- •Мпс россии
- •1. Введение
- •2. Физические основы механики
- •Основные механические модели
- •1. Материальная точка.
- •2. Абсолютно твердое тело.
- •2.1. Кинематика материальной точки
- •Основные кинематические уравнения равнопеременного движения:
- •Движение материальной точки по окружности. Угловая скорость и угловое ускорение и их связь с линейными характеристиками движения
- •Для характеристики изменения вектора скорости на величину δv введем ускорение :
- •Угловая скорость и угловое ускорение
- •2.2. Динамика материальной точки и поступательного движения твердого тела
- •Взаимодействие тел. Второй закон Ньютона. Сила. Масса. Импульс. Центр масс
- •2.3. Законы сохранения в механике
- •Момент силы. Момент импульса. Закон сохранения момента импульса
- •Энергия. Работа. Мощность
- •Консервативные и неконсервативные силы
- •Закон сохранения энергии
- •2.4. Принцип относительности в механике
- •2.5. Элементы релятивистской динамики (специальной теории относительности)
- •2.6. Элементы механики твердого тела
- •2.7. Элементы механики сплошных сред
- •Упругое тело. Деформация. Закон Гука
- •3. Электричество и магнетизм
- •3.1. Электростатика
- •Закон Кулона
- •Электрическое поле
- •Принцип суперпозиции электрических полей
- •Поток вектора напряженности электрического поля
- •Теорема Остроградского – Гаусса и ее применение к расчету полей
- •Поле равномерного заряженной бесконечной прямолинейной нити
- •Поле равномерно заряженной плоскости
- •Работа сил электростатического поля при перемещении заряда. Потенциал
- •Связь между напряженностью и потенциалом электростатического поля
- •Идеальный проводник в электростатическом поле
- •Электроемкость уединенного проводника конденсатора
- •Энергия заряженного проводника
- •Энергия электрического поля. Объемная плотность энергии
- •3.2. Постоянный электрический ток
- •Закон Ома
- •Дифференциальная форма закона Ома
- •Закон Джоуля-Ленца
- •Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме.
- •Правила Кирхгофа для разветвленных цепей.
- •3.3. Магнитное поле
- •Момент сил, действующих на виток с током в магнитном поле
- •Принцип суперпозиции магнитных полей
- •Закон Био-Савара-Лапласа и его применение к расчету магнитных полей
- •Взаимодействие параллельных токов
- •Контур с током в магнитном поле. Магнитный поток
- •Работа перемещения проводника и контура с током в магнитном поле
- •Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея
- •Явление самоиндукции
- •Токи замыкания и размыкания в цепи
- •Явление взаимоиндукции
- •Энергия магнитного поля
- •3.4. Статические поля в веществе Диэлектрики в электрическом поле
- •Магнитные свойства вещества
- •3.5. Уравнения Максвелла
- •Электромагнитные волны
- •3.6. Принцип относительности в электродинамике
- •3.7. Квазистационарное магнитное поле
- •4. Физика колебаний и волн
- •4.1. Кинематика гармонических колебаний
- •Сложение гармонических колебаний
- •4.2. Гармонический осциллятор
- •Свободные затихающие колебания
- •Логарифмический декремент затухания
- •4.3. Ангармонические колебания
- •4.4. Волновые процессы
- •4.5. Интерференция волн
- •Интерференция от двух когерентных источников
- •Стоячие волны
- •Интерференция в тонких пленках
- •4.6. Дифракция волн
- •Принцип Гюйгенса-Френеля
- •Дифракция Фраунгофера от одной щели
- •Дифракция от многих щелей. Дифракционная решетка.
- •4.7. Поляризация света
- •Поляризация при отражении света от диэлектрика
- •Двойное лучепреломление в анизотропных кристаллах
- •Закон Малюса
- •Степень поляризации
- •Вращение плоскости поляризации
- •4.8. Взаимодействие электромагнитных волн с веществом
- •5. Квантовая физика
- •5.1. Экспериментальное обоснование основных идей квантовой механики. Взаимодействие фотонов с электронами
- •Внешний фотоэффект
- •Эффект Комптона
- •Давление света
- •5.2. Корпускулярно – волновой дуализм
- •Соотношение неопределенностей
- •5.3. Квантовые состояния и уравнение Шредингера
- •5.4. Атом
- •Теория Бора для водородоподобных атомов.
- •5.5 Многоэлектронные атомы
- •5.6. Молекулы
- •5.7. Электроны в кристаллах
- •5.8. Элементы квантовой электроники
- •5.9. Атомное ядро
- •Радиоактивность. Закон радиоактивного распада
- •Закономерности α и β - распада
- •Ядерные реакции. Законы сохранения в ядерных реакциях
- •Реакция деления ядра. Цепная реакция. Ядерный реактор
- •Реакции синтеза. Термоядерные реакции
- •Элементарные частицы
- •6. Статистическая физика и термодинамика
- •6.1. Элементы молекулярно-кинетической теории
- •Модель идеального газа
- •Число степеней свободы молекул
- •Среднее число столкновений и средняя свободного пробега молекул
- •Явления переноса
- •Электрический ток в вакууме. Термоэлектронная эмиссия
- •Электрический ток в газах
- •6.2. Основы термодинамики Внутренняя энергия идеального газа. Работа
- •Внутренняя энергия идеального газа
- •Первый закон термодинамики
- •Изопроцессы
- •Термодинамические процессы, циклы
- •Круговые процессы. Второе начало термодинамики.
- •Цикл Карно
- •Фазовые превращения
- •Реальные газы. Уравнение Ван – дер – Ваальса
- •6.3. Функции распределения. Закон Максвелла для распределения молекул по скоростям
- •Барометрическая формула (распределение Больцмана)
- •Порядок и беспорядок в природе. Синергетика
- •Магнетики в тепловом равновесии. Ферромагнетизм
- •7. Заключение Современная физическая картина мира
3.4. Статические поля в веществе Диэлектрики в электрическом поле
К диэлектрикам относятся вещества, в которых отсутствуют свободные электрические заряды, например, N2, Н2О,NaClи т.п. При внесении диэлектрика в электрическое поле, например, в однородное поле плоского конденсатора (рис.3.22), происходит поляризация, заключающаяся в том, что на противоположных плоскостях диэлектрика индуцируются так называемыесвязанныеразноименные заряды.
Рис. 3.22
В отсутствие внешнего электрического поля центры положительных и отрицательных зарядов либо совмещены (неполярные диэлектрики), либо нет (полярные диэлектрики). В последнем случае молекулы обладают дипольным электрическим моментом(рис.3.1). Во внешнем электрическом поле диполи будут ориентироваться (дипольная поляризация-вода, аммиак…).
Неполярные диэлектрики во внешнем электрическом поле могут испытывать упругуюполяризациюэлектронного или ионного типа:
а) внешнее поле деформирует электронную оболочку относительно положительно заряженного ядра;
б) внешнее поле смещает положительные и отрицательные ионы в молекулах относительно друг друга (ионные кристаллы типа: KCl,NaClи др.), образуются диполи.
Существует еще спонтанная поляризацияв веществах с электрическими доменами, которые ориентируются во внешнем поле (сегнетова соль, титанат бария).
Степень поляризации диэлектриков характеризуется вектором поляризованностиР, численно равным геометрической сумме всех дипольных моментов Рiв единице объема
(3.78)
где - поверхностная плотность связанных зарядов.
У диэлектриков (кроме сегнетоэлектриков) между и напряженностью электрического полясуществует связь
,
где - называетсядиэлектрической восприимчивостью.
Поляризация не приводит к созданию объемного заряда, так как число положительных зарядов в единице объема остается равным числу отрицательных зарядов. Однако, как видно из элементарной схемы (рис.3.22), поляризация приводит к появлению связанных в молекулах зарядов на поверхности диэлектрика. В результате в нем, возникает внутреннее поле Е/, направленное против внешнего поля Е0. Результирующее поле внутри диэлектрика
Отношение Е0/Е – есть диэлектрическая проницаемость вещества
(3.79)
Таким образом, диэлектрическая проницаемость показывает во сколько раз поле ослабляется в диэлектрике.
Диэлектрическая проницаемость учитывается в законе Кулона (см.3.2), при определении емкости конденсаторов с диэлектриком (см. 3.27-3.29), при определении энергии электростатического поля (см. 3.35-3.36) и т.д.= 1 +.
Поверхностную плотность связанных зарядов /можно определить из соотношений Е/=//или/=Р.
Для описания электрического поля в диэлектрике часто пользуются вместо Е вектором электрического смещения D:
и(3.80)
Вектор не зависит отсреды. Линии векторамогут начинаться и кончаться только на свободных зарядах.
Поток вектора смещения Dсквозь любую замкнутую поверхность равен алгебраической сумме свободных зарядов, заключенных внутри этой поверхности –теорема Остроградского-Гаусса для диэлектрика:
(3.81)
На границе двух диэлектриков с разными линии векторовипреломляются (рис.3.23).
Рис.3.23
Объемная плотность энергии электрического поля в диэлектрике