в г. происходят под действием пост. элек­трич. напряжения. Однако газовые разряды могут протекать и под дей­ствием перем. электрич. напряжения. Такие разряды имеют стационарный хар-р, если частота перем. напряже­ния достаточно высока (или, наоборот, настолько низка, что полупериод перем напряжения во много раз боль­ше времени установления разряда, так что каждый электрод попеременно слу­жит катодом и анодом). Типичным при­мером может служить высокочастот­ный разряд. ВЧ разряд может «гореть» даже при отсутствии электродов (без­электродный разряд). Перем. электрич. поле создаёт в определ. объёме плазму и сообщает эл-нам энергию, достаточ­ную для того, чтобы производимая ими ионизация восполняла потери заряж. ч-ц вследствие диффузии и рекомбинации. Внеш. вид и хар-ки ВЧ разрядов зависят от рода газа, его давления, частоты перем. поля и подводимой мощности. Элем. процес­сы на поверхности тв. тела (металла или изолятора разрядной камеры)

играют определ. роль только в про­цессе «поджига» разряда. Столб ста­ционарного ВЧ разряда подобен положит. столбу тлеющего разряда.

Кроме установившихся разрядов, осн. хар-ки к-рых не зависят от вре­мени, существуют неустановившиеся Э. р. в г. Они возникают обычно в сильно неоднородных полях, напр. у заострённых и искривлённых поверх­ностей проводников и электродов. Величина напряжённости поля и сте­пень его неоднородности вблизи та­ких тел столь велики, что происходит ударная ионизация эл-нами молекул газа. Два важных типа неустановив­шегося разряда — коронный разряд и искровой разряд.

При коронном разряде ионизация не приводит к пробою, потому что сильная неоднородность электрич. поля, обусловливающая её, сущест­вует только в непосредств. близости от проводов и остриёв. Коронный разряд представляет собой многократ­но повторяющийся процесс поджига, к-рый распространяется на ограни­ченное расстояние от проводника, до области, где напряжённость поля уже недостаточна для поддержания разряда. Искровой разряд, в отличие от коронного, приводит к пробою. Этот Э. р. в г. имеет вид прерывистых ярких зигзагообразных разветвляю­щихся, заполненных ионизованным газом нитей-каналов, к-рые пронизы­вают промежуток между электродами и исчезают, сменяясь новыми. Искро­вой разряд сопровождается выделе­нием большого кол-ва теплоты и яр­ким свечением. Он проходит след. стадии: резкое увеличение числа эл-нов в сильно неоднородном поле близ проводника (электрода) в результате тюследоват. актов ионизации, начинае­мых немногими, случайно возникши­ми свободными эл-нами; образование электронных лавин; переход лавин в стримеры под действием пространств. заряда, когда плотность заряж. ч-ц в головной части каждой лавины превы­сит нек-рую критическую. Совместное действие пространств. заряда, ионизи­рующих эл-нов и фотонов в «головке» стримера приводит к увеличению ско­рости развития разряда. Примером естественного искрового разряда явл. молния, длина к-рой может достигать неск. км, а макс. сила тока — неск. сотен тысяч А.

Все виды Э. р. в г. исследуются и применяются при возбуждении газо­вых лазеров. Дуговой или ВЧ разря­ды явл. осн. рабочими процессами в плазмотронах. На применении искро­вого разряда основаны прецизионные методы электроискровой обработки. При фокусировке лазерного светового излучения происходит пробой воздуха в фокусе и возникает безэлектродный разряд (подобный ВЧ разряду и искре), наз. лазерной искрой. Мощ­ные сильноточные разряды в водороде служили первыми шагами на пути к управляемому термоядерному синтезу.

В системе естеств. наук изучение Э. р. в г. занимает место в физике плазмы. При Э. р. в г. образуется низкотемпературная плазма, для к-рой характерна малая степень ионизации. В отличие от высокотемпературной (полностью ионизованной) плазмы в низкотемпературной плазме атомы или молекулы нейтр. газа играют важную роль. Эл-ны, ионы и нейтр. ч-цы «мяг­ко» взаимодействуют. Вследствие этого может возникнуть термодинамически неравновесная ситуация, при к-рой эл-ны, ионы и нейтр. газ имеют разные темп-ры. Эта ситуация ещё более услож­няется, если в балансе энергии Э. р. в г. нельзя пренебречь световым излу­чением (напр., в сильноточных дуго­вых разрядах). В таких случаях низ­котемпературную плазму необходимо описывать с помощью кинетич. тео­рии плазмы.

• Э н г е л ь А., Ш т е н б е к М., Фи­зика и техника электрического разряда в газах, пер. с нем., т. 1—2, М.— Л., 1935— 1936; Грановский В. Л., Электриче­ский ток в газе. Установившийся ток, М., 1971; Капцов Н. А., Электроника,

2 изд., М., 1956; Мик Дж., Крэгс Дж., Электрический пробой в газах, пер. с англ., М., 1960; Браун С., Элементарные про­цессы в плазме газового разряда, [пер. с англ.], М., 1961; Физика и техника низко­температурной плазмы, М., 1972; Р а й з е р Ю. П., Основы современной физики газоразрядных процессов, М., 1980.

М. Штеенбек, Л. Ротхардт (ГДР).

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД, источник эл.-магн. поля, связанный с матер. носителем; внутр. хар-ка элем. ч-цы, определяющая её электромагнитное взаимодействие. Вся совокупность электрич. и магн. явлений есть прояв­ление существования, движения и вз-ствия Э. з.

Различают два вида Э. з., условно наз. положительными и отрицатель­ными; при этом одноимённо заряж. тела (ч-цы) отталкиваются, а разно­имённо заряженные — притягиваются. Заряд наэлектризованной стеклянной палочки назвали положительным, а смоляной (в частности, янтарной) — отрицательным. В соответствии с этим условием Э. з. эл-на (эл-н по-греч. янтарь) — отрицателен. Э. з. дискре­тен: существует минимальный эле­ментарный электрический заряд, к-ро­му кратны все Э. з. ч-ц и тел. Полный Э. з. замкнутой физ. системы, рав­ный алгебр. сумме зарядов слагающих систему элем. ч-ц (для обычных мак­роскопич. тел — протонов и эл-нов), строго сохраняется во всех вз-ствиях и превращениях ч-ц этой системы (см. Заряда сохранения закон). Сила вз-ствия между покоящимися заряж. телами (ч-цами) подчиняется Кулона закону. Связь Э. з. с эл.-магн. полем определяется Максвелла уравнениями.

В СИ Э. з. измеряется в кулонах.

Л. И. Пономарёв.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК, упорядо­ченное (направленное) движение элек­трически заряж. ч-ц или заряж. макроскопич. тел. За направление тока принимают направление движе­ния положительно заряж. ч-ц; если ток создаётся отрицательно заряж.

864


ч-цами (напр., эл-нами), то направле­ние тока считают противоположным направлению движения ч-ц. Разли­чают Э. т. проводимости, связанный с движением заряж. ч-ц относительно той или иной среды (т. е. внутри макроскопич. тел), и конвекционный ток — движение макроскопич. за­ряж. тел как целого (напр., заряж. капель дождя).

О наличии Э. т. в проводниках можно судить по действиям, к-рые он произ­водит: нагреванию проводников, изме­нению их хим. состава, созданию магн. поля. Магн. действие тока про­является у всех без исключения про­водников; в сверхпроводниках не проис­ходит выделения теплоты, а хим. дей­ствие тока наблюдается преим. в элек­тролитах. Магн. поле порождается не только током проводимости или конвекц. током, но и перем. электрич. полем в диэлектриках и вакууме. Величину, пропорц. скорости измене­ния электрич. поля во времени, Дж. Максвелл назвал током смещения. Ток смещения входит в Максвелла уравнения на равных правах с током, обусловленным движением зарядов. Поэтому полный Э. т., равный сумме тока проводимости и тока смещения, определяет создаваемое им магн. поле.

Количественно Э. т. характеризу­ется скалярной величиной — силой тока I и векторной величиной — плот­ностью электрического тока у. При равномерном распределении плотности тока по сечению проводника

I=jS=q0nv~S,

где q0 — заряд ч-цы, n — число ч-ц в ед. объёма, v~ — ср. скорость направл. движения ч-ц, S — площадь поперечного сечения проводника.

Для возникновения и существования Э. т. необходимо наличие свободных заряж. ч-ц (т. е. положит. или отри­цат. заряж. ч-ц, не связанных в единую электрически нейтр. систему) и силы, создающей и поддерживающей их упорядоч. движение. Обычно та­кой силой явл. сила со стороны элект­рич. поля внутри проводника, к-рое определяется электрич. напряжением на концах проводника. Если напря­жение не меняется во времени, то в проводнике устанавливается постоян­ный ток, если меняется — перемен­ный ток.

Важнейшей хар-кой проводника явл. зависимость силы тока от напряже­ния —вольтамперная хар-ка. Для металлич. проводников и электроли­тов она определяется Ома законом.

Способность в-в пропускать Э. т. характеризуется электропроводностью (или электрическим сопро­тивлением).

• Тамм И. Е., Основы теории электри­чества, 9 изд., М., 1976, гл. 3, 6; Калаш­ников С. Г., Электричество, 4 изд., М., 1977, гл. 6, 14 — 16, 18 (Общий курс физики).

Г. Я. Мякишев.

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ между двумя точками электрической цепи или электрич. поля, равно работе электрич. поля по перемещению единичного положит. заряда из одной точки в другую. В потенц. электрич. поле (электростатическом поле) эта работа не зависит от пути, по к-рому перемещается заряд; в этом случае Э. н. (или просто напряжение) между двумя точками совпадает с разностью потенциалов между ними.

Если поле непотенциально, то Э. н. зависит от пути, по к-рому перемеща­ется заряд между точками. Непотенц. силы, наз. сторонними, дей­ствуют внутри любого источника постоянного тока. Напряжение на за­жимах источника тока измеряется работой электрич. тока по переме­щению единичного положит. заряда вдоль пути, лежащего вне источника; в этом случае Э. н. равно разности потенциалов на зажимах источника и определяется законом Ома: U=ξ-IRi=IR, где I — сила тока, Ri — внутр. сопротивление источника R — сопротивление внеш. цепи, а ξ — его электродвижущая сила (эдс). При разомкнутой цепи (I=0) напряже­ние равно эдс источника. Поэтому эдс источника часто определяют как Э. н. на его зажимах при разомкну­той цепи.

В случае переменного тока Э. н. обычно определяется действующим (эффективным) среднеквадратичным за период — значением. Напря­жение на зажимах источника перем. тока или катушки индуктивности измеряется работой электрич. поля по перемещению единичного положит. заряда вдоль пути, лежащего вне источника или катушки. Вихревое (непотенциальное) электрич. поле на этом пути практически отсутствует, и напряжение равно разности потенциа­лов. Э. н. обычно измеряют вольтмет­ром. Единица Э. н. в системе СИ — вольт.

Г. Я. Мякишев.