Вектор Пойнтинга в простой цепи постоянного тока

Предположим, провод был сделан из меди диаметром 2 мм, а плюс и минус провода отстоят друг от друга на 10 см. Также предположим, что напряжение равно 1 В, а резистор равен 100 Ом, поэтому ток равен 10 мА. Мы игнорируем потери внутри батареи и предполагаем, что это был идеальный источник напряжения.

Электропроводность k меди ~ 6E7 См/м, поэтому плотность тока ~ 3,18 кА/м². Напряженность электрического поля вдоль провода E = J/k составляет около 0,54 мкВ/м. Максимальная напряженность поля между проводами + и - составляет E = V/d = 1 В/10 см 10 В/м для кратчайшего пути, поэтому электрическое поле вне проводов (показанных на этом рисунке) составляет прибл. в 2 миллиона раз сильнее, чем поле внутри проводов (не показано).

А магнитное поле? Применение закона Ампера к бесконечному проводу говорит нам, что магнитное поле пропорционально внутри провода и падает на ~ 1/r снаружи провода. Таким образом, максимальная напряженность магнитного поля находится ближе всего к поверхности провода и составляет около 1,6 А/м. Всего в 5 см от провода он падает до 32 мА/м — в 50 раз слабее.

Предположим, резистор имеет длину 6,8 мм и диаметр 2,5 мм (взято из техпаспорта). Максимальная напряженность электрического поля E_max вдоль резистора составит ок. 1 В/6,8 мм = 150 В/м. Максимальный вектор наведения равен E_max*H_max = 16 Вт/м². Если брать вектор наведения только по поверхности, то рассеиваемая мощность составит около 12,5 мВт, для более внимательного рассмотрения потребуется провести интегрирование по всему объему расходимости вектора наведения.

Более простой расчет, который подходит довольно близко: P = U * I = 10 мВт.

Так что да, мощность течет по синим линиям поля, но большая ее часть находится в непосредственной близости от провода, так что это не имеет большого значения, и мы можем с таким же успехом сказать, что «мощность течет по проводам».

В плоскости P существует нисходящее электрическое поле, потому что верхний провод находится под более высоким напряжением, чем нижний провод. Таким образом, на верхнем проводе больше положительного заряда, чем на нижнем.

Краткий ответ : между проводами существует разность потенциалов, поэтому между этими проводами должно быть электрическое поле, идущее от положительного к отрицательному. Электрическое поле внутри проводника очень и очень слабое, а в идеале (в идеальном проводнике) его вообще не существует.

Подробнее: Понятия напряжения (электрического потенциала) и напряженности электрического поля нельзя разделять. Между двумя точками в пространстве не может быть разности потенциалов, если между этими двумя точками не существует электрического поля. Напряжение — это описание электрической силы между двумя точками точно так же, как электрическое поле — это описание электрической силы в точке. Разница в том, что напряжение на самом деле представляет собой электрическую потенциальную энергию на заряд между двумя точками, то есть сколько энергии требуется для перемещения заряда из одной точки в другую. Это напрямую связано с электрической силой, действующей на заряд, и, следовательно, с электрическим полем в области между точками.

Электрическое поле между двумя проводниками с разностью потенциалов (напряжением) между ними будет направлено от положительного провода к отрицательному, т. е. от точки с более высоким потенциалом к ​​точке с более низким потенциалом, потому что заряд в этой области будет принудительно в сторону более низкого потенциала. Чем ближе два провода с заданным напряжением между ними, тем сильнее электрическое поле. Из-за этого электрическое поле будет зависеть от геометрии цепи.

Это причина знакомого явления статического электричества, возникающего, когда вы приближаетесь к дверной ручке. Между вашей рукой и дверной ручкой существует разность потенциалов, и электрическое поле становится сильнее по мере приближения к дверной ручке, пока вы не окажетесь настолько близко, что это приведет к отрыву электронов от молекул воздуха (ионизация воздуха) и быстрому движению. заряда.

Электрическое поле внутри проводника требуется только для преодоления сопротивления провода. Заряд не будет течь идеально в неидеальном проводнике, поэтому нам нужна ненулевая сила, чтобы заряды текли. В сверхпроводнике, если ток начался, он может продолжаться вечно, при этом внутри проводника не существует электрического поля. В проводнике без потерь существует только нулевое электрическое поле.

Нет. В пространстве, ограниченном токовой петлей, нет электрического поля. Провода не заряжены противоположно, и потенциал везде одинаков внутри замкнутого пространства. Значит, нет градиента потенциала и нет электрического поля в пространстве между проводами. Вы не питаете цепь с разряжающимся конденсатором. Это заблуждение распространено повсюду, и мне потребовалось некоторое время, чтобы разобраться. У многих физиков нет батареек, а химики плохо объясняют физику. Батареи создают электрическое поле только в цепи. Меня также интересует поле, показанное внутри батареи на первом снимке. Указывает ли он в неправильном направлении? Верхняя часть батареи не заряжена положительно, и положительные ионы должны течь вверх в аккумуляторе (или отрицательные ионы будут течь вниз) через пористый материал внутри элемента, чтобы нигде не накапливался чистый заряд. Это говорит о том, что электрическое поле в батарее может быть направлено вверх, а не вниз. Но опять же, если поле направлено вверх, то потребуется работа, чтобы переместить положительные ионы вверх, и вы можете сказать, что это работа, которую выполняет батарея.