Неподвижными электродами

Интерес к индуктивным и емкостным накопителям связан с их относительной физической простотой, поскольку накопление энергии в них происходит только за сче! перемещения электронов в твердых неподвижных проводниках. Такие накопители представляют значительный интерес для самых различных областей науки и техники, от технологической и электрофизической аппаратуры до мощных стационарных и автономных энергетических установок.

Постоянным называют такое поле, которое создано постоянным током в неподвижных проводниках или постоянным магнитом. Вектор магнитной индукции постоянного поля не изменяется во времени, по направлению и величине. Примером может служить поле неподвижного подковообразного магнита или катушки, включенной к источнику постоянного напряжения.

Как ранее было показано, линейный интеграл напряженности электрического поля совершенно не зависит от выбора пути между точками А и В в электростатическом поле и электрическом поле постоянных токов, протекающих в неподвижных проводниках, если путь интегрирования не проходит через источники э. д. с. В таких полях э. д. с. в любом замкнутом контуре, не проходящем через источники э. д. с., равна нулю. Такие поля могут быть полностью охарактеризованы скалярным электрическим потенциалом, т. е. являются потенциальными полями. По отношению к ним применим термин «разность потенциалов в точках А и В».

Постоянным называют такое поле, которое создано постоянным током в неподвижных проводниках или постоянным магнитом. Вектор магнитной индукции постоянного поля не изменяется во времени, по направлению и величине. Примером может служить поле неподвижного подковообразного магнита или катушки, включенной к источнику постоянного напряжения.

Электромашинные генераторы. Действие этих генераторов в принципе основано на наведении э. д. с. в движущихся относительно магнитного поля проводниках или в неподвижных проводниках при движущемся поле.

В дальнейшем мы будем рассматривать .электромагнитное поле в неподвижных средах и, в частности, в неподвижных проводниках. Соответственно во всех уравнениях будем вводить частные производные по времени.

более сложным и вместе с тем весьма важным частным случаем электромагнитного поля является поле постоянных токов, протекающих в неподвижных проводниках, обладающих отличным от нуля электрическим сопротивлением. В этом случае около проводников и внутри них обнаруживаются как постоянное магнитное поле, так и постоянное электрическое поле. Рассмотрению этих случаев посвящаются восьмая, девятая и десятая главы.

В настоящей главе мы будем рассматривать поле постоянных токов в неподвижных проводниках и проводящих средах. Постоянный ток может протекать только в замкнутой проводящей цепи. Если электрическое сопротивление цепи отлично от нуля, то прохождение тока в ней вызывает падение напряжения. Следовательно, как в диэлектрике, окружающем проводники с постоянным током, так и внутри самих проводников будет существовать не только магнитное, но и электрическое поле. Эти постоянные поля называют стационарными. •

В дальнейшем будем рассматривать электромагнитное поле в неподвижных средах, и в частности в неподвижных проводниках. Соответственно во всех уравнениях будем вводить частные производные по времени.

Другим простейшим случаем является система неподвижных сверхпроводящих контуров, по которым протекают постоянные токи. Около таких контуров обнаруживается только статическое магнитное поле. Действительно, электрическое поле в такой системе полностью отсутствует, так как магнитный поток не изменяется во времени и, следовательно, в пространстве не индуцируется никаких ЭДС и, кроме того, сопротивление проводников, а следовательно, и падение напряжения в проводниках равны нулю. Магнитное поле неподвижных постоянных магнитов имеет такой же характер, как и поле около неподвижных сверхпроводящих контуров с токами, так как оно создается элементарными токами в теле магнита, протекающими без потерь энергии. Несколько более сложным и вместе с тем весьма важным частным случаем электромагнитного поля является поле постоянных токов, протекающих в неподвижных проводниках, обладающих отличным от нуля электрическим сопротивлением. В этом случае около проводников и внутри них обнаруживаются как постоянное магнитное поле, так и постоянное электрическое поле. Рассмотрению этих случаев посвящаются двадцать шестая, двадцать седьмая и двадцать восьмая главы.

В настоящей главе будем рассматривать поле постоянных токов в неподвижных проводниках и проводящих средах. Постоянный ток может протекать только в замкнутой проводящей цепи. Если электрическое сопротивление цепи отлично от нуля, то прохождение тока в ней вызывает падение напряжения. Следовательно, как в диэлектрике, окружающем проводники с постоянным током, так и внутри самих проводников будет существовать не только магнитное, но и электрическое поле. Эти постоянные поля называют стационарными.

Как ранее было показано, линейный интеграл напряженности электрического поля совершенно не зависит от выбора пути между точками Аи В в электростатическом поле и электрическом поле постоянных токов, протекающих в неподвижных проводниках, если путь интегрирования не проходит через источники ЭДС. В таких полях ЭДС в любом замкнутом контуре, не проходящем через источники ЭДС, равна нулю. Такие поля могут быть полностью охарактеризованы скалярным электрическим потенциалом, т. е. являются потенциальными полями. По отношению к ним применим термин «разность потенциалов в точках А и В».

В квадрантном электрометре ( 2-3) подвижная часть представляет собой электрод 1, выполненный из тонкой металлической фольги, подвешенный на кварцевой нити 2. С электродом жестко скреплено зеркало 3. Подвижный электрод расположен внутри неподвижных электродов 4 (квадрантов). На рисунке показана схема соединения электродов, позволяющая получить наивысшую чувствительность. Ось вращения подвижного электрода должна совпадать с осью симметрии неподвижных электродов. Если к зажимам Ux подать напряжение, то между подвижным и неподвижными электродами появятся электростатические силы взаимодействия, которые вызовут поворот подвижного электрода и закручивание нити подвеса. Подвижный электрод установится в новое положение, при котором момент вращения электростатических сил будет равен противодействующему моменту закручивания нити. Теория прибора показывает, что угол поворота а подвижной части пропорционален измеряемому напряжению:

Струнный электрометр ( 2-4) состоит из двух неподвижных узких электродов / в форме ножей и подвижного электрода 2 — платиновой струны толщиной 1—5 мкм и длиной 50—100 мм. Струна натянута в зазоре между неподвижными электродами. Нижний конец ее закреплен в янтарном изоляторе 3, верхний конец прикреплен к кварцевому кольцу 4 и через него к микрометриче-

струны. Расстояние между неподвижными электродами, также ук-

чтобы подвижный электрод втягивался в пространство между неподвижными электродами и поворачивал указатель. Подвижная часть может быть укреплена на опорах, растяжках или на подвесе, а в качестве указателя кроме стрелки применяют также световой луч. Электроды изготавливаются из алюминия.

Важным вопросом при конструировании электростатических вольтметров является применение высококачественной изоляции между подвижными и неподвижными электродами.

На 10.2, а приведена схема измерения тока с помощью электрометра Э, измеряющего падение напряжения U0=IxRo на высокоомном резисторе R0. Ключ предназначен для снятия заряда с конденсатора, образованного подвижным и неподвижными электродами электрометра. Препятствием к измерению очень малых токов является нестабильность нулевого положения электрометра — медленное одностороннее смещение указателя от-счетного устройства и хаотические колебания указателя около его среднего положения — вследствие флюктуа-ционных помех, обусловленных, например, тепловыми шумами в резисторах.

(или отталкивания) между электрически заряженными телами. Между двумя неподвижными электродами 1 помещается подвижный электрод 2, укрепленный на оси 3. При наличии постоянного или переменного напряжения U между подвижным и неподвижными электродами возникает электрическое поле. Под действием сил этого поля подвижный электрод стремится занять такое положение, при котором энергия электрического поля будет иметь максимальное значение. Вращающий момент, действующий на подвижный электрод,

На 7.6 приведена конструкция дифференциального преобразователя давления, в котором упругий элемент 1 (в данной конструкции это мембрана-плита, изготовленная заодно с корпусом) не является непосредственно электродом. Подвижным электродом преобразователя служит пластина 2, соединенная с помощью шпильки с жестким центром мембраны. Неподвижными электродами являются пластины 3 и 4, выполненные в виде фигурных металлических дисков со стеклянными цилиндрическими стойками 5, соединенными с корпусом методом спекания [86]. Такая конструкция преобразователя позволяет увеличить при прочих равных условиях его чувствительность. Действительно, если площадь подвижного электрода равна эквивалентной площади мембраны, то, как это следует из (7.11), перемещение центра мембраны и соответственно подвижного электрода ( 7.4, в) будет

Электростатические приборы ( 9-10). Принцип действия прибора основан на использовании сил взаимного притяжения (или отталкивания) между электрически заряженными проводниками. Между двумя неподвижными электродами 1 помещается подвижный электрод 2, укрепленный на оси 3 ( 9-10). При наличии постоянного или переменного напряжения U между подвижным и неподвижными электродами возникает электрическое поле. Под действием сил этого поля подвижный электрод стремится занять такое положение, при котором энергия электрического поля будет иметь максимальное значение. Вращающий момент, действующий на подвижный электрод,

Принцип действия электростатического измерительного механизма основан на использовании энергии электрического поля системы нескольких заряженных тел. Электростатический измерительный механизм можно представить в виде конденсатора с системой, состоящей из подвижных и неподвижных электродов. Если к такому механизму приложено напряжение U, то между подвижными и неподвижными электродами конденсатора возникает сила, действующая в направлении увеличения емкости, т. е. в сторону увеличения энергии поля. Под действием этой силы подвижный электрод измерительного механизма перемещается. Величина этого перемещения служит мерой измеряемого напряжения.

В объемном электростатическом измерительном механизме ( 8-1, в) подвижным элементом служит диэлектрик / (стекло), помещенный между двумя неподвижными электродами 2. Так как пла-