КаждаяточкаэлектрическогополяхарактеризуетсянапряженностьюЕиэлектрическимпотенциаломср.Перваявеличиначисленноравнасиле,авторая—потенциальнойэнергииединичногопробногозаряженноготела,помещенноговданнуюточкуэлектрическогополя.Разностьпотенциаловдвухточекполяназываетсяэлектрическимнапряжением.Теперьустановимсвязьмеждунапряженностьюиэлектрическимнапряжением.Дляэтогообратимсякрис.1.14.Здесьизображенооднородноеэлектрическоеполе.ВточкуАэтогополяпоместимпробноезаряженноетелоq.ПустьсилаполяFпереместитэтотеловточкуБ,удаленнуюотточкиАнарасстояниеd.
Согласно(1.8.),напряжениемеждуточкамиАиБэлектрическогополя 
,гдеАабработа,затраченнаянаперемещениепробноготелаqизточкиАвточкуБ.
Следовательно,
ЭтужеработуможноопределитькакпроизведениесилыFнарасстояниеdмеждуточкамиАиБ,т.е. 
.
Напряженностьоднородногоэлектрическогополя 
.Следовательно,
Приравниваяправыечастии,получим 
Отсюда
.
Такимобразом,напряжениемежду двумяточкамиоднородногоэлектриче скогополяравнопроизведениюнапряженностиполянарасстояниемежду
этимиточками.
§1.6.Проводники,диэлектрикииполупроводники
Проводникиэлектрическоготока.Явлениеэлектростатическойиндукции.Всевеществавзависимостиотэлектропроводностиделятсянапроводники,диэлектрикииполупроводники.Проводникибываютпервогоивторогородов.Кпроводникампервогородаотносятсявсеметаллыиихсплавы.Кристаллическаярешеткаметалласостоитизрядаположительныхионов,междукоторымиповсемнаправлениямперемещаютсясвободныеэлектроны.Приотсутствиивнешнегоэлектрическогополясвободныеэлектронывметаллеперемещаютсябеспорядочно,т.е.всамыхразличныхнаправлениях.ПоместимметаллическийпроводникввидепластинкивэлектрическоеполеплоскогоконденсаторанапряженностьюЕ(рис.1.15).ПоддействиемсилполясвободныеэлектроныметаллическойпластиныбудутперемещатьсякположительнозаряженнойпластинеконденсатораинакапливаютсянаоднойповерхностиАГ,создаваянанейотрицательныйзарядиндукции-Qинд.НадругойповерхностипластиныБВпоявитсятакойжеположительныйзаряд+Qинд
Такимобразом,впластинебудетпроисходитьразделениеэлектрическихзарядов.ДовольнобыстрозарядQинддостигнетзаряданапластинахконденсатораQ.Послеэтогоразделениеэлектрическихзарядоввпроводникепрекратится.Явлениеразделенияэлектрическихзарядоввпроводящемтелеподдействиемвнешнегоэлектрическогополяназываетсяэлектростатическойиндукцией.Зарядыэлектростатическойиндукции+Qинди-QиндсоздадутвпроводникевнутреннееполеснапряженностьюЕинд,направленноепротивоположновнешнемуполю.ПриравенствезарядовQинд=Qравныинапряженности:Еинд=Е.Такимобразом,внутриметаллическогопроводникавозникаетвнутреннееполе,полностьюуравновешивающеевнешнее.Поэтомунапряженностьрезультирующегополявнутрипроводникабудетравнанулю,т.е.Е=Е–Еинд=0.Из-заотсутствияэлектростатическогополявнутрипроводникавсееготочкиимеютодинаковыйпотенциал.Значит,поверхностьпроводникаявляетсяэквипотенциальнойповерхностью,аегообъем—эквипотенциальнымобъемомрезультирующегоэлектрическогополя.
Электрическоеполебудетотсутствоватьнетольковсплошномпроводнике,ноивнутриметаллическойоболочки(рис.1.16).Этосвойствоиспользуетсядлязащитыприборовотдействияпостороннихэлектростатическихполей.ДляэтогоприборПзаключаютвметаллическуюоболочкуилисетку-экран.
Рис.1.17
Кпроводникамвторогородаотносятсярасплавленныесолииводныерастворысолей,кислот,щелочей.Этипроводникиназываютэлектролитами.Прирастворениичастьмолекулсоли,кислотыилищелочираспадаетсянаположительныеиотрицательныеионы,которыебеспорядочноперемещаютсяпообъемуэлектролита.Ноесливэлектролитесоздатьэлектрическоеполе,топоддействиемегосилионупридутвупорядоченноедвижение:положительныеионыбудутперемещатьсяпреимущественновнаправленииполя,аотрицательные—впротивоположном.Такоеупорядоченноедвижениеионовипредставляетсобойэлектрическийток.Такимобразом,попроводникампервогородамогутперемещатьсясвободныеэлектроны,апопроводникамвторого—ионы.
2.Диэлектрики. Явлениеполяризации.Рассмотримматериалы,которыевэлектротехникеназываютдиэлектриками.Книмотносятсякерамика,стекло,слюда,кварц,асбест,пластмассы,каучук,минеральныемасла,лаки,воздухидр.Взависимостиотсвоегофизическогосостояниядиэлектрикиделятсянатвердые,жидкиеигазообразные.
Вдиэлектрикахпринормальныхусловияхвотличиеотпроводниковсвободныеэлектрическизаряженныечастицыпочтиотсутствуют.Поэтомуониобладаютничтожнойэлектропроводностью,т.е.непроводятэлектрическийток.Принекоторыхусловияхвдиэлектрикахможетпроисходитьрасщеплениемолекулнаионы(например,поддействиемвысокойтемпературыилисильногоэлектрическогополя).Вэтомслучаеонитеряютизолирующиесвойстваистановятсяпроводниками.Поместимвэлектрическоеполеплоскогоконденсатора(рис.1.17)пластинудиэлектрика.Есливпроводникеподвлияниемсилэлектрическогополязаряженныечастицыпередвигаютсяповсемуобъемупроводника,товдиэлектрикесвободногоперемещенияэлектрическихзарядовпроизойтинеможет.Новпределаходноймолекулыдиэлектрикавозникаетсмещениеположительнозаряженныхчастицвдольнаправленияэлектрическогополя,аотрицательнозаряженныхчастиц—вобратномнаправлении.Сдвинутыеиодновременносвязанныедругсдругомзаряженныечастицывпределахмолекулыобразуюттакназываемыйдиполь.Этоявлениеназываетсяполяризациейдиэлектрика.Егополяризованностьтембольше,чемсильнееэлектрическоеполе.
Поляризациябольшинствадиэлектриковполностьюпрекращаетсясисчезновениемвнешнегополя.Лишьнебольшаягруппадиэлектриков(сегнетовасоль,титанатбария,титанатсвинцаит.д.)сисчезновениемвнешнегополясохраняетостаточнуюполяризацию.Подробнеерассмотримпроцессывдиэлектрике,помещенномвовнешнееэлектрическоеполе,напримервполеплоскогоконденсатора
На поверхностях АБ и ВГ диэлектрика, обращенных к пластинам конденсатора, сосредоточены заряды + Qпол, и —Qпол. Внутри диэлектрика положительные и отрицательные заряды диполей взаимно уравновешиваются. Заряды поляризации + Qпол —Qпол создают внутреннее электрическое поле (поле поляризации), направленное навстречу внешнему полю. Результирующее поле в диэлектрике определяется общим зарядом частиц 
. Это поле можно также представить как результат наложения двух полей: внешнего с напряженностью Е и внутреннего с напряженностью Епол тогда результирующая напряженность поля в диэлектрике 
Чем сильнее поляризуется диэлектрик, тем слабее результирующее поле, т. е. меньше его напряженность Ерез при том же внешнем поле, а следовательно, тем больше диэлектрическая проницаемость 8а.
Электрическая прочность диэлектрика. При некоторой напряженности внешнего поля Е может произойти местное разрушение диэлектрика с образованием канала высокой проводимости — пробой диэлектрика, в результате которого он потеряет свои изолирующие свойства и становится проводником. Напряженность электрического поля, при которой наступает пробой диэлектрика, называется электрической прочностью диэлектрика или пробивной напряженностью.
Таблица1.2
| Материал | Епр,кВ/мм | Материал | Епр,кВ/мм |
| Воздух | 3 | Миканит | 15—20 |
| Мрамор | 3—4 | Полистирол | 20—30 |
| Трансформаторноемасло | 5—15 | Полиэтилен | 50 |
| Парафинированнаябумага | 10—25 | Слюда | 80—200 |
| Фарфор | 15—20 |
ЗначенияпробивнойнапряженностиЕпр(принормальныхусловияхиводнородномпостоянномполе)некоторыхдиэлектриковприведенывтабл.1.2.Напряжение,прикоторомпроисходитпробойдиэлектрика,называетсяпробивнымнапряжением.
ОтношениепробивногонапряженияUпрктолщинедиэлектрикавместепробояdравнонапряженностиполяприпробое,т.е.электрическойпрочностидиэлектрика:
. (1.12)
Длянадежнойработыустановкинеобходимо,чтобыдопустимаянапряженностьЕбылавнесколькоразменьшеэлектрическойпрочностидиэлектрика.Отношение 
называетсязапасомпрочности.
4.Полупроводники. Позначениюсвоейэлектропроводностиполупроводникизанимаютпромежуточноеположениемеждупроводникамиидиэлектрикамииобладаютрядомсвойств,связанныхссуществованиемвнихэлектроннойидырочнойэлектропроводностей.Дырочнаяэлектропроводностьобусловленаперемещениемподдействиемэлектрическогополятакназываемыхдырок,т.е.незанятыхвалентнымиэлектронамиместватомах,чтоэквивалентноперемещениюположительнозаряженныхчастиц,зарядыкоторыхпоабсолютнойвеличинеравнызарядамэлектронов.Электропроводностьполупроводниковвбольшойстепенизависитоттемпературы,примесей,освещенности.Принизкихтемпературахполупроводникиимеютбольшоеудельноесопротивлениеипрактическиявляютсяизоляторами.Сповышениемтемпературыихудельноесопротивлениесильноуменьшается.Приналичиипримесейэлектропроводностьполупроводниковизменяется.Полупроводникамиявляютсякремний,германий,селен,закисьмеди,сернистыйсвинецидр.
Глава2
