Основные понятия

Рассматривая электрические методы неразрушающего контроля нельзя не коснуться основных законов и понятий в электротехнике.

Ниже приведены основные понятия, с которыми мы будем работать в ходе курса подготовки специалистов.

Элементарный электрический заряд - свойство электрона или протона, характеризующее их взаимосвязь с собственным электрическим полем и их взаимодействие с внешним электрическим полем, определяемое для электрона и протона числовыми значениями, равными по размеру, но противоположными по знаку.

Условно "отрицательный знак" приписывается заряду электрона, а "положительный знак" - заряду протона. Носитель заряда - частица, содержащая один или несколько элементарных электрических зарядов Носителем заряда является. например, электрон, протон.

Электрический заряд тела (системы тел) - скалярная величина, равная алгебраической сумме элементарных электрических зарядов в теле (системе тел).

Электростатическое поле - электрическое поле неподвижных заряженных тел при отсутствии в них электрических токов.

Стационарное электрическое поле - электрическое поле неизменяющихся электрических токов при условии неподвижности проводников с токами.

Индуцированное электрическое поле - электрическое поле, возбуждаемое изменением во времени магнитного поля.

Стороннее поле - поле сторонних сил.

Сторонняя сила - сила, действующая на заряженную частицу, обусловленная неэлектромагнитными, при макроскопическом рассмотрении, процессами. К таким процессам следует относить, например, тепловые процессы, химические реакции, воздействия механических сил, контактные явления и так далее.

Электрический диполь - совокупность двух равных по размеру разноименных точечных зарядов, находящихся на некотором расстоянии друг от друга. Основной характеристикой электрического диполя является электрический момент, Электрическая поляризация — состояние вещества, характеризуемое тем, что электрический момент данного объема этого вещества имеет значение, отличное от нуля.

Диэлектрик - вещество, основным электрическим свойством которого является способность поляризоваться в электрическом поле.

Диэлектрические свойства - совокупность свойств диэлектрика, связанных с явлением поляризации.

Полярный диэлектрик - диэлектрик, содержащий электрические диполи, способные к переориентации во внешнем электрическом поле.

Неполярный диэлектрик - диэлектрик, не содержащий электрические диполи, способные к переориентации во внешнем электрическом поле.

Электронная поляризация - электрическая поляризация, обусловленная упругим смещением и деформацией электронных оболочек относительно ядер в диэлектрике.

Ионная поляризация - электрическая поляризация, обусловленная упругим смещением разноименно заряженных ионов относительно положения равновесия в диэлектрике.

Дипольная поляризация - электрическая поляризация, обусловленная преимущественной ориентацией электрических моментов диполей в одном направлении в диэлектрике.

Спонтанная поляризация - электрическая поляризация, возникающая в диэлектрике самопроизвольно, без внешних воздействий.

Доменная поляризация - электрическая поляризация, возникающая в диэлектрике под воздействием механических напряжений.

Пробой - явление образования в диэлектрике проводящего канала под действием электрического поля.

Пьезоэлектрик - диэлектрик, обладающий пьезоэлектрическим эффектом.

Пьезоэлектрический эффект - явление поляризации диэлектрика под воздействием механических напряжений (прямой пьезоэффект) или явление деформации диэлектрика под воздействием электрического поля, линейно зависящей от напряженности этого поля (обратный пьезоэффект).

Пироэлектрик - диэлектрик, обладающий пироэлектрическим эффектом.

Пироэлектрический эффект - явление возникновения электрических зарядов на поверхности диэлектрика при изменении его температуры.

Электрет - диэлектрик, длительно создающий в окружающем пространстве электростатическое поле за счет предварительной электризации или поляризации.

Опытным путем (1910-1914 гг.) американский физик Р.Милликен показал, что электрический заряд дискретен, т.е. заряд любого тела составляет целое кратное от элементарного электрического заряда е (е = 1,602 176 634⋅10^-19) электрон (m = 9,11∙10^-31 кг) и протон (m = 1,67∙10^-27 кг) являются соответственно носителями элементарных отрицательного и положительного зарядов. Все тела в природе способны электризоваться, т.е. приобретать электрический заряд. Электризация тел может осуществляться различными способами, соприкосновением (трением), электростатической индукцией и др. Всякий процесс заряжения сводится к разделению зарядов, при котором на одном из тел (или части юла) появляется избыток положительного заряда, а на другом (или другой масти тела) - избыток отрицательного заряда. Общее количество зарядов обоих знаков, содержащихся в телах, не изменяется: они только перераспределяются между телами. Из обобщения опытных данных был установлен фундаментальный закон природы, экспериментально подтвержденный в 1843 г. английским физиком М.Фарадеем, - закон сохранения заряда: алгебраическая сумма электрических зарядов любой замкнутой системы остается неизменной, какие бы процессы не происходили внутри этой системы. В зависимости от концентрации свободных зарядов тела делятся на проводники, диэлектрики и полупроводники. Проводники - тела, в которых электрический заряд может перемещаться по всему его объему. Проводники делятся на две группы: первого рода (металлы) - перенесение в них зарядов (свободных электронов) не сопровождается химическими превращениями; второго рода (например, расплавленные соли, растворы кислот) - перенесение в них зарядов (положительных и отрицательных ионов) ведет к химическим изменениям. Диэлектрики (например, стекло, пластмассы) – это тела, в которых практически отсутствуют свободные заряды.

Полупроводники (например, германий, кремний) занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Указанное деление тел является весьма условным, однако большое различие в них концентраций свободных зарядов обусловливает огромные качественные различия в их поведении и оправдывает поэтому деление тел на проводники, диэлектрики и полупроводники. Единица электрического заряда (производная единица, так как определяется через единицу силы тока) - кулон (Кл) - электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника при силе тока 1А за время I с.

При этом следует помнить, что единица силы электрического тока ампер (А) - сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, создал бы между этими проводниками силу, равную 2-10^-7 Н на каждый метр длины.