Как измерить потенциал точки: Измерение потенциалов точек электрической цепи и построение потенциальной диаграммы

Содержание

Измерение потенциалов точек электрической цепи и построение потенциальной диаграммы

любой ветви схемы можно найти по закону Ома для участка цепи, содержащего ЭДС. Для того чтобы можно было применить закон Ома, необходимо знать потенциалы узлов схемы. Метод расчета электрических цепей, в котором за неизвестные принимают потенциалы узлов схемы, называют методом узловых потенциалов.

Допустим, что в схеме n узлов. Так как любая (одна) точка схемы может быть заземлена без изменения токораспределения в схеме, то один из узлов схемы можно мысленно заземлить, т. е. принять потенциал его равным нулю. При этом число неизвестных уменьшается с n до n-1.

Число неизвестных в методе узловых потенциалов равно числу уравнений, которые необходимо составить для схемы по первому закону Кирхгофа. Метод узловых потенциалов, как и метод контурных токов, — один из основных расчетных приемов. В том случае, когда число узлов без единицы меньше числа независимых контуров в схеме, данный метод является более экономичным, чем метод контурных токов.

Вывод основных расчетных уравнений проведем применительно к схеме рис. 2, в которой три узла. Если узел 3 мысленно заземлить, т. е. принять =0, то необходимо определить потенциалы только двух узлов:,.

Запишем уравнения по первому закону Кирхгофа для независимых узлов, причем токи, направленные к узлу берем со знаком минус, а от узла – со знаком плюс.

Для первого узла          ,

Для второго узла           .    

                

Рис. 2. Схема для расчета по методу узловых потенциалов

Запишем токи по закону Ома:

 ,     ,     ,      ,      ,     .

Подставим токи в уравнения по первому закону Кирхгофа:

,

.

Перепишем уравнения:

,

;

,

;

,

, где   ,    ,    ,   ,

,    ,

G11— сумма проводимостей ветвей, сходящихся в первом узле,

G12— сумма проводимостей ветвей, соединяющих первый и второй узлы, взятая со знаком минус,

G21— сумма проводимостей ветвей, соединяющих первый и второй узлы, взятая со знаком минус,

G11— сумма проводимостей ветвей, сходящихся во втором узле,

I11— узловой ток первого узла,

I22 — узловой ток второго узла.

Запишем уравнения в матричной форме:

,

,    ,    .

Решим эти уравнения относительно искомых потенциалов и выразим токи ветвей, используя закон Ома.

После нахождения токов ветвей любым методом всегда делается проверка по первому закону Кирхгофа.

   Потенциальная диаграмма.

Под потенциальной диаграммой понимают график распределения потенциала вдоль какого-либо участка цепи или замкнутого контура. По оси абсцисс на нем откладывают сопротивления вдоль контура, начиная с какой-либо произвольной точки, по оси ординат – потенциалы. Каждой точке участка цепи  или замкнутого контура соответствует своя точка на потенциальной диаграмме. Построим потенциальную диаграмму для контура   на рис.3. Пусть R1=10 Ом, R2=5 Ом, R3=15 Ом, E1=20 В, E2=10 В, I=1A.                                                                                                  

Рис.3. Контур для построения потенциальной диаграммы

,

,

,

,

,

.

Построим график.

Рис. 4. Потенциальная диаграмма для контура на рис.3.

Таблица 1. Исходные данные                                                                                                          

Схема

R1

R2

R3

R4

R5

R6

E1

E2

Рис.

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

В

В

Вариант 1

5

15

10

25

20

10

30

100

60

Вариант 2

6

4

6

3

2

5

6

35

25

Вариант 3

7

5

1

6

4

2

6

10

30

Вариант 4

8

3

6

9

10

6

8

55

40

Вариант 5

5

6

6

8

8

10

12

70

45

Вариант 6

6

4

2

4

5

6

3

15

35

Вариант 7

7

1

2

5

1

3

3

10

15

Вариант 8

8

25

50

15

25

20

30

150

75

Порядок выполнения работы:

1.   Нарисовать схему. Записать данные.

2.  Найти токи ветвей методом контурных токов.

3.  Сделать проверку по первому закону Кирхгофа.

4.  Найти токи ветвей методом узловых потенциалов.

5.  Рассчитанные токи занести в таблицу 2.

                                          Таблица 2

I1,A

I2,A

I3,A

I4,A

I5,A

I6,A

расчет

эксперимент

6.    Составить баланс мощностей.

7.   Потенциалы точек отмеченных на схеме занести в таблицу 3.

                      Таблица 3

A, B

B, B

C, B

D, B

F, B

расчет

эксперимент

8.   Собрать схему в программе Electronics Workbench.

9.  Измерить токи во всех ветвях. Для чего в каждую ветвь включить амперметр. Результаты измерений занести в таблицу 2.

10.  Заземлить узел, который заземляли при расчете по методу узловых потенциалов.

11.  Измерить потенциалы точек, отмеченных на схеме. Результаты занести в таблицу 3.

12.   Построить потенциальную диаграмму заданного контура.

13.  Сравнить измеренные данные с расчетными.

14.  Сделать вывод.

Содержание отчета:

1.  Тема, цель, приборы и оборудование.

2.  Схема заданной цепи. Исходные данные.

3.  Расчет по методу контурных токов и методу узловых потенциалов.

4.  Заполненная таблица 2.

5.  Проверка по первому закону Кирхгофа.

6.  Баланс мощностей.

7.  Заполненная таблица 3.

8.  Токи ветвей и потенциалы узлов цепи, измеренные в программе Electronics Workbench .

9.  Потенциальная диаграмма.

10.  Вывод.

Вопросы на защиту:

1.  Суть метода контурных токов.

2.  Суть метода узловых потенциалов.

3.  Какой используется закон Кирхгофа для составления уравнений по методу контурных токов? Сформулировать его.

4.  Какой используется закон Кирхгофа для составления уравнений по методу узловых потенциалов? Сформулировать его.

5.  Как называется сопротивление R11? Как оно находится?

6.  Как называется сопротивление R12? Как оно находится?

7.  Что такое Е11 в матричной записи уравнений по методу контурных токов?

8.  Как находится собственная проводимость узла по методу узловых потенциалов?

9.  Матричная форма записи уравнений по методу узловых потенциалов.

10.  Как строится потенциальная диаграмма контура сложной цепи

Лабораторная работа по дисциплине Электротехника. названиеИсследование электрической цепи с последовательным соединением источников электрической энергии. Построение потенциальной диаграммы.

13. По следующим формулам произвести вычисления:

I1 = U1 / R1 U01 = E1 – UЕ1 U02 = E2 – UЕ2 R01 = U01 / I R02 = U02 / I

φ2 = φ1 — IR1 φ3 = φ2Е1 — IR01 φ4 = φ3 — IR2 φ5 = φ4 — IR3 φ1 = φ5 + Е2 — IR02

14. Построить в одной системе координат две потенциальные диаграммы: одну по измеренным потенциалам, а другую по вычисленным потенциалам.

15. Оформить отчет по проделанной работе.

16. Сделать соответствующие выводы по работе.

Работа в лаборатории.

1. С помощью вольтметра В7-26 измерить ЭДС источников.

2.В соответствии с принципиальной схемой собрать на лабораторном стенде электрическую цепь с согласным включением источников.

3.С помощью вольтметра В7-26 измерить значения падений напряжения на зажимах источников электрической энергии UЕ1, UЕ2 и на R1.

4.Перед измерением потенциалов точек цепи необходимо определить направление тока в ней. Обход цепи при измерении потенциалов точек совместить с

направлением тока.

5. При измерении потенциалов точек, один зажим вольтметра присоединить к точке один, другой – к точке, потенциал которой измеряется.

6.В соответствии с принципиальной схемой собрать на лабораторном стенде электрическую цепь с встречным включением источников.

7. С помощью вольтметра В7-26 измерить значения падений напряжения на зажимах источников электрической энергии UЕ1, UЕ2 и на R1.

8.Аналогично повторить измерения потенциалов точек в рассматриваемой электрической цепи.

9.По окончании измерений – отключить источник питания, отключить измерительные приборы, разобрать электрическую цепь.

Содержание отчета.

1. Цель работы.

2. Приборы и оборудование.

3. Принципиальные электрические схемы

4. Таблицы с результатами измерений и вычислений.

5. Формулы, необходимые для расчета.

6. Потенциальные диаграммы электрических цепей при согласном и встречном включении источников ЭДС.

7. Вывод по работе.

Контрольные вопросы.

1. Что называется потенциальной диаграммой?

2. Что называется согласным включением источников электрической энергии?

3. Что называется встречным включением источников электрической энергии?

4. При каком включении источников, источник электрической энергии становиться потребителем и какой?

Литература.

1.Ф.Е.Евдокимов. Теоретические основы электротехники.- М.: Высшая школа, 2004.

стр. 65-66.

2. Конспект лекций. Темы: «Способы соединения источников ЭДС»; «Потенциальная диаграмма».

электрический потенциал | Определение, факты и единицы измерения

Электрический потенциал , объем работы , необходимый для перемещения единицы заряда от опорной точки к определенной точке противэлектрическое поле . Обычно точкой отсчета является Земля , хотя можно использовать любую точку, не подверженную влиянию заряда электрического поля.

Узнать больше по этой теме

электромагнетизм: электрические поля и силы

Электрический потенциал — еще одно полезное поле. Он обеспечивает альтернативу электрическому полю в задачах электростатики. Потенциал …

На схеме показаны силы, действующие на положительный заряд д расположен между двумя пластинами, А и В, электрическом поле Е . Электрическая сила F , действующая со стороны поля на положительный заряд Р = Qe; чтобы переместить заряд от пластины A к пластине B, тогда должна быть приложена равная и противоположная сила ( F ′ = — qE ). Работа W, совершенная при перемещении положительного заряда на расстояние d, равна W = Fd = — qEd.

электрический потенциал

Силы , действующие на заряд д между двумя пластинами, А и В, которые имеют электрическое поле Е между ними. Электрическая сила F, действующая со стороны поля на положительный заряд, равна F = qE . Чтобы переместить заряд от пластины A к пластине B, необходимо приложить равную и противоположную силу ( F ′ = — qE ). Электрический потенциал, то есть работа W, совершаемая при перемещении положительного заряда на расстояние d, составляет W = Fd = — qEd.

Британская энциклопедия, Inc.

В потенциальная энергия положительного заряда увеличивается, когда он движется против электрического поля, и уменьшается, когда он движется с электрическим полем; обратное верно для отрицательного заряда. Если единичный заряд не пересекает изменяющееся магнитное поле , его потенциал в любой данной точке не зависит от пройденного пути.

Хотя концепция электрического потенциала полезна для понимания электрических явлений, можно измерить только различия в потенциальной энергии. Если электрическое поле определяется как сила на единицу заряда, то по аналогии электрический потенциал можно рассматривать как потенциальную энергию на единицу заряда. Следовательно, работа, выполняемая при перемещении единичного заряда из одной точки в другую (например, внутри электрической цепи ), равна разнице потенциальных энергий в каждой точке. В Международной системе единиц (СИ) электрический потенциал выражается в джоулях на кулон (т. Е.вольт ), а разность потенциальной энергии измеряется вольтметром .

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

что это такое, как измерить и повысить свой потенциал / Хабр

Часть 1. Что такое креативное мышление и как его измерить

Креативное мышление считается одним из ключевых навыков XXI века. О важности его развития говорят все просвещённые люди. Увы, они не говорят о том, как оценить свою креативность и можно ли её повысить. Мой пост — попытка дать ответы на эти вопросы, используя достижения современной науки.

Для начала нужно понять, а что такое креативное мышление. Мне понравилось следующее определение: креативное мышление — это создание необычных и хороших решений исходной проблемы. Это определение разбивает процесс креативного мышления на два этапа:


  1. создание необычных решений
  2. выбор достаточно хороших решений, чтобы справиться с проблемой

По такому принципу выделяют два типа креативного мышления:


  1. дивергентное — способность придумать несколько решений для одной и той же задачи
  2. конвергентное — способность выбрать наиболее оптимальный способ решения из имеющихся

Основной способ измерить работу дивергентного мышления: дать задачу на придумывание способов применения предметов. Например, “придумайте как можно больше способов использования кирпича”. Если вы читали книгу Гарри Поттер и методы рационального мышления, то можете вспомнить следующий эпизод. В главе 16 “Нестандартное мышление” профессор Квиррел просит Гарри придумать десять необычных способов применения предметов в учебной комнате для ведения боя. Это стандартное задание на проверку работы дивергентного мышления, которое предложил известный психолог Джой Пол Гилфорд, создатель модели структуры интеллекта.

Результаты оцениваются по следующим 4-м критериям:


  1. Гибкость — количество уникальных категорий использования. Использование кирпича как орудия убийства или способ отправить человека в бессознательное состояние засчитаются как одна категория использования. А вот использование кирпича как утюга попадёт в новую категорию.
  2. Новизна — оригинальность использования. Этот параметр измеряется двумя способами: субъективным и объективным. Субъективный метод довольно прост: каждый из проверяющих ставит оценку от 1 до 5, исходя из своих собственных представлений и опыта. Как ни странно, такой метод имеет широкое научное валидирование. Объективный метод — проверяющие выписывают, сколько раз участники предложили использовать предмет определённым способом. Например, кирпич как орудие убийства. А дальше считают относительную новизну предложенного варианта.
  3. Полезность — практичность в использовании. Здесь всё довольно просто. Если вы можете использовать предложенные идеи в реальной жизни, то у них высокая оценка полезности. Вы вряд ли будете использовать кирпич в качестве утюга. Как орудие убийства кирпич можно использовать, если для жертвы это станет неожиданностью. А как замену табуретки — очень вероятно, что вы так уже делали хотя бы раз в жизни. Профессор Квиррел упрекал Гарри именно в низкой полезности предлагаемых им идей.
  4. Беглость (fluency) — общее количество неповторяющихся вариантов. Если вы написали “использовать кирпич как подставку для ног” и “использовать кирпич как табуретку”, то два варианта засчитаются как один.

Работу конвергентного мышления проверяют с помощью теста вербальной креативности Медника (RAT test). Вам предлагается тройка слов. Задача: подобрать четвёртое слово, которое будет объединять остальные три. Например, слова “гражданская”, “великая” и “мировая” объединяет слово “война”. В оригинальном тестировании часто используются слова разных частей речи: прилагательное, существительное, наречие и т.д.

Другой способ — решение визуальных инсайт-пазлов. Классическая задача: соединить девять точек, используя 4-е прямых линии, не отрывая карандаш от бумаги. Попробуйте решить эту задачу самостоятельно. Чтобы не обламывать кайфа тем, кто сначала скроллит всю статью перед прочтением, я не буду давать правильный ответ на задачу. Его довольно легко найти в Интернете.


Часть 2. Как повысить свой креативный потенциал

У каждого из нас разная способность придумывать креативные решения. К счастью, эту способность можно улучшить. Существуют два основных пути:


  1. изменение окружающей среды
  2. применение специальных техник

Я поделюсь несколькими принципами по работе со средой, которые использую сам и имеют научное подтверждение. На тему специальных техник написано несколько толковых книжек. Поделюсь списком в конце статьи.

Что может повысить креативный потенциал:

1. Переключения между задачами

Вы наверняка слышали историю про Архимеда, который придумал решение задачи, сидя в ванной. Про Ньютона, который сделал своё открытие, сидя в саду под яблоней. Про Эйнштейна, любившего играть на скрипке в перерывах между размышлениями. Все эти личности занимались процессом, который в науке принято называть mind wandering — блужданием ума.

Блуждание ума считается важным процессом в креативном мышлении. Этот процесс позволяет найти нетривиальные связи между идеями. Противоположным ему считают cognitive fixation — процесс, когда вы буквально зациклились на выбранном решении проблемы, не видите альтернативных подходов.

Само креативное мышление принято разделять на два вида: дивергентное и конвергентное. Дивергентное мышление — способность найти несколько решений для одной и той же задачи. Конвергентное мышление — выбрать из этих решений самое эффективное.

Исследование 2017 года показало, что переключения между задачами способны снизить cognitive fixations и повысить эффективность обоих типов креативного мышления. Причём для конвергентного мышления эффект был сильнее.

Испытуемых разбили на три группы. У каждой из групп было по 12 минут на выполнение задания. Первая группа должна была переключаться между задачами каждые 30 секунд. Вторая работала в комфортном ей режиме. Третья должна была работать 6 минут без переключений над первой задачей, затем 6 минут над второй задачей.

Первая группа справилась с заданием значительно лучше двух других. Что интересно, вторая группа показала такой же результат, как и третья. То есть инстинктивно мы выбираем неэффективную стратегию работы над креативными задачами.

2. Придумывать идеи в одиночестве, обсуждать коллективно

При работе над новым продуктом приходится устраивать коллективные мозговые штурмы. Увы, эти встречи не всегда заканчиваются результативно.

Мне сразу вспоминается мультик про Винни-Пуха, где Винни говорит: «Это какие-то неправильные пчёлы, и они делают неправильный мёд». Так и с мозговым штурмом: он какой-то неправильный. Остаётся осадок после встречи, что ничего нового ты не узнал и потратил время впустую.

Наука и здесь подсказала способ решить проблему. Эффективность мозгового штурма можно повысить, если попросить каждого из участников придумать несколько вариантов решения проблемы в одиночестве. А совместную встречу использовать не для генерации вариантов, а для выбора самых лучших из общего списка. Такое простое решение повысило «новизну» предлагаемых решений.

Почему это сработало: групповая работа склоняет человека к принятию конформных решений и возникновению cognitive fixation. Это тенденция излишне фокусироваться на одном единственном решении. Во время групповой работы участники начинали раскручивать уже имеющиеся идеи, вместо поиска принципиально новых решений.

3. Музыка

Исследователи решили посмотреть, как музыка разных типов будет влиять на креативное мышление. Они подобрали четыре режима музыки: спокойную, счастливую, печальную и тревожную. Контрольная группа работала в тишине.

Работу дивергентного мышления тестировали с помощью задания «придумайте как можно больше способов использования кирпича». А работу конвергентного мышления — через тест вербальной креативности на поиск связующего слова для трёх других.

Оказалось, что счастливая музыка повышала эффективность дивергентного мышления и почти никак не влияла на конвергентное. Увы, по остальным типам музыки не нашёл результаты влияния на креативность. Если найдёте, буду очень рад и добавлю в статью.

Здесь можете найти оригинальные композиции из исследования.

4. Юмор

Дивергентный тип мышления напрямую зависит от текущего эмоционального состояния. Первый способ поднять настроение — послушать счастливую музыку. Второй способ — юмор.

Спонтанные шутки расслабляют человека и включают рассеянное внимание вместо сфокусированного. Это способствует возникновению неочевидных связей между разными идеями. Получившиеся решения отличаются новизной и оригинальностью.

Юмор положительно влияет не только на качество самих решений, но и на их количество. В исследовании MIT импровизационные комики придумали на 20% больше идей и на 25% более креативные решения, чем профессиональные продуктовые дизайнеры.

У профессиональных импровизаторов можно многому научиться. Так и вышло с участниками эксперимента в MIT. Испытуемые, которые прошли специальный воркшоп, на 37% лучше справились с заданием, чем до прохождения тренинга.

Один из самых эффективных приёмов в импровизационной комедии — “Да, и”. Задача: продолжить историю за партнёром так, чтобы она не потеряла интерес. Вы должны одновременно соглашаться с предыдущим партнёром и давать зацепку для следующего, чтобы он тоже мог интересно продолжить историю.

5. Воспроизведение идей (recall)

За воспроизведение информации и создание новых идей отвечает одна и та же зона мозга. Одна из выгод воспроизведения: создание ассоциативных связей с другими идеями. Воспроизведение информации создаёт больший потенциал для рождения новых идей.

По своей сути креативное мышление — это соединение двух обычных объектов необычным способом. Воспроизведение помещает информацию из долговременной в рабочую и позволяет производить активные мыслительные операции. Так вы можете соединить старую информацию с только что изученной и получить новое решение.

Я активно использую эту методику с помощью личного дневника. Выписываю на бумагу любую мысль, которая пришла в голову. За полтора месяца активного использования техники придумал идеи для 15-ти проектов, которые хочу реализовать в будущем. Я положительно оцениваю полезность этих идей.


Часть 3. Какие книги почитать

Тут буду краток. В сети полно отзывов и обзоров на эти книги. Некоторые я уже прочитал и активно внедряю техники оттуда, другие ждут своей очереди.

Василий Лебедев. CRAFT
Майкл Микалко. Рисовый штурм
Майкл Микалко. Взлом креатива
Эдвард де Боно. Гениально
Генрих Альтшуллер. Найти идею
Марк Леви. Гениальность на заказ
Дейв Грей. Лиминальное мышление
Джулия Кэмерон. Путь художника
Гарет Мур. Латеральная логика

Читайте книги, применяйте техники на практике и используйте их для создания креативных решений.

Надеюсь, эта статья приоткрыла завесу тайны над понятием “креативное мышление”. В своём канале в телеграм я пишу про обучение, развитие когнитивных функций и работу с информацией. Буду рад видеть всех заинтересованных людей.

Лабораторная работа номер 2 — Лабораторная работа 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

Лабораторная работа 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ МЕТОДОМ

МОДЕЛИРОВАНИЯ

(циркуляция напряженности)

Цели работы: ознакомление с методикой моделирования

электростатического поля в токопроводящей среде; исследование

электростатического поля, созданного

системой проводящих тел; исследование

интегральных характеристик

электростатического поля – поток вектора

напряженности и индукции, теорема

Гаусса, циркуляция вектора

напряженности.

Приборы и принадлежности:

лабораторный макет установки для

моделирования электростатического поля

(рис. 2.1).

В работе используется планшет 1, покрытый проводящей бумагой, с

нанесенными на него металлическими электродами 2. На планшете

установлены две подвижные линейки 3, с помощью которых определяются

координаты щупа 4, подключенного к вольтметру PV. Помещая щуп в разные

точки планшета и измеряя потенциал данной точки, можно построить

картину исследуемого поля.

Исследуемые закономерности

Модель электростатического поля. В проводящей среде под действием

приложенной к электродам постоянной разности потенциалов происходит

направленное движение заряженных частиц, в результате чего в среде,

окружающей электроды, устанавливается стационарное распределение

потенциала, подобное распределению потенциала в диэлектрической среде

вокруг заряженных проводящих тел, если форма и взаимное расположение

последних аналогичны соответствующим параметрам электродов

проводящей модели.

Сопоставление свойств электростатического поля и поля электрического

тока в проводящей среде показывает, что если в электростатическом поле на

помещенный в поле заряд действует сила

напряжение

Для простоты разговор пойдет с применением конкретных значений питания и потребления. В качестве элементов питания возьмем обычные гальванические элементы. Основные параметры такого элемента — это указанное на его корпусе напряжение, например, 1,5В, а также его емкость, которую обычно не указывают. Но в паспортах производителей можно найти и ее значение. В основном, это где-то в районе 0,15Ач (Ампер-часов). Теперь о том, что все это означает. С напряжением обычно все всем понятно. Например, если вы имеете некую лампочку, на корпусе которой написано «4,5В», а в вашем арсенале имеются батарейки с напряжением питания 1,5В, то, соединив их последовательно, подобно рис.6а (плюс первого источника с минусом второго и далее плюсовой выход второго с минусовым выводом третьего) можно получить суммарное напряжение величиною в 4,5В, которое необходимо для работы выбранной лампочки. С подключением тоже как бы понятно — один ее вывод на минус первой батарейки, второй е конец — на плюс последней. Но обычно несведущих людей интересует вопрос о том, насколько долго хватит ее работы. Вот тут-то и надо воспользоваться таким ее параметром, как емкость. Причем в совокупе с таким параметром лампочки, как ток(а не напряжение) потребления. Если внимательно посмотреть на лампочку карманного фонарика, то кроме указанного на ней напряжения можно заметить и указанный ток потребления. Например, это 0,3А. Кстати, мощность лампочки — это произведение ее напряжения на ее ток. Т.е. получим P = U*I = 4,5B*0,3A = 1,35Вт. А время работы лампы связано с током ее потребления и так называемой емкости питающего элемента. И если емкость питающего элемента, скажем, составляет 0,15Ач, то это означает, что при токе потребления нагрузкой тока 0,015Ампер батарея непрерывно»продержится» 10часов (т.е. 10часов, умноженные на 0,015Ампер = 0,15Ампер-часов). Таким образом, под емкостью подразумевается непрерывный (именно непрерывный, а не суммарный «время от времени») 10-часовой разряд батареи до некоторого ее минимального нормального напряжения. Например, до 1,2В в рассматриваемом случае. Однако, если ее нагрузить током величиною в 0,15А, то один час она не проработает, хотя 1час, умноженный на 0,15А и равен 0,15Ампер-часов. Это потому, что зависимость разряда батареи от проходящего через нее тока не равномерная. Поэтому под емкостью и принято считать именно 10-часовой разряд до некоторого нормального минимального напряжения. И если у вас аккумулятор емкостью 55Ач, то он непрерывно проработает 10 часов при токе потребления 5,5А. После этого его напряжение станет, к примеру, 10В и предметом разговора уже быть не может. Теперь снова вернемся к рис.6а. У емкости, как и у других электрических величин есть свое свойство. И при последовательном соединении элементов емкость общей батареи, в отличие от напряжения, не суммируется, а остается той же, что и у одного отдельно взятого элемента. Поэтому, если мы подключим одну лампочку, как на рис.6а, то грубо можно считать, что она прогорит 0,5часа (t=C/I=0,15/0,3=0,5ч). А с двумя и того меньше.
Отсюда вывод: последовательное соединение аккумуляторных источников питания применяется в случае, когда питание потребителя превышает напряжение одного отдельно взятого элемента. Ну, и разумеется, его емкость должна быть согласована с током нагрузки.
А теперь рассмотрим рис.6б. Здесь показано параллельное соединение элементов (или аккумуляторов — это одно и то же). В этом случае напряжение общей батареи будет на уровне одного отдельно взятого элемента, а вот емкость при параллельном соединении элементов возрастет в числотраз самих элементов. И, если мы подключим только одну лампочку, как на рис.6б, то приближенно говоря, от одного элемента она проработает 1час, а вот от трех — 3часа. Соответственно, с двумя — 1,5часа.Все это согласно формуле t=C/I. Но это только приближенно, потому как теперь вы знаете, что полная разрядка вычисляется, исходя из величины тока в 10раз меньшей величины емкости. Но для понятия самого принципа разряда и продолжительности работы можно воспользоваться для простоты такой вот приведенной формулой.
Отсюда вывод: параллельное соединение аккумуляторных источников питания применяется в случае, когда необходимо увеличить продолжительность работы нагрузки от общей батареи по сравнению с одной.
А в общем случае есть графики, позволяющие более точно определить время разряда батареи при токе нагрузки, превышающем десятую часть емкости батареи.

Электрический потенциал точечного заряда

Электрический потенциал точечного заряда
Далее: Примеры работы Вверх: Электрический потенциал Предыдущий: Электрический потенциал и электрический Рассчитаем электрический потенциал, создаваемый точечным зарядом, находящимся в Происхождение. Совершенно очевидно, по симметрии, а также по рис. 14, что это функция только от , где радиальное расстояние от происхождения. Таким образом, не ограничивая общности, мы можем ограничиться расследование потенциал, генерируемый вдоль положительной оси.-компонент электрического поле, создаваемое вдоль этой оси, принимает вид
(94)

Оба — и -компоненты поля равны нулю. Согласно уравнению (87) и связаны через
(95)

Таким образом, путем интегрирования
(96)

где – произвольная константа.Наконец, воспользовавшись тот факт, что мы получаем
(97)

Здесь мы приняли общее соглашение о том, что потенциал на бесконечности равен нулю. Потенциал, определенный в соответствии с этим соглашением, называется абсолютный потенциал .

Предположим, что у нас есть распределенные в пространстве точечные заряды. Пусть й заряд располагаться в векторе положения . С электрический потенциал суперпозитивен, а также является скалярной величиной, т.е. абсолютный потенциал в векторе положения — это просто алгебраическая сумма потенциалов, генерируемых каждым зарядом, взятым в изоляция:

(98)

Работа, которую мы совершили бы, взяв заряд из бесконечности и медленно двигаясь это то же самое, что увеличение электрического потенциала энергия заряда во время его путешествия [см.(79)]. Этот, по определению равна произведению заряда на прирост электрический потенциал. Это, наконец, то же самое, что и в разы абсолютный потенциал в точке: т.е. ,
(99)



Далее: Примеры работы Вверх: Электрический потенциал Предыдущий: Электрический потенциал и электрический
Ричард Фицпатрик 2007-07-14

19.3. Электрический потенциал, обусловленный точечным зарядом — College Physics

Резюме

  • Объясните точечные заряды и составьте уравнение для электрического потенциала точечного заряда.
  • Различие между электрическим потенциалом и электрическим полем.
  • Определите электрический потенциал точечного заряда при заданном заряде и расстоянии.

Точечные заряды, такие как электроны, являются одними из основных строительных блоков материи. Кроме того, сферические распределения заряда (как на металлическом шаре) создают внешние электрические поля точно так же, как точечный заряд.Электрический потенциал, обусловленный точечным зарядом, является, таким образом, случаем, который нам необходимо рассмотреть. Использование вычислений для нахождения работы, необходимой для перемещения пробного заряда [латекс]{q}[/латекс] с большого расстояния на расстояние [латекс]{r}[/латекс] от точечного заряда [латекс]{Q }[/latex], и учитывая связь между работой и потенциалом [латекс]{(W = -q \Delta V)}[/latex], можно показать, что электрический потенциал [латекс]{В}[/ латекс] точечной оплаты

[латекс] {V =} [/латекс] [латекс] {\ гидроразрыва {kQ} {r}} [/ латекс] [латекс] {( \ текст {Point Charge}),} [/латекс]

, где k — константа, равная [латекс]{9.2}}.[/латекс]

Напомним, что электрический потенциал [латекс]{V}[/латекс] является скаляром и не имеет направления, тогда как электрическое поле [латекс]\textbf{E}[/латекс] является вектором. Чтобы найти напряжение из-за комбинации точечных зарядов, вы складываете отдельные напряжения в виде чисел. Чтобы найти полное электрическое поле, вы должны сложить отдельные поля в виде векторов , принимая во внимание величину и направление. Это согласуется с тем фактом, что [латекс]{V}[/латекс] тесно связан с энергией, скаляром, тогда как [латекс]\текстbf{Е}[/латекс] тесно связан с силой, вектором.

Пример 1. Какое напряжение создает небольшой заряд на металлическом шаре?

Заряды статического электричества обычно находятся в диапазоне от нанокулонов (нКл) до микрокулонов [латекс]{( \mu \text{C})}[/latex]. Чему равно напряжение на расстоянии 5,00 см от центра металлического шара диаметром 1 см, имеющего статический заряд -3,00 нКл?

Стратегия

Как мы обсуждали в главе 18 «Электрический заряд и электрическое поле», заряд на металлическом шаре распространяется равномерно и создает поле, подобное полю точечного заряда, расположенного в его центре.{2} \;\text{m}})} \\[1em]& {=\;\;\;-539 \;{V}}. \конец{массив}

Обсуждение

Отрицательное значение напряжения означает, что положительный заряд будет притягиваться с большего расстояния, поскольку потенциал ниже (более отрицательный), чем на больших расстояниях. И наоборот, отрицательный заряд будет отталкиваться, как и ожидалось.

Пример 2: Какова избыточная загрузка генератора Ван де Граафа

Демонстрационный генератор Ван де Граафа представляет собой металлическую сферу диаметром 25,0 см, которая производит напряжение 100 кВ вблизи своей поверхности.(См. рис. 1.) Какой избыточный заряд находится на сфере? (Предположим, что каждое числовое значение здесь показано с тремя значащими цифрами.)

Рисунок 1. Напряжение этого демонстрационного генератора Ван де Граафа измеряется между заряженной сферой и землей. Потенциал Земли принимается равным нулю в качестве эталона. Потенциал заряженной проводящей сферы такой же, как и у равного точечного заряда в ее центре.

Стратегия

Потенциал на поверхности будет таким же, как у точечного заряда в центре сферы, 12.{-6} \;\text{C} = 1,39 \;\mu \text{C}}. \конец{массив}

Обсуждение

Это относительно небольшой заряд, но он выдает довольно большое напряжение. У нас есть еще одно указание на то, что трудно хранить изолированные заряды.

Напряжения в обоих этих примерах можно измерить с помощью измерителя, который сравнивает измеренный потенциал с потенциалом земли. Потенциал земли часто принимается равным нулю (вместо того, чтобы принимать потенциал на бесконечности равным нулю).Важна именно разность потенциалов между двумя точками, и очень часто неявно предполагается, что какая-то точка отсчета, например Земля или очень удаленная точка, имеет нулевой потенциал. Как отмечалось в главе 19.1 «Электрическая потенциальная энергия: разность потенциалов», это аналогично принятию уровня моря как [латекс]{h = 0}[/латекс] при рассмотрении гравитационной потенциальной энергии, [латекс] {\ текст {PE}_g = mgh }[/латекс].

  • Электрический потенциал точечного заряда равен [латекс]{В = кОм/р}[/латекс].
  • Электрический потенциал — это скаляр, а электрическое поле — это вектор. Сложение напряжений в виде чисел дает напряжение, обусловленное комбинацией точечных зарядов, тогда как сложение отдельных полей в виде векторов дает общее электрическое поле.

Концептуальные вопросы

1: В какой области пространства потенциал однородно заряженного шара такой же, как у точечного заряда? В какой области он отличается от точечного заряда?

2: Может ли потенциал неоднородно заряженного шара быть таким же, как у точечного заряда? Объяснять.{-10} \;\text{m}}[/latex] от протона (среднее расстояние между протоном и электроном в атоме водорода)?

3: (а) Шар имеет поверхность, равномерно заряженную 1,00 Кл. На каком расстоянии от его центра находится потенциал 5,00 МВ? б) Что ваш ответ говорит о практическом аспекте выделения такого большого заряда?

4: На каком расстоянии от точечного заряда [латекс]{1,00 мкм \текст{С}}[/латекс] будет потенциал 100 В? На каком расстоянии это будет [латекс]{2.{-14} \;\text{m}}[/latex] из фрагмента, содержащего 46 протонов? б) Какова потенциальная энергия в МэВ одноименно заряженного фрагмента на этом расстоянии?

8: Исследовательский генератор Ван де Граафа имеет металлический шар диаметром 2,00 м с зарядом 5,00 мКл. а) Каков потенциал вблизи его поверхности? б) На каком расстоянии от его центра находится потенциал 1,00 МВ? (в) Атом кислорода с тремя недостающими электронами высвобождается вблизи генератора Ван де Граафа. Какова его энергия в МэВ на этом расстоянии?

9: Электростатический распылитель краски имеет номер 0.Металлический шар диаметром 200 м при напряжении 25,0 кВ, отталкивающий капли краски на заземленный объект. а) Какой заряд находится на шаре? б) Какой заряд должен иметь капля краски массой 0,100 мг, чтобы достичь предмета со скоростью 10,0 м/с?

10: В одном из классических экспериментов по ядерной физике в начале ХХ века альфа-частица была ускорена к ядру золота, и ее траектория была существенно отклонена кулоновским взаимодействием. Если бы энергия двухзарядного альфа-ядра была равна 5.00 МэВ, как близко к ядру золота (79 протонов) оно могло подойти, прежде чем отклонилось?

11: а) Чему равен потенциал между двумя точками, расположенными на расстоянии 10 см и 20 см от точечного заряда [латекс]{3,0 мкм \text{C}}[/latex]? б) В какое место следует переместить точку на расстоянии 20 см, чтобы разность потенциалов увеличилась в два раза?

12: необоснованные результаты

(а) Какова конечная скорость электрона, ускоренного из состояния покоя при напряжении 25.0 МВ отрицательно заряженным терминалом Ван де Граафа?

(б) Что неразумного в этом результате?

(c) Какие предположения ответственны?

 

Решения

Задачи и упражнения

1: 144 В

3: (а) 1,80 км

(b) Заряд в 1 Кл является очень большим зарядом; сфера радиусом 1,80 км нецелесообразна.{-13} \;\text{C}}[/латекс]

7: (а) [латекс]{3.9 \;\text{m}/ \text{s}}[/latex]

(b) Эта скорость слишком велика. Это быстрее скорости света.

(c) Предположение, что скорость электрона намного меньше скорости света и что проблема не требует релятивистского подхода, дает ответ, превышающий скорость света.

 

Как рассчитать электрический потенциал двух точечных зарядов в 1D | Физика

Как рассчитать электрический потенциал двухточечных зарядов в 1D

Шаг 1: Определите расстояния r1 и r2 от каждого точечного заряда до места, где должен быть найден электрический потенциал.

Шаг 2: Примените формулу {eq}V=\frac{kQ}{r} {/eq} для обоих зарядов, чтобы рассчитать потенциал каждого заряда в нужном месте.

Шаг 3: Найдите сумму потенциалов зарядов 1 и 2.

Что такое электрический потенциал и формула электрического потенциала?

Электрический потенциал: Электрический потенциал определяется как электрическая потенциальная энергия на единицу заряда в определенной точке пространства.{9} {/eq}, Q — заряд, измеренный в кулонах, а r — расстояние, измеренное в метрах.

Итак, давайте попробуем использовать эти шаги для расчета электрического потенциала двухточечных зарядов в 1D в следующих двух примерах!

Пример электрического потенциала с одинаковыми зарядами

Заряд в 5 кулонов зафиксирован в начале оси координат. Второй заряд в 4 кулона расположен на расстоянии 1 м по оси абсцисс. Найдите электрический потенциал на точке х=6 м.

Шаг 1: Определите расстояния r1 и r2 от каждого точечного заряда до места, где должен быть найден электрический потенциал.9 вольт {/экв}

Пример электрического потенциала с непохожими зарядами

В начале оси координат зафиксирован заряд в 3 кулона. Второй заряд в -2 кулона расположен на х=10 метров. Определить электрический потенциал при х=5 м.

Шаг 1: Определите расстояния r1 и r2 от каждого точечного заряда до места, где должен быть найден электрический потенциал.

r1: Расстояние от начала координат до x=5 равно 6 метрам.9 вольт {/экв}

Получите доступ к тысячам практических вопросов и пояснений!

Калькулятор электростатического потенциала из-за точечного заряда

Электростатический потенциал из-за точечного заряда Формула

Электростатический потенциал = [Кулон]*Заряд/Разделение между зарядами
Вₑ = [Кулон]*q/r

Что такое электростатический потенциал?

Электростатический потенциал — это количество работы, необходимой для перемещения единицы электрического заряда из точки отсчета в определенную точку в электрическом поле без ускорения.

Разница между электрическим полем и электрическим потенциалом

Электрическое поле — это сила, действующая на пробный заряд, деленная на его заряд для любого положения в пространстве. Поскольку оно получено из силы, это векторное поле. Электрический потенциал – это электрическая потенциальная энергия пробного заряда, деленная на его заряд для любого положения в пространстве. Поскольку оно получено из энергии, это скалярное поле.

Как рассчитать электростатический потенциал из-за точечного заряда?

Калькулятор электростатического потенциала из-за точечного заряда использует Электростатический потенциал = [Кулон]*Заряд/Разделение между зарядами для расчета электростатического потенциала. Электростатический потенциал из-за точечного заряда — это количество работы, необходимой для перемещения единицы электрического заряда из точки отсчета к определенной точке электрического поля без создания ускорения.Электростатический потенциал обозначается символом Вₑ .

Как рассчитать электростатический потенциал из-за точечного заряда с помощью этого онлайн-калькулятора? Чтобы использовать этот онлайн-калькулятор для расчета электростатического потенциала из-за точечного заряда, введите заряд (q) и расстояние между зарядами (r) и нажмите кнопку расчета. Вот как можно объяснить электростатический потенциал из-за расчета точечного заряда с заданными входными значениями -> 9,000E+9 = [Кулон]*1/1 .

Solutions HW #4 — Physics 122

Solutions HW #4 — Physics 122

Solutions Homework Set #4 — Physics 122


Проблема 1

Электростатический потенциал точечного заряда q равен

На основании этого уравнения мы можем заключить, что:

  • Потенциал вблизи отрицательно заряженного объекта становится все более отрицательный.
  • Потенциал вблизи положительно заряженного объекта становится все более положительный.
  • Потенциал вблизи заряженного объекта пропорционален заряду объекта.

Электрическое поле E и потенциал V связаны следующим образом:

На основании этого уравнения делаем вывод, что чем больше разница в электростатический потенциал на определенном расстоянии, тем больше величина электрического поля в этом положении.


Проблема 2

Используя контурную диаграмму, вы можете определить разность потенциалов [Delta]V между начальным и конечным положением заряда q (убедитесь, что вы получили знак правильный) . Начальная и конечная потенциальная энергия заряда равно (q V1) и (q V2) соответственно. Работа, необходимая для перемещения заряда Таким образом, q равно -[Delta]U = -(q V2 — q V1) = -q [Delta]V.


Проблема 3

Электрическое поле направлено перпендикулярно эквипотенциальным контурам.С помощью линейки на рисунке можно определить изменение потенциала на единица расстояния:

Убедитесь, что вы используете правильные единицы измерения для [Delta]V и [Delta]d.


Проблема 4

Используйте тот же метод, что и в задаче 3, чтобы вычислить величину электрическое поле E. Тогда величина силы, действующей на заряд q, будет быть q E.


Проблема 5

Выберите определенную точку на эквипотенциальной поверхности, ближайшую к заряду представляет интерес.Значение потенциала в этой точке равно

Несмотря на то, что два других заряда находятся дальше, у них все равно будет существенное влияние на потенциал из-за зависимости 1/r потенциал. Используйте заданное соотношение зарядов и измеренных расстояний определить неизвестный заряд.



Проблема 6

Рассмотрим шар радиуса R с полным зарядом Q.Электрическое поле вне сферы находится точечный заряд Q, расположенный в центре сфера:

Таким образом, величина электрического поля на поверхности сферы равна равно

Таким же образом мы можем определить электростатический потенциал на поверхность сферы:

Комбинируя два последних уравнения, получаем:


Проблема 7

Используя выражение для V(R), мы можем определить заряд на куполе:



Проблема 8

Рассмотрим сферическую оболочку с внутренним радиусом ri и внешним радиусом ro.Предполагая что общий заряд оболочки равен Q, плотность заряда оболочки равно

Электрическое поле, создаваемое распределением заряда, будет иметь сферическую форму. симметрии и может быть легко получено с помощью закона Гаусса:

Для получения электростатического потенциала в определенной точке Р, расположенной расстоянии r от центра сферической оболочки, мы должны проинтегрировать электрическое поле на пути из бесконечности в эту точку P.Рассмотрим три особые случаи:

  • при r > ro:
  • при ro > r > ri:
  • при ri > r:

Таким образом, потенциал в центре сферической оболочки равен:


Проблема 9

Поскольку электрическое поле внутри сферической оболочки равно 0 Н/Кл, потенциал постоянен внутри сферической оболочки. Потенциал на внутри оболочки, таким образом, будет равен потенциалу в центре.Таким образом:


Проблема 10

Потенциал на внешней поверхности оболочки можно получить из общее решение, обсуждавшееся в задаче 8:



Проблема 11

Электростатический потенциал вне заряженной сферы радиусом R и общий заряд Q равен электростатическому потенциалу, создаваемому точечный заряд Q, расположенный в центре сферы:

Таким образом, электростатический потенциал на поверхности сферы равен до

Это уравнение можно использовать для выражения заряда Q через потенциал на сфере и радиусе R:


Проблема 12

Электрическое поле внутри металлического шара равно нулю.Чтобы определить полная энергия, связанная с электрическим полем, мы, таким образом, должны интегрировать плотность энергии по всему объему вне сферы. Электрический поле вне заряженной сферы радиусом R и полным зарядом Q одинаково как электрическое поле, создаваемое точечным зарядом Q, расположенным в центре сферы:

Таким образом, плотность энергии u(r) равна

Таким образом, полная энергия, связанная с электрическим полем, равна:



Физика для науки и техники II

от Office of Academic Technologies на Vimeo.

Пример 1. Возможности точечной зарядки

Теперь посчитаем потенциал точечного заряда. Предположим, что у нас есть положительный точечный заряд q , стоящий вот здесь, и теперь мы знаем, что он генерирует электрическое поле в радиальном направлении наружу, заполняя все пространство вокруг заряда и уходя от заряда в бесконечность в радиальном направлении наружу. . Потенциал, выбрав 0-потенциал на бесконечности, был определен как минус интеграл от E dot d r , интегрированный от бесконечности до точки интереса в пространстве.

Предположим, что интересующая нас точка находится здесь и находится на расстоянии r от источника. d r — вектор приращения смещения в радиальном направлении, и напомним, что электрическое поле равно q на 4 π ε 0 r 2 для точечного заряда. Это, конечно, радиально внешнее направление для положительного заряда. Тогда потенциал этого заряда становится равным минус модулю первого вектора, а это q над 4 π ε 0 r 2 , модуля второго вектора dr , и снова dr — вектор приращения смещения в радиальном направлении.Электрическое поле в этой точке также имеет радиальное направление. Следовательно, угол между этими двумя векторами равен 0 градусов, поэтому здесь мы имеем косинус 0 в результате скалярного произведения.

Эта величина будет интегрирована от бесконечности до точки интереса, которая находится на расстоянии r от заряда. Косинус 0 равен 1 и q по 4 π ε 0 константа может быть взята вне интеграла и потенциала В , поэтому становится равной – q по 4 3 2 3 2 π 0 интеграл от dr по r 2 интегрирован от бесконечности до r .Интеграл DR более г 2 составляет -1 более R , так что V равен минус Q более 4 π π ε 0 раз -1 более R оценивается в бесконечности и р .

Этот минус и тот минус дадут плюс, и если вы замените r на r в знаменателе, мы получим q на 4 π ε 0 r . Если мы заменим бесконечность на маленькие r , то количество станет равным 0, потому что любое число, деленное на бесконечность, превращается в 0.Следовательно, наш результат будет заключаться в том, что потенциал точечного заряда равен заряду, деленному на 4 π ε 0 умножить на r .

Здесь r — расстояние между точечным зарядом и точкой интереса. Здесь мы также должны сделать важное замечание, так как вы помните, что потенциал был электрической потенциальной энергией U на единицу заряда. Здесь энергия — скалярная величина, заряд — тоже скалярная величина, и всякий раз, когда мы делим любую скалярную величину на скалярную, мы также получаем скалярную величину.Поэтому потенциал не имеет никаких направленных свойств. Это не вектор, и это значительно упрощает работу с потенциалом, чем с электрическим полем, потому что в этом случае нам не нужно беспокоиться о свойствах направления.

Если у нас есть более одного точечного заряда в интересующей нас области, то, поскольку мы имеем дело со скалярными величинами, мы можем рассчитать потенциал конкретной точки, просто вычислив потенциалы, генерируемые каждым отдельным точечным зарядом в интересующем месте и затем просто добавляя их.Если мы заметим это здесь, для более чем одного заряда, например, если у меня есть q 1 и q 2 и q 3 и так далее и тому подобное, и если меня интересует потенциал в этой точке, я смотрю на расстояния этих зарядов до точки интереса и вычисляю их потенциалы. V 1 будет равно q 1 свыше 4 π ε 0 r 1.

Предположим, что это положительно, это отрицательно, это положительно. V 1 будет q 1 более 4 π ε 0 r 2 1 v V 2 2 будет равным, опять это положительный заряд Q 2 более 4 π ε 0 R 2 и V 3 будет равно, поскольку оно отрицательно, – q 3 над 4 π ε 0 r 3 .Как только мы определим их потенциалы относительно этой точки, то общий потенциал будет равен В 1 плюс В 2 плюс В 3 , или просто будет равен 1 на 4 π ε ε 0 будет распространен 10432 Q 1 более R 1 плюс Q 2 более R 2 минус Q 3 более г 3 .Поэтому суммарный потенциал, который генерирует эта система зарядов в этой точке P , будет равен этой величине.

Как измерить водный потенциал – разные методы

В заключении нашей серии из трех частей о водном потенциале (см. часть 1) мы обсуждаем, как измерять водный потенциал — различные методы, их сильные стороны и ограничения.

Методы измерения давления паров работают в сухом диапазоне.

Как измерить водный потенциал

По сути, существует только два основных метода измерения водного потенциала — тензиометры и методы измерения давления пара.Тензиометры работают во влажном диапазоне — специальные тензиометры, замедляющие температуру кипения воды (ТВВ), имеют диапазон от 0 до примерно -0,2 МПа. Методы давления паров работают в сухом диапазоне — примерно от -0,1 МПа до -300 МПа (0,1 МПа соответствует относительной влажности 99,93%; -300 МПа соответствует 11%).

Исторически эти диапазоны не перекрывались, но последние достижения в области тензиометров и технологий измерения температуры изменили это положение. Теперь опытный пользователь с отличными методами и лучшим оборудованием может измерить весь диапазон водного потенциала в лаборатории.

Однако есть причины обратить внимание на вторичные методы измерения. Методы давления паров бесполезны на месте, и точность тензиометра должна оплачиваться постоянным и тщательным обслуживанием (хотя доступна самозаполняющаяся версия тензиометра).

Здесь мы кратко расскажем о сильных сторонах и ограничениях каждого метода.

Методы измерения давления паров:

Гигрометр точки росы WP4C — один из немногих имеющихся в продаже приборов, в которых в настоящее время используется этот метод.Как и традиционные психрометры с термопарами, гигрометр точки росы уравновешивает образец в герметичной камере.

Гигрометр точки росы WP4C

Маленькое зеркало в камере охлаждается до тех пор, пока на нем не начнет образовываться роса. В точке росы WP4C измеряет температуру зеркала и образца с точностью до 0,001 ◦C для определения относительной влажности пара над образцом.

Преимущества

Самая последняя версия этого гигрометра точки росы имеет точность ±1% в диапазоне от -5 до -300 МПа, а также относительно проста в использовании.Многие типы образцов можно проанализировать за пять-десять минут, хотя влажные образцы требуют больше времени.

Ограничения

При высоком водном потенциале разница температур между давлением насыщенного пара и давлением пара внутри камеры для образца становится исчезающе малой.

Ограничения разрешения измерения температуры означают, что методы измерения давления паров, вероятно, никогда не заменят тензиометры.

Гигрометр точки росы имеет диапазон -0.от 1 до -300 МПа, хотя с помощью специальных методов можно получить показания выше -0,1 МПа. Тензиометры остаются лучшим вариантом для показаний в диапазоне от 0 до -0,1 МПа.

Вторичные методы

Содержание воды, как правило, легче измерить, чем водный потенциал, а поскольку эти два значения взаимосвязаны, можно использовать измерение содержания воды для определения водного потенциала.

График, показывающий, как изменяется водный потенциал по мере адсорбции и десорбции воды из определенной матрицы почвы, называется характеристикой влажности или кривой выделения влаги.

Пример кривой выделения влаги.

Каждая матрица, способная удерживать воду, имеет уникальную характеристику влажности, такую ​​же уникальную и отличительную, как отпечаток пальца. В почвах даже небольшие различия в составе и гранулометрическом составе оказывают существенное влияние на характеристику влажности.

Некоторые исследователи разрабатывают характеристику влажности для определенного типа почвы и используют эту характеристику для определения водного потенциала по показаниям содержания воды. Датчики матричного потенциала используют более простой подход, используя второй закон термодинамики.

Матричные датчики потенциала В матричных датчиках потенциала

используется пористый материал с известными характеристиками влажности. Поскольку все энергетические системы стремятся к равновесию, пористый материал придет к равновесию водного потенциала с почвой вокруг него.

Матричный датчик потенциала

Используя характеристику влажности пористого материала, вы можете затем измерить содержание воды в пористом материале и определить водный потенциал как пористого материала, так и окружающей почвы.Датчики матричного потенциала используют различные пористые материалы и несколько различных методов определения содержания воды.

Точность зависит от пользовательской калибровки

В лучшем случае датчики матричного потенциала имеют хорошую, но не превосходную точность. В худшем случае этот метод может только сказать вам, становится ли почва более влажной или более сухой. Точность датчика зависит от качества характеристики влажности пористого материала и однородности используемого материала.Для обеспечения высокой точности конкретный используемый материал должен быть откалиброван с использованием основного метода измерения. Чувствительность этого метода зависит от того, насколько быстро изменяется содержание воды при изменении водного потенциала. Точность определяется качеством измерения содержания влаги.

Точность также может зависеть от чувствительности к температуре. Этот метод основан на изотермических условиях, которых может быть трудно достичь. Разница температур между датчиком и почвой может привести к значительным ошибкам.

Ограниченный ассортимент

Все датчики матричного потенциала ограничены гидравлической проводимостью: по мере того, как почва становится суше, пористый материал требует больше времени для уравновешивания. Изменение содержания воды также становится небольшим и трудно поддающимся измерению. На мокрой стороне диапазон датчика ограничен потенциалом проникновения воздуха используемого пористого материала.

Тензиометр METER

Тензометры и традиционные методы

Прочтите здесь о достоинствах и недостатках тензиометров и других традиционных методов, таких как гипсовые блоки, прижимные пластины и фильтровальная бумага.

Выберите правильный датчик водного потенциала

Вебинар доктора Колина Кэмпбелла «Водный потенциал 201: выбор правильного прибора» посвящен теории приборов водного потенциала, в том числе проблемам измерения водного потенциала и тому, как выбирать и использовать различные приборы водного потенциала.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.