Какое поле называется электростатическим

Электростатическое поле.Статическое электричество.

Закон Кулона определяет силу взаимодействия между электрическими зарядами, но не объясняет, как это взаимодействие передается на расстояние от одного тела к другому.
Опыты показывают, что это взаимодействие наблюдается и тогда, когда наэлектризованные тела находятся в вакууме. Значит, для электрического взаимодействия не нужна среда. По теории, развитой М. Фарадеем и Дж. Максвеллом, в пространстве, где находится электрический заряд, существует электрическое поле.

Электростатическое поле

— особый вид материи, ее источником являются неподвижные относительно рассматриваемой инерциальной системы отсчета (ИСО) заряды, посредством которой осуществляется их взаимодействие.

Таким образом, электростатическое поле — материально. Оно непрерывно в пространстве. Исходя из современных представлений, неподвижная заряженная частица является источником электростатического поля, а наличие поля — признаком существования самой заряженной частицы. Взаимодействие электрических зарядов сводится к следующему: поле заряда q

1 действует на заряд
q
2, а поле заряда
q
2 действует на заряд
q
1. Эти взаимодействия передаются не мгновенно, а с конечной скоростью, равной скорости света
с
= 300000 км/с. Электрическое поле, создаваемое неподвижными электрическими зарядами, относительно рассматриваемой ИСО называется электростатическим.

Мы не можем непосредственно воспринимать электростатическое поле с помощью наших органов чувств. О существовании электростатического поля мы можем судить по его действиям. Электростатическое поле заряда действует с некоторой силой на любой другой заряд, оказавшийся в поле данного заряда.

Сила, с которой электростатическое поле действует на внесенный в него электрический заряд, называется электрической силой

Действие электростатического поля на заряд зависит от расположения заряда в этом поле.

Если есть несколько заряженных тел, расположенных в различных точках пространства, то в любой точке этого пространства будет проявляться совместное действие всех зарядов, т.е. электростатического поля, создаваемого всеми этими заряженными телами.

Электростатическое поле источник поля. Источники электромагнитных полей и излучений

Все тела в природе способны электризоваться, т.е. приобретать электрический заряд. Наличие электрического заряда проявляется в том, что заряженное тело взаимодействует с другими заряженными телами. Имеются два вида электрических зарядов, условно называемых положительными и отрицательными. Одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются.

Электрический заряд является неотъемлемым свойством некоторых элементарных частиц. Заряд всех заряженных элементарных частиц одинаков по абсолютной величине и равен 1,6×10 –19 Кл. Носителем элементарного отрицательного электрического заряда является, например, электрон. Протон несет положительный заряд, нейтрон электрического заряда не имеет. Атомы и молекулы всех веществ построены из протонов, нейтронов и электронов. Обычно протоны и электроны присутствуют в равных количествах и распределены в веществе с одинаковой плотностью, поэтому тела нейтральны. Процесс электризации заключается в создании в теле избытка частиц одного знака или в их перераспределении (создании в одной части тела избытка заряда одного знака; при этом в целом тело остается нейтральным).

Взаимодействие между покоящимися электрическими зарядами осуществляется через особую форму материи, называемую электрическим полем

. Всякий заряд изменяет свойства окружающего его пространства – создает в нем электростатическое поле. Это поле проявляет себя в силовом действии на любой электрический заряд, помещенный в какую-либо его точку. Опыт показывает, что отношение силы , действующей на точечный заряд
q
, помещенный в данную точку электростатического поля, к величине этого заряда для всех зарядов оказывается одинаковым. Это отношение называется
напряженностью
электрического поляи является его силовой характеристикой:

Опытным путем установлено, что для электростатического поля справедлив принцип суперпозиции

:электростатическое поле , порождаемое несколькими зарядами, равно векторной сумме электростатических полей , порождаемых каждым зарядом в отдельности:

Заряды, помещенные в электростатическое поле, обладают потенциальной энергией. Опыт показывает, что отношение потенциальной энергии W

положительного точечного заряда
q
, помещенного в данную точку поля, к величине этого заряда есть величина постоянная. Это отношение является энергетической характеристикой электростатического поля и называется
потенциалом
:

Потенциал электростатического поля численно равен работе, которую совершают силы поля над единичным положительным зарядом при удалении его из данной точки в бесконечность. Единица измерения вольт (В). Две характеристики электростатического поля – напряженность и потенциал связаны между собой соотношением [ср. с выражением (2.6.4)]

Знак “минус” указывает, что вектор напряженности электрического поля направлен в сторону уменьшения потенциала. Отметим, что если в некоторой области пространства потенциалы всех точек имеют одинаковый потенциал, то

Электростатическое поле также можно изображать графически с помощью силовых линий и эквипотенциальных поверхностей.

Силовой линией

электрического поля называется воображаемая линия, касательная к которой в каждой точке совпадает с направлением вектора напряженности . Силовые линии электростатического поля оказываются
разомкнутыми
:они могут начинаться или заканчиваться только на зарядах либо уходить в бесконечность.

Для графического изображения распределения потенциала электростатического поля используют эквипотенциальные поверхности

– поверхности, во всех точках которых потенциал имеет одинаковое значение.

Легко показать, что силовая линия электростатического поля всегда пересекает эквипотенциальную поверхность под прямым углом. На рисунке 10 представлены силовые линии и эквипотенциальные поверхности точечных электрических зарядов.

Рисунок 10 – Силовые линии и эквипотенциальные поверхности точечных зарядов

Магнитное поле

Опыт показывает, что подобно тому, как в пространстве, окружающем электрические заряды, возникает электростатическое поле, в пространстве, окружающем токи и постоянные магниты, возникает силовое поле, называемое магнитным
.
Наличие магнитного поля обнаруживается по силовому действию на внесенные в него проводники с током и постоянные магниты. Название “магнитное поле” связывают с фактом ориентации магнитной стрелки под действием поля, создаваемого током (Х. Эрстед, 1820).

Электрическое поле действует как на неподвижные, так и на движущиеся в нем электрические заряды. Важнейшая особенность магнитного поля состоит в том, что оно действует только на движущиеся в этом поле электрические заряды.

Опыт показывает, что магнитное поле оказывает ориентирующее действие на магнитную стрелку и рамку с током, поворачивая их определенным образом. За направление магнитного поля в данной точке принимается направление, вдоль которого свободно устанавливается ось тонкой магнитной стрелки в направлении с юга на север или положительная нормаль к плоскому контуру с током.

Количественной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции

. Магнитная индукция в данной точке численно равна максимальному вращающему моменту, действующему на плоскую рамку с током с магнитным моментом
p
m =1 А×м 2:

Опытным путем установлено, что для магнитного поля также справедлив принцип суперпозиции

:магнитное поле , порождаемое несколькими движущимися зарядами (токами), равно векторной сумме магнитных полей , порождаемых каждым зарядом (током) в отдельности.

Постоянное электростатическое поле (ЭСП) — это поле неподвижных электрических зарядов, осуществляющее взаимодействие между ними

Статический ток — это совокупность явлений, связанных с возникновением и сохранением свободного электрического заряда на поверхности и в объеме диэлектрических и полупроводниковых веществ, материалов, изделий или на изолированных проводника.

Возникновение зарядов статического электричества происходит при деформации, дроблении веществ, относительном перемещении двух тел, находящихся в контакте, слоев жидкости и сыпучих материалов, при интенсивном п перемешивании, кристаллизации, а также вследствие инд.

ЭСП характеризуется напряженностью (Б). Напряженность. ЭСП — это отношение силы, действующей в поле на точечный электрический заряд, к величине этого заряда. Единицей измерения напряженности. ЭСП является вольт на метр (В / м мм).

ЭСП создается в энергетических установках и при электротехнических процессах зависимости от источника образования они могут существовать в виде собственного электростатического поля (поля неподвижных зарядов) или стац ционарного электрического поля (электрическое поле постоянного тока).

Где используются ЭСП?

ЭСП имеют широкое применение при електрогазоочищенни, электростатической сепарации материалов, электростатическом нанесении лакокрасочных и полимерных материалов и в других производственных процессах

В радиоэлектронной промышленности статический ток образуется при транспортировке, шлифовке, полировке радиотелевизионных приемников, в помещениях вычислительных центров, а также в других процессах где е используются диэлектрические материалы, являющиеся побочным и нежелательным производственных факторов.

ЭСП возникающие при обработке химического волокна, имеет высокие диэлектрические свойства. Уровень напряженности. ЭСП на прядильном и ткацком оборудовании достигает 20-60 кВ / м

В химической промышленности при производстве пластических материалов и изделий из них (шинный корд, линолеум и др.) образуются электростатические заряды и поля напряженностью 240-250 кВ / м

Как влияет ЭСП на организм человека?

Биологическое действие. ЭСП на организм человека определяет наибольшую чувствительность к электростатических полей нервной, сердечно-сосудистой, нейрогуморальной и других систем организма

У рабочих, работающих в зоне действия электрического поля, наблюдаются разнообразные жалобы на раздражительность, головная боль, нарушение сна, снижение аппетита и т др.

У людей, подпадающих под действие. ЭСП, характерна появление своеобразных»фобий», обусловленных страхом ожидания разряда. Склонность к»фобий»преимущественно сопровождается повышенной эмоциональной возбудимостью

Как осуществляется гигиеническое нормирование электростатических полей?

Напряженность электростатического поля нормируется стандартом. ГОСТ 121045-84″Электростатические поля. Допустимые уровни на рабочих местах и??требования к проведению контроля»

Приведенный стандарт распространяется на. ЭСП, возникающие при эксплуатации электрического оборудования высокого напряжения постоянного тока и электризации диэлектрических материалов. Настоящий стандарт устанавливает доп допустимых уровни напряженности электростатических полей на рабочих местах, а также общие требования к проведению контроля и средств защитыу.

Допустимые уровни напряженности. ЭСП устанавливаются в зависимости от времени пребывания на рабочих местах

Предельно допустимый уровень напряженности. ЭСП (Е, ра») принимается согласно стандарту 60 кВ / м в течение одного часа

Если напряженность электростатических полей до 20 кВ / м, время пребывания в. ЭСП не регламентируется

В диапазоне напряженности от 20 до 60 кВ / м, допустимое время пребывания работающих в. ЭСП без средств защиты (/, год) определяется по формуле:

где. Е ^ — фактическое значение напряженности. ЭСП, кВ / м

Для определения напряженности. ЭСП используются измеритель напряженности электростатического поля

Какие защитные средства от воздействия ЭСП?

Использование средств защиты работающих обязательно в тех случаях, когда фактические уровни напряженности. ЭСП на рабочих местах превышают 60 кВ / м

Для защиты от воздействия. ЭСП используют: экранирование источников поля рабочего места, нейтрализаторы статического сотрясения, ограничение времени работы и т др.

При выборе средств защиты от статического электричества должны быть учтены особенности технологических процессов, физико-химические свойства обрабатываемых материалов, микроклимат производственных помещений и т и др.. Приведенные факторы определяют дифференцированный подход при разработке защитных средствеів.

Уменьшение генерации электростатических зарядов или отвод их с наэлектризованных материалов достигается путем:

1) заземление металлических и электропроводных элементов технологического оборудования;

2) увеличение поверхностей и объемной проводимости диэлектриков;

3) установление нейтрализаторов статического электричества

Защитное заземление производится независимо от использования других методов защиты. Заземлению подлежат не только элементы технологического оборудования, но. И изолированные электропроводящие участки технологическо ного оборудования.

Достаточно эффективным средством защиты является увеличение влажности воздуха до 65-75%, если это возможно по условиям технологического процесса

Среди средств индивидуальной защиты используют антистатическое обувь, антистатические халаты, комбинезоны, заземлены браслеты для защиты рук и другие средства, которые могут обеспечивать электростатическое за аземлення тела человек.
Е
, которая является его силовой характеристикой: Напряженность электростатического поля показывает, с какой силой электростатическое поле действует на единичный положительный электрический заряд , помещенный в данную точку поля. Направление вектора напряженности совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд, и противоположно направлению силы, действующий на отрицательный заряд.

Электростатическое поле является стационарным (постоянным), если его напряженность не изменяется с течением времени. Стационарные электростатические поля создаются неподвижными электрическими зарядами.

Электростатическое поле однородно, если вектор его напряженности одинаков во всех точках поля, если вектор напряженности в различных точках различается, поле неоднородно. Однородными электростатическими полями являются, например, электростатические поля равномерно заряженной конечной плоскости и плоского конденсатора вдали от краев его обкладок.

Одно из фундаментальных свойств электростатического поля заключается в том, что работа сил электростатического поля при перемещении заряда из одной точки поля в другую не зависит от траектории движения, а определяется только положением начальной и конечной точек и величиной заряда. Следовательно, работа сил электростатического поля при перемещении заряда по любой замкнутой траектории равна нулю. Силовые поля, обладающие этим свойством, называют потенциальными или консервативными. То есть электростатическое поле — это потенциальное поле, энергетической характеристикой которого является электростатический потенциал , связанным с вектором напряженности Е

Для графического изображения электростатического поля используют силовые линии (линии напряженности) — воображаемые линии, касательные к которым совпадают с направлением вектора напряженности в каждой точке поля.

Для электростатических полей соблюдается принцип суперпозиции . Каждый электрический заряд создает в пространстве электрическое поле независимо от наличия других электрических зарядов. Напряженность результирующего поля, создаваемого системой зарядов, равна геометрической сумме напряженности полей, создаваемых в данной точке каждым из зарядов в отдельности.

Всякий заряд в окружающем его пространстве создает электростатическое поле. Чтобы обнаружить поле в какой-либо точке, надо поместить в точку наблюдения точечный пробный заряд — заряд, который не искажает исследуемое поле (не вызывает перераспределения зарядов, создающих поле).

Поле, создаваемое уединенным точечным зарядом q

, является сферически симметричным. Модуль напряженности уединенного точечного заряда в вакууме с помощью закона Кулона можно представить в виде:

Где e о — электрическая постоянная, = 8, 85 . 10 -12 Ф/м.

Закон Кулона, установленный при помощи созданных им крутильных весов (см. Кулона весы), — один из основных законов, описывающих электростатическое поле. Он устанавливает зависимость между силой взаимодействия зарядов и расстоянием между ними: сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Эту силу называют кулоновской, а поле — кулоновским. В кулоновском поле направление вектора зависит от знака заряда Q: если Q > 0, то вектор направлен по радиусу от заряда, если Q ? раз (? — диэлектрическая проницаемость среды) меньше, чем в вакууме.

Экспериментально установленные закон Кулона и принцип суперпозиции позволяют полностью описать электростатическое поле заданной системы зарядов в вакууме. Однако, свойства электростатического поля можно выразить в другой, более общей форме, не прибегая к представлению о кулоновском поле точечного заряда. Электрическое поле можно характеризовать значением потока вектора напряженности электрического поля, который можно рассчитать в соответствии с теоремой Гаусса . Теорема Гаусса устанавливает связь между потоком напряженности электрического поля через замкнутую поверхность и зарядом внутри этой поверхности. Поток напряженности зависит от распределения поля по поверхности той или иной площади и пропорционален электрическому заряду внутри этой поверхности.

Если изолированный проводник поместить в электрическое поле, то на свободные заряды q

в проводнике будет действовать сила. В результате в проводнике возникает кратковременное перемещение свободных зарядов. Этот процесс закончится тогда, когда собственное электрическое поле зарядов, возникших на поверхности проводника, компенсирует полностью внешнее поле, т. е. установится равновесное распределение зарядов, при котором электростатическое поле внутри проводника обращается в ноль: во всех точках внутри проводника
Е
= 0, то есть поле отсутствует. Силовые линии электростатического поля вне проводника в непосредственной близости к его поверхности перпендикулярны поверхности. Если бы это было не так, то имелась бы составляющая напряженности поля, вдоль поверхности провод­ника и по поверхности протекал бы ток. Заряды располагаются только на поверхности проводника, при этом все точки поверхности проводника имеют одно и то же значение потенциала. Поверхность проводника является эквипотенциальной поверхностью . Если в проводнике есть полость, то электрическое поле в ней также равно нулю; на этом основана электростатическая защита электрических приборов.

Если в электростатическое поле поместить диэлектрик, то в нем происходит процесс поляризации — процесс ориентации диполей или появление под воздействием электрического поля ориентированных по полю диполей. В однородном диэлектрике электростатическое поле вследствие поляризации (см. Поляризация диэлектриков

Электростатическое поле

также как и электрическое поле является особой формой материи, которая окружает тела, имеющие электрический заряд . Но в отличие от последнего, электростатическое поле создается только вокруг неподвижных заряженных тел, то есть, когда нет условий для создания электрического тока .

Электростатическое поле характеризуется свойствами, которые отличают его от других видов полей, образующихся в электрических цепях .

Основное его отличие заключается в том, что его силовые линии никогда не пересекаются и не касаются друг друга. Если электростатическое поле создано положительным зарядом, то его силовые линии начинаются с заряда и заканчиваются где-то в бесконечности. Если мы имеем дело с отрицательным зарядом, то силовые линии его электростатического поля наоборот начинаются где-то в бесконечности, а заканчиваются на самом заряде. То есть они направлены от положительного заряда или к отрицательному.

Кстати чем больше заряд, тем более сильное поле он создает и тем большая густота его силовых линий. Правда силовые линии поля – это скорее графическое (воображаемое) его изображение, принятое в физике и электронике. На самом деле четких отчерченных линий ни одно из полей не создает.

Основная характеристика, по которой судят о электрических и физических свойствах электростатического поля – это его напряженность. Она показывает, с какой силой поле действует на электрические заряды.

Образование электростатического поля может происходить вблизи работающих электроустановок, распределительных устройств, линий электропередачи и др.

Текстильная промышленность. Электростатические помехи в текстильном производстве обусловлены широким использованием химических волокон, обладающих высокими диэлектрическими свойствами и интенсификацией процессов их переработки. Образование электростатических зарядов вследствие электризации текстильных волокон наблюдается практически по всему технологическому циклу. Причиной возникновения электростатических зарядов в прядении и ткачестве является трение и контакт нитей между собой и нитепроводящей гарнитурой. Уровни напряженности электростатического поля на различных видах прядильного и ткацкого оборудования достигают 20-60 кВ/м и выше. Наиболее интенсивная генерация электростатических зарядов отмечается в отделочном производстве и на сушильно-ширильных, термофиксационных, печатных и других машинах. Основные места образования электростатических зарядов – каландр, накат и направляющие валики.

Уровни напряженности ЭСП могут превышать 120-160 кВ/м.

Деревообрабатывающая промышленность. Специфической особенностью технологического процесса в данной отрасли является использование древесины низкой влажности, электрофизические свойства которой определяются высокими значениями диэлектрической проницаемости и удельного электрического сопротивления. Все это способствует значительной электризации изделий из древесины при ее обработке и образованию ЭСП непосредственно в рабочей зоне. Основным опасным электростатическим оборудованием являются шлифовальные станки различных модификаций и полировальные станки. Уровни напряженности ЭСП могут быть до 120-140 кВ/м.

Целлюлозно-бумажная промышленность. При проведении технологического процесса основа для выпуска бумаги (целлюлоза, канифоль, парафин, древесная масса и др.) подвергается механической обработке в виде давления, перемещения и других операций, обусловливающих возникновение электростатических зарядов. Основные операции, где наблюдается электризация: сушка, отделка и намотка бумаги в рулоны; каландирование бумаги; перемотка бумаги на сортировочных станках. Наиболее интенсивная генерация электростатических зарядов имеет место при сходе полотна с холодного цилиндра и намотки в рулоны. Уровни напряженности ЭСП находятся в диапазоне 60-150 кВ/м.

Химическая промышленность. ЭСП образуются при производстве бумажного пластика, линолеума, шинного корда, полистирольных пленок; уровни напряженности ЭСП составляют 240-500 кВ/м. В процессе обработки пластмассовых застежек “молний” выявлены напряженности ЭСП от единиц до сотен кВ/м. Уровни напряженности на пультах управления при электростатической окраске изделий в изолированных камерах достигают 10 кВ/м. При строительстве высоковольтных линий электропередачи постоянного тока напряженностью 400, 750 и 1150 кВ расчетные величины напряженности ЭСП на уровне земли будут составлять 10-50 кВ/м.

Из приведенных материалов следует, что интенсивность воздействия ЭСП в условиях производства колеблется в широких пределах в зависимости от физико-химических свойств обрабатываемого материала, особенностей технологического процесса, климатических условий внешней среды, расположения человека и др.

Это, в свою очередь, определяет дифференцированный подход при разработке мероприятий по защите от статического электричества.

Биологическое действие электростатических полей

В связи с широким распространением на производстве и в быту и источников ЭСП большое внимание уделяется изучению его биологического действия на организм. Целью изучения, прежде всего, являются гигиенические аспекты действия ЭСП. В основном, изучение действия ЭСП на организм осуществлялось на животных.

В работе Ю.А. Холодова ЭСП напряженностью 250-500 кВ/м вызывали у кроликов реакцию десинхронизации продолжительностью в 3-4 сек., которая возникала лишь в момент включения и выключения поля. В других исследованиях ЭСП напряженностью 130 кВ/м после пятидневной экспозиции приводило к нарушениям электрической активности коры и глубоких структур мозга, что регистрировалось по данным ЭЭГ. Через 5 дней после прекращения воздействия электрическая активность возвращалась к нормальному уровню, что отражает, по-видимому, адаптационный характер вызываемых изменений.

Снижение возбудимости клеток коры головного мозга крыс происходило также при действии ЭСП напряженностью 40 кВ/м.

В то же время не было отмечено изменения условно-рефлекторной регуляции деятельности сердца при действии ЭСП напряженностью 10 кВ/м при различных экспозициях. Но при увеличении экспозиции ЭСП до 4-5 недель наблюдались значительные нарушения этой регуляции. Приведенные результаты по изучению вегетативных функций организма согласуются с данными В.И. Бута, который отметил влияние ЭСП на функциональную активность центров блуждающих нервов и снижение активности их нейронов.

Таким образом, показано, что ЭСП способно влиять на высшую нервную деятельность животных и вызывать функциональные сдвиги обратимого характера со стороны вегетативной нервной системы.

Много исследований о влиянии ЭСП различной напряженности (от 10 до 190 кВ/м) проведено Ф.Г. Портновым. Изучалось действие ЭСП на электрическую активность коры головного мозга, артериальное давление крови, функциональное состояние сердечной мышцы, состояние функции внимания, на свертывающую систему крови, холинэргическую активность крови, активность аминотрансфераз, содержание сульфгидрильных групп в крови, содержание адениловых нуклеотидов в эритроцитах крови, на некоторые показатели иммунобиологической резистентности. Наблюдались изменения этих показателей, свидетельствующие о понижении реактивности вегетативной нервной системы. Длительное пребывание животных в ЭСП вызывало адаптацию их к этому фактору.

Систематическое воздействие на организм человека электростатического поля высокой напряженности может вызвать функциональные изменения со стороны центральной нервной системы, сердечно-сосудистой, нейрогуморальной и других систем организма.

Степень воздействия ЭСП на организм зависит от величины напряженности поля и времени пребывания человека в поле.

Гигиеническое нормирование электростатических полей

И методика измерения

Интенсивность ЭСП на рабочих местах персонала, осуществляющего работы с источниками ЭСП, предельно допустимые уровни ЭСП, требования к проведению контроля, основные меры защиты от ЭСП регламентируются:

СН № 1157-77 “Санитарно-гигиенические нормы допустимой напряженности электростатического поля”;

ГОСТ 12.1.045-84 “Электрические поля. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля”. Согласно ему предельно допустимый уровень напряженности ЭСП (Е пред.) устанавливается равным 60 кВ/м в течение 1 часа. При напряженности ЭСП ниже 20 кВ/м время пребывания в ЭСП не регламентируется. В диапазоне напряженности от 20 до 60 кВ/м допустимое время пребывания персонала в ЭСП без средств защиты (t доп

в часах) определяется по формуле:

где Е факт

– фактическое значение напряженности ЭСП, кВ/м.

Допустимые уровни напряженности ЭСП при применении товаров народного потребления регламентируются СН 001-06 “Санитарные нормы допустимых уровней физических факторов при применении товаров народного потребления в бытовых условиях”.

Приборы для измерения ЭСП

. Измерение напряженности ЭСП проводится на постоянных рабочих местах и в местах возможного нахождения людей у электризованных поверхностей. В случае отсутствия постоянного рабочего места выбирается несколько точек в пределах рабочей площадки, на которой работник проводит не менее 50% рабочего времени. При обнаружении превышения ПДУ в зоне нахождения работника необходимо определить расстояние от источника ЭСП, то есть зону безопасных условий труда.

В каждой точке измерения проводятся на 3-х уровнях от пола: 0,5; 0,1 и 1,7 м. На каждом уровне измерения проводятся троекратно. В протокол заносятся среднеарифметические величины.

ИЭСП – 6 (для измерения потенциалов от мониторов);

ИЭСП – 7, ИНЭП –20Д (для измерения напряженности ЭСП в пространстве);

СТ – 01 (для измерения поля и потенциала ЭСП);

ИЭСП – 01 (для измерения потенциала экрана);

ЭСПИ –301Б (для измерения напряженности ЭСП)

В соответствии с Руководством “Гигиенические критерии оценки и классификация условий труда по показателям вредности и опасности факторов производственной среды, тяжести и напряженности трудового процесса” (Р 2.2.755-99) условия труда при воздействии ЭСП подразделяются на 4 класса: оптимальный (уровни соответствуют естественному фону), допустимый (уровни не превышают ПДУ), вредный (по степени превышения ПДУ подразделяется на 4 степени), опасный (условия труда для кратковременного воздействия ЭСП).

Какими свойствами обладает электрическое поле

Есть такой термин в физике, как «Электрическое поле». Он описывает явление возникновения определенной силы вокруг заряженных тел.

Оно применяется на практике и встречается в повседневной жизни.

В этой статье мы рассмотрим, что такое электрическое поле и какие его свойства, а также, где оно возникает и применяется.

Основные свойства электрического поля и его характеристики: напряженность, потенциал, индукция

Электрическим полем называется материя, обеспечивающая взаимодействие электрических зарядов в нем. Оно может быть порождено как электрическим зарядом, так и изменяющимся магнитным потоком.

В первом случае оно называется электростатическим, во втором — вихревым.

Без этого поля не может возникнуть электрический ток, но чтобы знать, как он возникает, следует ознакомиться с основными характеристиками электрческого поля.

Глазами электрическое поле увидеть невозможно: его можно обнаружить по его действию на заряженные тела. При этом такое воздействие не требует прямого касания носителей потенциала, но имеет силовую природу. Так, наэлектризованные волосы будут тянуться к другим предметам.

Наблюдение за электрическими полями показывает, что они работают аналогично гравитационным. Описывается это законом Кулона, который в общем виде выглядит так:

F = q₁ q₂ / 4 π ε ε₀ r ²,

где q₁ и q₂ — величины зарядов в кулонах, ε — диэлектрическая проницаемость среды, ε₀ — электрическая постоянная, равная 8,854*10⁻¹² Ф/м, r — расстояние между зарядами в метрах, а F — сила, с которой заряды взаимодействуют, в ньютонах.

Таким образом, чем дальше от центра, тем меньше будет ощущаться воздействие поля.

Отобразить поле графически можно в виде силовых линий. Их расположение будет зависеть от геометрических характеристик носителя. Различают два вида полей:

1. Однородное, когда силовые линии расположены параллельно друг другу. Идеальный случай — это бесконечные параллельные заряженные пластины.
2. Неоднородное, частный случай которого — поле вокруг точечного или сферического заряда; его силовые линии расходятся радиально от центра, если он положительный, и к центру, если отрицательный.

Силовые линии электрического поля, индуцированного электрическим зарядом, незамкнуты. Замкнуты они только у вихревого поля, которое формируется вокруг изменяющегося магнитного потока.

Таковы основные свойства электрического поля.

Чтобы ознакомиться с его характеристиками, стоит рассмотреть простейший вариант — электростатическое, которое формируется постоянными и неподвижными зарядами.

Для удобства они будут точечными, чтобы их контуры не усложняли расчеты. Пробный заряд, который тоже будет фигурировать в дальнейшем, тоже будет точечным и бесконечно малым.

Основные характеристики

Их можно описать при помощи математических закономерностей, а некоторые — выразить графически.

Последние характеристики являются векторными, то есть имеющими направление.

Это важно, поскольку при решении практических задач часто приходится оперировать не модулем величины, а проекцией вектора на какую-либо выбранную ось.

Основными параметрами поля являются:

1. напряженность;
2. потенциал;
3. индукция.

Напряженность поля

Это силовая характеристика электрического поля. Величина это векторная, и она характеризует силу, с которой поле воздействует на заряд в конкретной точке. Математически это выражается так:

Если подставить сюда формулу закона Кулона, то получим:

Ē = q₀ / 4 π ε ε₀ r ².

Таким образом, в каждой точке поля его напряженность разная, и зависит она от заряда, который оно создает, условий среды и величине, обратно пропорциональной квадрату расстояния до точки.

Если поле создано двумя зарядами, то результирующая напряженность рассчитывается графически — при помощи сложения векторов напряженностей от каждого отдельного источника. Этот способ получил название принципа суперпозиции.

Потенциалы и их разность

Электрическое поле способно совершать работу. Если пробный заряд передвигать в поле, то работа, выполненная эл.

полем, будет зависеть от начального и конечного расстояние от пробного заряда до центра эл. поля. Сравнить это можно с человеком, который собрался прыгать с крыши.

Пока он находится на высоте десятого этажа, его потенциальная энергия будет равна:

W = -GMm / Rr.

Или если учесть соразмерность земли и человека:

W = mgh.

Пока человек не прыгнул, он обладает потенциальной энергией. Когда же он, наконец, упадет, гравитационное поле совершит работу, численно равную вышеуказанной величине. При этом не учитывается горизонтальное перемещение — эту работу совершал сам покойный.

Электрическое поле работает сходным образом. Пробный заряд q₁, помещенный в него, обладает потенциальной энергией:

ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ ПОЛЕ

ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ ПОЛЕ (синоним статическое электрическое поле) — электрическое поле неподвижных (статических) электрических зарядов. Электростатическое поле представляет собой особую форму электрического поля, которое в общем случае является составляющей электромагнитного поля (см.). Электростатическое поле, возникающее в результате скопления электрических зарядов на поверхности тела человека, обладает неспецифическим действием на организм. В основе этого действия, как полагают, лежит нейрорефлекторный механизм (см. Статическое электричество), однако определенного заболевания электростатическое поле у человека не вызывает.

Силовой характеристикой электростатического поля, как и электрического поля, является напряженность (Е) — векторная величина, численное значение к-рой равно отношению силы (F), действующей в данной точке поля на точечный положительный заряд, к величине (q) этого заряда : Е = F/q.

Направление напряженности электростатического поля совпадает с направлением этой силы. Как и электрическое поле, элекстростатическое поле условно представляется силовыми линиями, направление касательных к которым совпадает с направлением вектора напряженности электростатического поля в тех же точках поля. Силовые линии электростатического поля ориентированы от положительного заряда к отрицательному, их конфигурация зависит от формы поверхностей, на которых расположены заряды.

Энергетической характеристикой электростатического поля является потенциал φ, который в каждой данной точке поля равен отношению потенциальной энергии (П) взаимодействия заряда с электростатического поля к величине этого заряда: φ = П/q.

Практическое значение имеет разность потенциалов, или напряжение (U), между двумя точками поля: U = φ₁ — φ₂ равная отношению работы (А), совершаемой силами поля при перемещении точечного положительного заряда из одной точки электростатического поля в другую, к величине этого заряда: U = A/q. Значения потенциалов φ в различных точках электростатического поля можно представить в виде поверхностей одинакового потенциала (эквипотенциальные поверхности). Эквипотенциальные поверхности и силовые линии в каждой точке электростатического поля взаимно перпендикулярны.

Напряженность электростатического поля (Е) и его напряжение (U) связаны между собой отношением E=U/L , где L — расстояние вдоль силовой линии между точками электростатического поля, разность потенциалов между которыми равна U. Это отношение используется на практике для косвенного измерения напряженности электрического и электростатического полей. Единицей измерения является вольт на метр (в/м). Для однородного электростатического поля плоского конденсатора Е = U/d, где U — напряжение, приложенное к пластинам конденсатора, а d — расстояние между ними.

В помещенном в электростатическом поле диэлектрике (веществе, плохо проводящем электрический ток) происходит смещение зарядов в пределах атома вещества (см. Атом) или его молекулы (см.) либо так наз. поляризация, в результате которой на поверхности диэлектрика появляются связанные заряды и соответствующее им обратное поле, ослабляющее внешнее электростатическое поле (см. Поляризация). Способность любого диэлектрика к поляризации характеризуется его диэлектрической проницаемостью (см.).

В проводнике, находящемся в электростатическом поле, происходит перемещение свободных зарядов до тех пор, пока напряженность результирующего электростатического поля внутри проводника не станет равной нулю. В пространстве, ограниченном металлической сеткой, электростатическое поле отсутствует, что используют для как называемой электростатической защиты: при определенных обследованиях снятие электроэнцефалограммы и пр.), экспериментах или измерениях людей, животных и приборы помещают внутрь металлического проводника (сетки), который заземляют.

Человек постоянно находится под воздействием электростатического поля. Это вызвано естественными факторами (полный статический заряд Земли, составляющий 5,7*10^5 к, обусловливает вблизи поверхности Земли электростатического поля напряженностью около 130 в/м), производственными и бытовыми факторами (см. Статическое электричество), а также может быть вызвано некоторыми лечебными процедурами (см. Франклинизация).

Под действием электростатического поля происходит поляризация биологических структур, обладающих диэлектрическими свойствами, и некоторое перемещение ионов. Так как ткани человека в основном обладают выраженными электропроводящими свойствами, то внешнее электростатическое поле внутрь органов почти не проникает (см. Электропроводность биологических систем). Основное действие на человека внешнее электростатическое поле оказывает в связи с электрическими разрядами в окружающем воздухе и образованием аэроионов (см. Аэроионизация).

Библиогр.: Физические факторы в комплексном лечении я профилактике внутренних и нервных болезней, под ред. А. Н. Обросова, М., 1971.

Поля заряженных частиц, электромагнитные и электростатические поля и их составляющие

Частицы и поля — два вида материи. Особенностью взаимодействия частиц является то, что оно осуществляется не при непосредственном контакте их, а на некотором расстоянии между ними.

Это объясняется тем, что частицы связаны с полем, окружающим их и обусловливающим взаимодействие между ними. Таким образом, частицы взаимодействуют через свои поля.

Поля распределяются в пространстве, в противоположность дискретным частицам, непрерывно. Некоторые взаимодействия имеют двойственный характер. Так, например, электромагнитное поле, распространяясь в пространстве в виде волн, одновременно обнаруживается в виде дискретных частиц — фотонов.

В природе встречаются поля разных видов: гравитационное (тяготения), магнитостатическое, электростатическое, ядерное и др. Каждое поле характеризуется отличительными, ему присущими свойствами.

Между двумя видами материи — частицами и полями — имеется внутренняя связь, которая проявляется прежде всего в том, что любое изменение состояния частиц непосредственно отражается на поле (и наоборот, всякое изменение поля влияет на частицы), а также в наличии у них общих свойств: массы, энергии, импульса или количества движения и др.

Кроме того, частицы могут превращаться в поле, а поле — в такие же частицы. Все это свидетельствует о том, что вещество и поле являются двумя видами материи.

Наряду с этим между полями и частицами имеется и различие, позволяющее рассматривать их как разные виды материи.

Это различие заключается в том, что элементарные частицы дискретны и занимают определенный объем, они непроницаемы для других частиц: один и тот же объем не может быть занят разными телами и частицами. Поля же непрерывны и обладают большой проницаемостью: в одном и том же объеме пространства одновременно могут находиться поля различного вида.

Частицы и тела могут перемещаться в пространстве под действием внешних сил ускоренно или замедленно, т. е. скорость движения частиц в пространстве может быть различна. Поля же распространяются в пространстве с одной и той же скоростью, например в вакууме — со скоростью, равной скорости распространения света.

Поскольку частицы и поля тесно связаны между собой и представляют собой единое целое, в пространстве невозможно установить точную границу между частицей и ее полем.

Однако можно указать очень малую область пространства, в которой проявляются свойства дискретной частицы. В этом смысле условно можно определять размеры элементарных частиц. В пространстве за пределами указанной области можно считать, что существует только поле, связанное с элементарной частицей.

Электромагнитное поле и его составляющие

В электротехнике рассматривается поле, которое обусловливается движением частиц, несущих электрические заряды. Такое поле носит название электромагнитного. Явления, связанные с распространением этого поля, называются электромагнитными явлениями.

Электроны, обращаясь в атоме вокруг ядра, взаимодействуют с протонами через электрическое поле, в то же время движение их эквивалентно электрическому току, который, как показывает опыт, всегда связан с наличием магнитного поля.

Следовательно, поле, через которое взаимодействуют между собой элементарные частицы атома, т. е. электромагнитное поле, состоит из двух полей: электрического и магнитного. Эти поля взаимно связаны и неотделимы друг от друга.

Внешне электромагнитное поле при макроскопическом рассмотрении в одних случаях проявляется в виде стационарного, а в других случаях в виде переменного поля.

При стационарном состоянии атомов данного вещества как электрическое (в этом случае поле в атомах полностью связано равными по значению зарядами разных знаков), так и магнитное поля (из-за хаотической ориентации орбит электронов) во внешнем пространстве не обнаруживаются.

Однако, если равновесие в атоме нарушается (образуется ион, на хаотическое движение накладывается направленное движение, элементарные токи магнитных веществ ориентируются в одном направлении и т. п.), то вне этого вещества поле может быть обнаружено. При этом, если указанное состояние поддерживается неизменным, то характеристики поля имеют значение, постоянное во времени. Такое поле называется стационарным полем.

Стационарное поле при макроскопическом рассмотрении в ряде случаев обнаруживается лишь в виде одной составляющей: либо в виде электрического поля (например, поле неподвижных заряженных тел), либо в виде магнитного поля (например, поле постоянных магнитов).

Составляющие стационарного электромагнитного поля неотделимы от движущихся заряженных частиц: электрическая составляющая связана с электрическими зарядами, а магнитная составляющая сопровождает (окружает) движущиеся заряженные частицы.

Переменное электромагнитное поле образуется в результате изменяющегося или колебательного движения заряженных частиц, систем или составляющих стационарных полей. Особенностью такого поля высокой частоты является то, что, возникнув (после излучения источником), оно отрывается от источника и уходит в окружающую среду в виде волн.

Электрическая составляющая этого поля существует в свободном состоянии, отделенной от вещественных частиц и носит вихревой характер. Таким же полем является и магнитная составляющая: она также существует в свободном состоянии, несвязанно с движущимися зарядами (или электрическим током). Однако оба эти поля составляют одно неразрывное целое и в процессе движения в пространстве непрерывно преобразуются одно в другое.

Переменное электромагнитное поле обнаруживается по воздействию на находящиеся на пути его распространения частицы и системы, которые могут быть приведены в колебательное движение, а также с помощью устройств, преобразующих энергию электромагнитного поля в энергию другого вида (например, тепловую).

Частным случаем является действие этого поля на зрительные органы живых существ (свет представляет собой электромагнитные волны).

Составляющие электромагнитного поля — электрическое и магнитное поля были открыты и изучены раньше электромагнитного поля, причем независимо друг от друга: никакой связи между ними тогда не было обнаружено. Это и привело к тому, что оба поля считались независимыми.

Однако теоретические соображения, подтвержденные затем опытом, показали, что между электрическим и магнитным полями существует неразрывная связь и любое электрическое или магнитное явление всегда оказывается электромагнитным.

Электростатическое поле

Одно только электрическое поле обнаруживается в вакууме или диэлектрической среде вокруг неподвижных относительно наблюдателя изолированных тел с избыточными неизменными в пространстве и во времени (в макроскопическом смысле) электрическими зарядами одного знака, полученными при ионизации атомов (в результате электризации, смотрите — Электризация тел, взаимодействие зарядов). Такое поле называется электростатическим.

Электростатическое поле является разновидностью стационарного электрического поля и отличается от него тем, что элементарные заряженные частицы, обусловливающие электростатическое поле, находятся только в хаотическом движении, тогда как стационарное поле определяется направленным движением электронов, которое накладывается на хаотическое движение.

В этом поле постоянство характеристик обусловливается непрерывным воспроизведением распределения зарядов в поле (равновесный процесс).

В электростатическом поле суммарное действие большого числа однозначно заряженных частиц, находящихся в непрерывном хаотическом движении в различных направлениях, воспринимается вне заряженного тела как поле неизменного во времени электрического заряда одного знака.

Действие магнитной составляющей в электростатическом поле из-за хаотического движения носителей зарядов во внешнем пространстве взаимно нейтрализуется и поэтому не обнаруживается.

Отличительной особенностью электростатического поля является наличие истока и стока — тел, которым сообщены избыточные заряды разных знаков (тел, из которых как бы вытекает и в которые втекает это поле).

Электростатическое поле и наэлектризованные тела, являющиеся истоками и стоками поля, неотделимы друг от друга, представляя собой единое физическое целое.

Этим электростатическое поле отличается от электрической составляющей переменного электромагнитного поля, которая, существуя в свободном состоянии, имеет вихревой характер, не имеет истока и стока.

На поддержание данного состояния электростатического поля энергия не расходуется. Она необходима только при установлении этого поля (для непрерывного излучения электромагнитного поля необходима затрата энергии).

Электростатическое поле может быть обнаружено по механической силе, действующей на неподвижные заряженные тела, помещенные в это поле, а также по индуцированию, или наведению электростатических зарядов на неподвижных металлических телах, и по поляризации неподвижных диэлектрических тел, помещенных в это поле.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

III. Основы электродинамики

Электростатическое поле — это особая форма материи, которая возникает вокруг неподвижного электрического заряда. Это поле нет возможности увидеть, понюхать. Поле можно представить при помощи линий напряженности (силовых линий).

На рисунке видно, какое условное направление имеют силовые линии: начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных. Изображено и то, как линии напряженности распределяются при взаимодействии одноименных и разноименных зарядов.

В реальности силовые линии можно увидеть при помощи железных опилок.

Чем дальше удаляться от заряда, тем меньше сила поля (силовые линии редеют), тем слабее взаимодействуют заряженные тела, посредством создаваемого ими поля.

Поле бывает однородным. В этом случае линии напряженности параллельные.

Поле однородное между пластинами в центре

Напряженность поля

Как оценить силу поля вокруг некоторого заряда? Для этого используют пробный заряд q₀. Пробный заряд — это всегда положительный заряд, его собственное электростатическое поле ничтожно мало, относительно исследуемого поля.

Сила, с которой поле действует на пробный заряд в данной точке поля, называется напряженностью электростатического поля в этой точке

Напряженность поля — векторная величина. Вектора — это касательная к линиям напряженности в данной точке поля. Направлен вектор туда же, куда силовая линия (линия напряженности).

Вектор напряженности в различных точках поля: А, B, C и D

Вектор напряженности в точках 1, 2 и 3

Можно вывести формулу

— напряженность поля точечного заряда q на расстоянии r от него.

Принцип суперпозиции

Если поле создается несколькими зарядами, то напряженность в некоторой точке равна векторной сумме напряженностей каждого из полей в отдельности