- •Лекция №1
- •Введение
- •Закон сохранения электрического заряда
- •Взаимодействие точечных зарядов. Закон Кулона
- •Электрическое поле. Напряженность электрического поля.
- •Напряженность поля точечного заряда
- •Линии напряженности.
- •Потенциальная энергия пробного заряда в поле точечного заряда (потенциальная энергия системы двух точечных зарядов). Потенциал электрического поля.
- •Работа по перемещению заряда в электрическом поле. Условие потенциальности электрического поля.
- •Эквипотенциальные поверхности.
- •Вектор градиента потенциала электрического поля. Связь напряженности и градиента потенциала.
- •Графическое изображение электрических полей.
- •Поток вектора напряженности электрического поля.
- •Теорема Гаусса
- •Дивергенция векторного поля
- •Теорема Гаусса в дифференциальном виде
- •Применение теоремы Гаусса для расчёта электрических полей
- •Поле бесконечной, равномерно заряженной плоскости
- •Две бесконечные плоскопараллельные разноименно заряженные плоскости
- •Бесконечный равномерно заряженный цилиндр (нить)
- •Два коаксиальных бесконечных равномерно заряженных цилиндра
- •Заряженная сфера
- •Концентрические равномерно заряженные сферы
- •Поле равномерно заряженного шара Принцип суперпозиции полей
- •Электрический диполь. Электрический (дипольный) момент
- •Поле точечного диполя
- •Энергия диполя в поле
- •Момент сил, действующих на диполь. Сила, действующая на диполь в неоднородном поле.
- •Электрическое поле в диэлектриках
- •Механизмы поляризации
- •Поверхностные и объёмные связанные заряды
- •Электростатическое поле в диэлектрике
- •А следовательно, . Таким образом, физической причиной ослабления поля в диэлектрике является поляризация его и появление собственного поля поляризационных связанных зарядов.
- •Вектор электрической индукции (электрического смещения)
- •Связь между векторами и .
- •Поведение векторов и на границе двух сред
- •Сегнетоэлектрики
- •В зависимости от сегнетоэлектрика петля может быть широкой или узкой.
- •Пьезоэлектрики
- •Проводники в электрическом поле
- •Поле заряженного проводника
- •Электроемкость уединенного проводника. Электроемкость проводящего шара
- •Конденсаторы. Емкость конденсаторов
- •Емкость плоского конденсатора
- •Емкость сферического конденсатора
- •Емкость цилиндрического конденсатора
- •Соединение конденсаторов
- •Энергия системы точечных зарядов
- •Энергия заряженного проводника
- •Энергия конденсатора
- •Энергия электрического поля
- •Законы постоянного тока Электрический ток
- •Плотность тока
- •Сторонние силы. Эдс сторонних сил. Напряжение.
- •Закон Ома для однородного участка цепи. Сопротивление проводника.
- •Закон Ома в дифференциальной форме
- •Закон Джоуля — Ленца
- •Закон Ома для замкнутой цепи. Закон Ома для неоднородного участка цепи
- •Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа
- •Работа и мощность тока
- •Электронная теория проводимости металлов (классическая теория Друде — Лоренца)
- •Закон Ома в электронной теории
- •Закон Джоуля — Ленца в электронной теории
- •Закон Видемана — Франца в электронной теории
- •Затруднения классической электронной теории металлов
- •Сверхпроводимость
- •Работа выхода электрона из металла Работа, которую нужно затратить для удаления электрона из твердого тела в вакуум, называется работой выхода.
- •Контактная разность потенциалов
- •Термоэлектрические явления и их применение
- •Явление Зеебека.
- •Явление Пельтье.
- •3.Явление Томсона
- •Термоэлектронная эмиссия
- •Квантовая теория. Энергетические состояния электронов в твердых телах. Энергия Ферми
- •Классификация твердых тел по зонной теории
- •Объяснение затруднений классической теории металлов. Как справилась с затруднениями квантовая теория?
- •Полупроводники Собственная проводимость полупроводника
- •Примесная проводимость полупроводников
- •Полупроводник типа n
- •Полупроводник типа p
- •Объяснение p-n перехода с квантовой точки зрения
В зависимости от сегнетоэлектрика петля может быть широкой или узкой.
Диэлектрическая проницаемость и восприимчивость не являются постоянными, как у обычных диэлектриков, а зависят от поля E. Можно определить дифференциальную проницаемость и восприимчивость в любой точке кривой . ; .
Обычно, говоря о восприимчивости и проницаемости, имеют в виду дифференциальные значения и у свежего образца в начале координат. У сегнетоэлектриков и могут иметь очень большую величину — порядка нескольких тысяч. У сегнетовой соли = 100 000.
В сегнетоэлектриках имеются области спонтанной поляризации — домены. В пределах домена сегнетоэлектрик поляризован до насыщения и P = Ps. Причиной спонтанной поляризацции является особое взаимодействие между частицами, в результате которого минимуму энергии отвечает параллельная ориентация элементарных электрических моментов. Размеры сегнетоэлектрических доменов порядка нескольких десятых долей миллиметра. В отсутствие внешнего поля результирующий электрический момент свежего образца равен нулю, так как моменты отдельных доменов ориентированы хаотично. При наличии внешнего поля возникает частичная ( а при насыщении — полная) упорядоченность в расположении моментов доменов, и образец в целом оказывается поляризован. В отличии от обычного диэлектрика поле ориентирует не электрические моменты отдельных атомов или молекул (элементарные диполи), а электрические моменты доменов.
Сегнетоэлектрический эффект наблюдается только в определенном интервале температур. Сегнетова соль, например, сегнетоэлектрик при температурах от –18° до +24°С, титанат бария — при температуре ниже 125°С. Эта температура называетс сегнтоэлектрической точкой Кюри (с). При t > с сегнетоэлектрик превращается в обычный диэлектрик.
Сегнетоэлектрики широко применяются в технике. Конденсаторы с сегнетоэлектрическим заполнением называются варикондами. Емкость вариконда зависит от напряжения, так как диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектрика есть функция напряженности поля. Если вариконд включить в колебательный контур, то собственную частоту контура можно изменять не механически (поворотом ротора переменного конденсатора), а электрически — изменением напряжения на конденсаторе-вариконде.
Вариконды используются также в стабилизаторах напряжения, в лазерной технике (оптические затворы, генерация света), в схемах измерения температуры (здесь используется зависимость проницаемости от температуры), в диэлектрических усилителях.
Пьезоэлектрики
Интерес к сегнетоэлектрикам в значительной степени вызван тем, что эти вещества обнаруживают пьезоэффект — поляризацию под влиянием механической деформации.
Пьезоэлектрическая пластинка, помещенная в электрическое поле деформируется (растягивается или сжимается). Это явление получило название обратного пьезоэффекта.
Технические применения пьезоэффекта черезвычайно разнообразны и основаны на возможности преобразования механической энергии в электрическую и наоборот. Существуют пьезоэлектрические микрофоны, звукосниматели, громкоговорители, всякого рода датчики и т.д. Обратный пьезоэффект применяется для генерации ультразвука. Пьезоэлектрическая пластинка, помещенная в переменное электрическое поле ультразвуковой частоты изменяют свои размеры с этой частотой и становится излучателем ультразвука.