Электрическое поле схематически можно изобразить с помощью векторов напряженности для случая положительного точечного заряда q.

Однако такой способ неудобен. Поэтому условились изображать электрическое поле не векторами напряженности, а силовыми линиями. Силовая линия проводится через точку А поля так, чтобы вектор напряженности в точке А был направлен вдоль этой линии.

Как видно на рисунке, вектор напряженности поля в любой точке В, находящийся на данной силовой линии, тоже направлен вдоль нее. Проводя такие прямые, начиная от заряда, через все отмеченные точки, получим условное изображение поля.

В случае отрицательного точечного заряда отличие будет только в направленности вектора напряженности. В связи с этим изображающие поле силовые линии условно считают направленными в ту сторону, в которую указывает вектор напряженности.

Силовые линии, вообще говоря, не являются прямыми линиями. Вычерчивая картину поля с помощью силовых линий, всегда нужно иметь в виду, что электрические силовые линии

1. нигде не пересекаются друг с другом
2. не замкнуты: они начинаются на положительном заряде, а кончаются на отрицательном.
3. в пространстве между зарядами нигде не прерываются.

Графическое изображение поля силовыми линиями удобно не только тем, что наглядно показывает направление электрических сил в каждой точке поля, но и тем, что возможно таким образом строить силовые линии, чтобы плотность силовых линий на чертеже была пропорциональна напряженности поля. Это означает, что напряженность поля по величине больше там, где на чертеже силовые линии расположены ближе друг к другу.

Однако для того, чтобы плотность силовых линий характеризовала напряженность поля не только на одном чертеже, а вообще во всех случаях, необходимо ввести дополнительное условие. Например, изображая поле точечного заряда q, чертить силовые линии тем ближе друг к другу, чем больше величина заряда q.

Поэтому условились считать, что через единицу площади какой — либо поверхности, расположенной перпендикулярно силовым линиям, следует проводить такое их количество, которое численно равно напряженности поля там, где находится эта поверхность.

Рассмотрим поле, созданное положительным точечным зарядом q. Исследуем отдельные точки этого поля, помещая в них поочередно один и тот же положительный пробный заряд qпр. Оказывается, что силы, действующие на этот заряд в различных точках поля, отличаются друг от друга величиной и направлением.

Чтобы отметить это различие, для каждой точки поля вводится силовая характеристика. Сила, с которой поле действует на пробный заряд, зависит не только от самого поля в данной точке, но и от величины пробного заряда, ибо эта сила определяется законом Кулона. Отсюда ясно, что силовая характеристика поля во всех случаях должна рассчитываться для одинакового по величине и знаку пробного заряда.

Силовая характеристика точки электрического поля называется напряженностью поля.
Напряженность электрического поля в какой — либо точке измеряется силой, с которой поле действует на единичный положительный заряд, помещенный в эту точку.

В системе СИ за единицу напряженности принимается напряженность в той точке электрического поля, в которой на один заряд, равный одному кулону, действует сила в один ньютон.

Заряды взаимодействуют не только при соприкосновении наэлектризованных тел, но и тогда, когда эти тела находятся на расстоянии друг от друга. При увеличении расстояния между зарядами сила их взаимодействия уменьшается, но не исчезает совсем даже на очень больших расстояниях.

Известно, что тела взаимодействуют между собой при помощи некоторой промежуточной среды. Вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие электрических зарядов, когда они находятся на расстоянии, называется электрическим полем.

Вокруг электрического заряда всегда существует электрическое поле. Это поле действует только на электрические заряды. Если в поле данного заряда попадает другой заряд, то на него непосредственно действует не сам заряд, а его поле.

Следует отметить, что механизм взаимодействия между зарядами и полем неизвестен до сих пор. Однако этим взаимодействием можно воспользоваться, чтобы установить наличие поле на опыте.
Обнаружить электрическое поле в заданной точке можно только при помощи электрического заряда, внесенного в эту точку. В дальнейшем заряд, служащий для обнаружения электрического поля, будем называть пробным (qпр). Данный заряд должен быть столь малым, чтобы его присутствие заметно не искажало обнаруживаемого при его помощи поля. Условно считается, что собственно поле пробного заряда ничтожно по сравнению с исследуемым полем.

Из закона Кулона следует, что поле каждого заряда простирается бесконечно далеко. Однако практически оно ограничено областью, вне которой на пробный заряд действует столь малая сила, что обнаружить ее на опыте невозможно.

Если электрический заряд движется, то сила взаимодействия его поля с неподвижным зарядом переменна. Следовательно, при перемещении заряда его поле в данной точке изменяется. Если заряд удаляется настолько далеко, что действующую на пробный заряд силу обнаружить не удается, то говорят, что поле вместе с зарядом переместилось в другое место пространства.

Опыты показывают, что изменение электрического поля распространяется с огромной, но все же конечной скоростью, равной примерно 300 000 км/сек.
Конечная скорость распространения поля доказывает, что поле материально. Причем электрическое поле существует и распространяется не только в веществе, но и в вакууме.

Если заряды поместить в однородный диэлектрик, то, как показывает опыт, сила взаимодействия между ними уменьшится по сравнению с ее значением в вакуума. Отсюда можно заключить, что сила взаимодействия зарядов зависит от окружающей среды.

Это означает, что коэффициент К в формуле F = K* q1q2/r2 зависит не только от выбора единиц измерения, но и от свойств среды, в которой находятся заряды.

Обычно коэффициент К представляют в виде к/Ес, где величина к зависит уже только от выбора единиц измерения, а Ес характеризует зависимость силы взаимодействия зарядов от свойств среды и называется диэлектрической проницаемостью данной среды.

Единицу измерения для Ес можно установить подобно тому, как это делалось для массы молекул, которую выражали или в относительных углеродных единицах (М), или в килограммах (mМ). Опыт показывает, что наибольшая сила взаимодействия между двумя данными зарядами получается в вакууме, это означает, что диэлектрическая проницаемость вакуума имеет наименьшее значение по сравнению с другими средами, т. е. больше всего подходит в качестве единицы для выражения относительных диэлектрических проницаемостей различных сред.

Итак, относительная диэлектрическая проницаемость среды представляет собой отвлеченное число, показывающее, во сколько раз сила взаимодействия электрических зарядов в этой среде меньше, чем в вакууме.

Относительные диэлектрические проницаемости в диэлектриках

Известно, что в металлах всегда имеются свободные электроны. Положительные ионы металлов, расположенные в углах кристаллической решетки, перемещаться с места на место не могут. Следовательно, в металлах заряды переносятся исключительно электронами и процесс электризации металлов заключается в приобретении или потере ими электронов.

Для примера можно рассмотреть электризацию металла в результате соприкосновения его с заряженным телом. Если кусок металла соприкасается с положительно заряженным телом, то его тело притягивает к себе свободные электроны, которые переходят от металла к телу. В результате в куске металла окажется недостаток электронов и он зарядится положительно.

Если же кусок металла соприкасается с отрицательно заряженным телом, то свободные электроны тела, отталкиваясь друг от друга, переходят на металл и заряжают его отрицательно. Проводимость металлического проводника поэтому называют электронной.

Однако проводимость может быть не только электронной. В водных растворах солей, кислот и оснований образуются положительные и отрицательные ионы, которые могут перемещаться между молекулами растворов и делают их хорошими проводниками. Такая проводимость называется ионной. Однако и в этом случае электризация таких проводников, как и металлов, заключается в приобретении или потере ими электронов и ионов.

В диэлектриках свободные заряды отсутствуют. Когда на диэлектрик переходит свободный электрон, то он тут же присоединяется к какому — либо атому или молекуле. Если диэлектрик заряжен, то все заряды на нем связаны.

Если электрические силы, удерживающие электроны внешнего слоя атома, неодинаковы для разнородных атомов, то при сближении атомов валентные электроны частично могут перейти от одного атома к другому (который притягивает их сильнее). Это означает, что при соприкосновении двух разнородных тел электроны, хотя и в небольшом количестве, должны перейти с одного тела на другое. При этом оба тела наэлектризуются.

Очевидно, величины зарядов обоих тел будут одинаковы, но противоположны по знаку.
Так как разнородные заряды притягиваются, то для разделения наэлектризованных при соприкосновении тел необходимо выполнить работу против сил электрического притяжения.

Затраченная на выполнение этой работы энергия перейдет в электрическую энергию наэлектризованных тел. Итак, при соприкосновении двух любых разнородных тел оба тела электризуются разноименно.

Количество электричества, получающегося на этих телах, очевидно, должно зависеть от рода их вещества и от площади соприкосновении тел.

При трении значительно увеличивается число точек, в которых соприкасаются трущиеся тела, что равноценно увеличению площади соприкосновения этих тел. Поэтому величины зарядов, появляющихся на разнородных телах при трении, оказываются значительно большими, чем при простом соприкосновении этих тел. Ясно, что при соприкосновении совершенно однородных тел электризация наблюдаться не будет.

Поскольку атомные ядра и электроны в процессе описанной электризации тел не создаются и не уничтожаются, а только перераспределяются между телами, то и электрические заряды могут лишь перераспределяться между ними.

Известно, что все тела состоят из атомов. Каждый атом состоит из заряженного положительно атомного ядра и движущихся вокруг него отрицательно заряженных частиц — электронов. Атомные ядра различных химических элементов не одинаковы, а отличаются величиной заряда и массой. Электроны же все совершенно тождественны, но их число и расположение в разных атомах различны.

Наиболее простое строение имеет атом водорода, вокруг ядра которого движется один электрон. Ядро атома водорода, называемое протоном, имеет положительный заряд, по величине равный отрицательному заряду одного электрона. Заряды протона и электрона называются элементарными, так как они являются наименьшими электрическими зарядами, встречающимися в природе.

Как показывает опыт, что в более сложных атомах электроны располагаются слоями вокруг атомного ядра. Электроны находящиеся в наружном слое, т. е. наиболее удаленные от ядра атома, называются внешними или валентными. Так как ядро атома и электрон заряжены разнородным электричеством, то электрон притягивается к ядру. Следовательно, электроны удерживаются внутри атома силами электрического притяжения, величина которых зависит от рода атома.

Слабее всего связаны с атомом валентные электроны, которые при внешнем воздействии на атом могут отрываться от него или переходить от одного атома к другому.
При нормальном состоянии атома положительный заряд его ядра равен общему отрицательному заряду электронов этого атома, так что любой атом в нормальном состоянии электрически нейтрален. Но под влиянием внешних воздействий он может терять часть своих электронов, тогда как заряд их ядер при этом остается неизменным. В этом случае атомы заряжаются положительно и называются положительными ионами.

Атомы могут также присоединять к себе добавочные электроны и заряжаться при этом отрицательно. Такие атомы называются отрицательными ионами.

Вообще, ионами называются атомы или молекулы, имеющие либо избыток, либо недостаток электронов по сравнению с нормальным состоянием этих атомов или молекул. Процесс присоединения или отрыва электронов от нейтральных атомов или молекул называется ионизацией.

Электроны, оторвавшиеся от атомов при их ионизации, не всегда присоединяются к другим атомам, часто они остаются свободными. Электроны же, входящие в состав атома, называются связанными.

Теперь становится ясным, что процесс электризации представляет собой либо потерю, либо приобретение телом электронов и ионов.

Важным значением при монтаже является правильная подготовка инструмента к пайке. При монтаже больших партий плат лучше пользоваться готовыми жалами, в настоящее время в магазинах можно купить жало на любой вкус и практически любого размера.

Подготовка такого жала заключается лишь в заточке угла, хотя есть жало которое не требует заточки, в основном такие жала используются для пайки чип — элементов. При монтаже единичных конструкций такое жало можно изготовить самостоятельно.

Оптимальным диаметром для монтажа выводных элементов будет 2 — 3 мм, для безвыводных от 1 до 3 мм, в зависимости от типоразмера элементов. Сложность может возникнуть если в паяльнике отверстие для жала большего диаметра. В таком случае придется обратиться к токарю.

После проточки жала до нужного диаметра его необходимо поверхность жала обработать алюминием, это необходимо для того, чтобы жало не обгорало и не залуживалось дальше рабочей площадки жала, в противном случае качественную пайку обеспечить невозможно. После заточки и обработки поверхности жала, рабочую площадку необходимо залудить, припой должен равномерно покрыть рабочую поверхность.

Немаловажным при пайке является температура. Припой не должен кипеть, а равномерно распределяться по площадкам, при недостатке температуры, а так же при перегреве будет «холодная пайка». Если температура жала оптимальная, пайка будет аккуратной, глянцевой. На ней не будет ни пузырьков, ни серости (матовости). Все это достигается постепенным навыком.

Параллельным называется соединение источников электрической энергии, при котором все их положительные полюсы присоединены к одному прводнику, а отрицательные к другому. Данное соединение применяется в том случае, когда нужно усилить ток во внешней цепи, не изменяя напряжение.

При таком соединении ток одного источника эл. энергии уже не проходит через другие (как при последовательном соединении): поэтому каждый заряд получает энергию только в одном источнике. Отсюда следует, что при параллельном соединении э. д. с. всей батареи равна э. д. с. одного источника.

Легко понять, что при этом через каждый источник проходит только часть зарядов, перемещающихся во внешней цепи, так что сопротивление батареи будет в n раз меньше сопротивления одного источника.

Хотя выигрыша в э. д. с. при таком соединении не получится, зато уменьшается сопротивление внутренней цепи.
Отсюда следует, что при замене одного источника электрической энергии батареей параллельно соединенных источников ток в цепи должен возрасти.

Параллельное соединение одинаковых источников выгодно тогда, когда сопротивление внешней цепи мало по сравнению с сопротивлением одного источника.

На практике нередко один источник электрической энергии в цепи недостаточен, так как не создает нужного напряжения на внешней цепи или требуемой силы тока в ней. В таких случаях несколько источников соединяют в группу, которая называется батареей источников электрической энергии.

Соединение в батарею может быть трех типов: последовательное, параллельное, смешанное.
Последовательным называется соединение источников эл. энергии, при котором положительный полюс предыдущего источника соединяется с отрицательным последующего. Такое соединение применяется в тех случаях, когда нужно повысить напряжение на внешней цепи.

На практике большей частью соединяют одинаковые источники эл. энергии.
Какие изменения произойдут, если один источник эл. энергии в цепи заменить на несколько последовательно соединенными источниками?

Любой источник энергии имеет две характеристики: э. д. с. и внутреннее сопротивление. Э. д. с. характеризует энергию, приобретаемую зарядами в источнике, а внутреннее сопротивление — потерю энергии. При соединении источников эл. энергии в батарею изменяется как э. д. с. цепи, так и внутреннее сопротивление.

При последовательном соединении заряд должен поочередно пройти через все источники, и в каждом из них он приобретает энергию, т. е. э. д. с. батареи при последовательном соединении в n раз превышает э. д. с. одного источника. С другой стороны, поскольку ток проходит через все источники, внутреннее сопротивление такой батареи будет в n раз превышать сопротивление одного источника.

Последовательное соединение источников эл. энергии выгодно тогда, когда сопротивление внешней цепи весьма велико по сравнению с внутренним сопротивлением одного источника. Отметим, что сила тока при этом не должна быть больше допустимой для одного источника эл. энергии. Это следует иметь в виду и при других типах соединений источников в батарею.