Анализ физических процессов при магнитостатистическом экранировании как способа НКЗИ

Содержание
Введение………………………………………………………………….2
1. Электростатическое поле, основные уравнения электростатики….2
1.1.Основные понятия и определения………………………………….2
1.2.Основной закон электростатики……………………………………4
1.3.Электростатическое поле. Напряженность поля………………….6
1.4.Связь между силовой и энергетической характеристиками электростатического поля …………………………………………….10
Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме…………..12

2. Физические процессы при электростатическом экранировании….15
Заключение……………………………………………………………...19
Список литературы

Анализ физических процессов при магнитостатистическом экранировании как способа НКЗИ

     Рассмотрим метод определения значения и направления вектора напряженности  в каждой точке электростатического поля, создаваемого системой неподвижных точечных зарядов находящейся в вакууме.
     Опытным путем доказано, что к кулоновским силам применим принцип независимости действия сил, рассмотренный в механике, т.е. результирующая сила , действующая со стороны поля на пробный заряд , равна векторной сумме сил , приложенных к нему со стороны каждого из зарядов  системы:
     (1.7)
     Согласно (1.5)  и , где  напряженность результирующего поля,  напряженность поля, создаваемого зарядом . Подставляя последние выражения в (1.7), получим:
    или  (1.8)
      Формула (1.8) выражает принцип суперпозиции (наложения) электростатических полей, согласно которому напряженность результирующего поля, создаваемого в данной точке пространства системой зарядов или заряженных тел, равна геометрической сумме напряженностей полей, создаваемых в этой точке каждым из зарядов системы в отдельности.
    
     Применим принцип суперпозиции для расчета электростатического поля электрического диполя. Электрический диполь – это система двух равных по модулю разноименных точечных зарядов, расстояние между которыми значительно меньше расстояний до рассматриваемых точек поля.
     Вектор, направленный по оси диполя (прямой, проходящей через оба заряда) от отрицательного заряда к положительному и равный расстоянию между ними, называется плечом диполя  (рис. 1.6). 
Вектор (1.9)
      совпадающий по направлению с плечом диполя и равный произведению величины заряда на плечо, называется электрическим моментом диполя  или дипольным моментом.
     Согласно принципу суперпозиции (1.8) напряженность поля диполя в произвольной точке
    где  напряженности полей, создаваемых соответственно положительным и отрицательным зарядами диполя. В качестве примера рассчитаем напряженность поля на продолжении оси диполя (в точке А на рис. 1.7).
     В данном случае вектор напряженности результирующего поля в точке А направлен по оси диполя и по модулю равен
   
 
    1.4. Связь между силовой и энергетической характеристиками электростатического поля
       Напряженность  и потенциал – различные характеристики одной и той же точки поля. Следовательно, между ними должна существовать однозначная связь.
     Работа по перемещению единичного точечного положительного заряда из одной точки поля в другую вдоль оси х на элементарное расстояние  равна . С другой стороны, эту работу можно выразить через разность потенциалов на концах отрезка , т.е. . Приравнивая оба выражения для работы, получим , откуда
    
     где символ частной производной подчеркивает, что дифференцирование производится только по оси х. Повторив аналогичные рассуждения для осей y и z, можем найти вектор
    
     (1.10)
     где  единичные векторы координатных осей x, y и z (орты).
     В математике вектор, показывающий направление наибольшего роста скалярной функции П, называется градиентом (обозначается ). Таким образом, формулу (1.20) можно представить в виде  
    (1.11)
     т.е. напряженность поля равна градиенту потенциала со знаком «минус». Это означает, что вектор напряженности электростатического поля направлен в сторону убывания потенциала. В случае однородного поля (например, поля плоского конденсатора) модуль напряженности определяется по формуле
    (1.22)
     где d – расстояние, разность потенциалов между обкладками конденсатора. Из формулы (1.22) следует, что напряженность электрического поля можно выражать в вольтах на метр (В/м).
     Для графического изображения распределения потенциала электростатического поля пользуются эквипотенциальными поверхностями – поверхностями, во всех точках которых потенциал  имеет одно и то же значение. Если поле создается точечным зарядом (рис. 1.9), то его потенциал равен Таким образом, эквипотенциальные поверхности в данном случае – концентрические сферы, охватывающие заряд.
рис.1.8
    1.5. Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме
     Вычисление напряженности поля большой системы электрических зарядов с помощью принципа суперпозиции электростатических полей можно существенно упростить, используя теорему Гаусса
рис.1.9
    Эта теорема определяет поток вектора напряженности электрического поля через произвольную замкнутую поверхность. Для произвольной замкнутой поверхности S поток вектора напряженности  через эту поверхность определяется выражением   (1.13)
     где  проекция вектора  на нормаль  к площадке dS (рис. 1.10); вектор, модуль которого равен dS, а направление совпадает с направлением нормали к площадке ( ).
     Рассмотрим сферическую поверхность радиуса r, охватывающую точечный заряд q, находящийся в ее центре (рис. 1.11). В соответствии с формулой (1.23) поток вектора напряженности сквозь эту поверхность будет равен: (1.14)
     рис.1.10
     Этот результат справедлив для замкнутой поверхности любой формы.
    В соответствии с принципом суперпозиции напряженность  поля, создаваемого всеми зарядами, равна векторной сумме напряженностей полей, обусловленных каждым зарядом в отдельности; поэтому поток вектора напряженности результирующего поля будет равен:
     Согласно (1.24) каждый из интегралов, стоящий под знаком суммы, равен . Следовательно, (1.15)
           Применим теорему Гаусса для определения напряженности поля равномерно заряженной бесконечной плоскости. В этом случае поверхностная плотность заряда
    
     одинакова в любом месте плоскости. Это означает, что линии напряженности перпендикулярны плоскости в любой точке, т.е. поле заряженной плоскости однородно (рис. 1.11).
    рис.1.11
     Мысленно выделим в пространстве цилиндр, ось которого перпендикулярна плоскости и одно из оснований проходит через интересующую нас точку. Согласно теореме Гаусса,
     С другой стороны,
Тогда откуда (1.16)
Выражения для расчета напряженности электростатического поля, образованного некоторыми другими заряженными телами:
     1. Напряженность поля, создаваемого разноименно заряженными параллельными бесконечно протяженными плоскостями (поле плоского конденсатора) (1.17)
     2. Напряженность поля, образованного заряженным шаром
    (1.18)
     где заряд шара радиуса ; расстояние от центра шара до точки поля ( ).
3. Напряженность поля равномерно заряженной бесконечно длинной нити (цилиндра) (1.19)
     где  линейная плотность заряда на нити (заряд, приходящийся на единицу длины); расстояние от нити до точки поля.
2. Физические процессы при электростатическом экранировании
Подавление наводок практически сводится к устранению или ослаблению паразитных связей между источником и приемником наводок путем экранирования и развязывания цепей.
Экранирование – локализация электромагнитной энергии в определенном пространстве за счет ограничения распространения ее всеми возможными способами.
Между 2-мя электрическими цепями, находящимися на некотором расстоянии друг от друга могут возникнуть следующие виды связей:
через электрическое поле,
через магнитное поле,
через электромагнитное поле,
через провода, соединяющие эти цепи.
Полное экранирование может быть получено только под подавлением всех 4-х видов электромагнитных связей. Однако, требования к эффективности экранирования в ряде случаев могут быть снижены. Тогда задачей экрана может быть ослабление того или иного вида связи.Экран, защищая цепи, детали, колебательные контуры от воздействия внешних полей, оказывает существенной влияние на параметры экранируемых элементов. Из-за перераспределения электромагнитного поля внутри экрана происходят изменения их первичных параметров, в результате чего, например, изменяются магнитные связи, уменьшается первичная индуктивность катушек, увеличивается емкость контуров, возрастает активное сопротивление, что ведет к изменению частоты. Относительные изменения параметров, экранируемых элементов можно учесть с помощью коэффициентов. (2.1)
где (1) Aэij – значение i-го параметра j-го экранируемого элемента при наличии экрана, A0ij – без экрана.