bloody_physics_2

Good Luck

Билет 1

Закон сохр эл заряда. Эл-стат-ое поле. Напряженность

Закон сохранения электрического заряда алгебраическая сумма зарядов электрически замкнутой системы сохраняется.

Электростатическое поле — поле, созданное неподвижными в пространстве и неизменными во времени электрическими зарядами (при отсутствии электрических токов).

Напряжённость электрического поля — векторная физическая величина, характеризующая электрическое поле в данной точке и численно равная отношению силы действующей на пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда q:

.

Электростатический потенциал — скалярная энергетическая характеристика электростатического поля, характеризующая потенциальную энергию поля, которой обладает единичный заряд, помещённый в данную точку поля.

φ=W_п/q

Если поле образовано не одним зарядом, а несколькими, то силы, действующие на пробный заряд, складываются по правилу сложения векторов. Поэтому и напряженность системы зарядов в данной точке, поля равна векторной сумме напряженностей полей от каждого заряда в отдельности.

Пример

Согласно принципу суперпозиции электрических полей можно найти напряженность в любой точке А поля двух точечных зарядов и (рис. 13.1). Сложение векторов и производится по правилу параллелограмма. Направление результирующего вектора находится построением, а его абсолютная величина может быть подсчитана по формуле

Билет 2

Поток вектора напряж. Вывод О-Г для поля в вакууме.

Число линий вектора E, пронизывающих некоторую поверхность S, называется потоком вектора напряженности N_E.

Поток напряженности через такую элементарную площадку будет равен по определению(рис.13.5).

Теорема О-Г: Поток вектора напряжённости электрического поля через любую, произвольно выбранную замкнутую поверхность пропорционален заключённому внутри этой поверхности электрическому заряду.

если r<R то q=0, E=0, внутри сферы поля нет.

Потенциал φ найдем из формулы E_r=-dφ/dr

Полагая что получаем потенциал поля вне сферы.

Билет 3

Теорема О-Г для вакуума

Теорема О-Г: Поток вектора напряжённости электрического поля через любую, произвольно выбранную замкнутую поверхность пропорционален заключённому внутри этой поверхности электрическому заряду.

Билет 4

Работа сил эл-стат поля. Связь потенциала и напряженности

Элементарная работа, совершаемая силой F при перемещении точечного электрического заряда из одной точки электростатического поля в другую на отрезке пути , по определению равна

где - кулоновская сила,

Как видно из рисунка тогда получим

Связь Е и φ

Напряженность поля Е на всем малом пути dx можно считать постоянной. Тогда работа перемещения С другой стороны . Из этих уравнений получаем

Билет 5

Потенциал эл-стат поля. Связь напряженности и потенциала

Электростатический потенциал — скалярная энергетическая характеристика электростатического поля, характеризующая потенциальную энергию поля, которой обладает единичный заряд, помещённый в данную точку поля.

φ=W_п/q

Связь Е и φ

Напряженность поля Е на всем малом пути dx можно считать постоянной. Тогда работа перемещения С другой стороны . Из этих уравнений получаем

В интегральной форме .

R-dx; ε-E

Пример: По тонкому проволочному кольцу равномерно распределен заряд с линейной плотностью τ = 100 пКл/м

Потенциал в центре кольца определим разбив кольцо б\м участки с зарядом q_i.

Из формулы линейной плотности заряда кольца

q = q_iN = 2τπR.

сумма φ:

φ = 5.65 В.

Билет 6

Электростат поле в диэлектр. Диполь в электростат поле. Поляризация.

Диэлектрик – в-во, кот.в обычном состоянии практически не проводит ток.

Неполярный диэлектрик – в отсутствие внешнего эл.поля «центры тяжести» положительных и отрицательных зарядов м молекулах совпадают (I=0), дипольные моменты =0.

Полярный – молекулы которого имеют электроны, расположенные несимметрично, относительно атомных ядер.

В однородном внешнем поле на диполь действуют 2 силы: qE и –qE. Диполь, наход.в электростат поле обладает энергией. При повороте диполя на малый угол dθ силы поля совершают работу δА

Поляризация диэлектриков — явление, связанное с поляризацией связанных зарядов в диэлектрике и поворотом электрических диполей под воздействием внешнего электрического поля.

Электронная — смещение электронных оболочек атомов под действием внешнего электрического поля.

Дипольная (Ориентационная) — протекает с потерями на преодоление сил связи и внутреннего трения.

Поляризованность изотропных диэлектриков любого типа связана с напряженностью поля соотношением , где - диэлектрическая восприимчивость диэлектрика - физическая величина, мера способности вещества поляризоваться под действием электрического поля.

Величина обратно пропорциональна изменению температуры.

Билет 7

Эл-статич поле. Вектор поляризации. Теорема О-Г

А)во внеш электростат поле помещен образец из однородного диэлектрика в форме S h

Б) во внеш электростат поле помещен образец из диэлектрика в форме косоугольного цилиндра

Теорема О-Г

поток вектора электрического смещения через замкнутую поверхность пропорционален заключённому внутри этой поверхности свободному электрическому заряду

Электр смещение .

Билет 8

Условия на границе 2-х диэлектр. Для векторовнапряж и смещен (вывод)

На границе раздела двух сред нет свободных зарядов

А)нормальные составляющие

Нормальная составляющая D не терпит разрыва на границе раздела

ε₁ ε₀Е_n1= ε₂ ε₀E_n2

Б)тангенц составляющая(паралл.границе)

Из условия потенциальности поля

Не терпит разрыва на границе раздела

Вектор эл-кого смещения

Билет 9

Обобщ теор. Гаусса. Пример расчета электрич поля в диэлектр.

Диэлектрики(газы, жидкости,фарфор..) – в-ва, кот при обычных условиях не проводят ток.

В отличие от проводников нет свободных зарядов.Все молекулы нейтральны. Молекулу можно рассматривать как диполь с моментом р_е=ql.

Свободные заряды – заряды, предвнесенные извне и наруш электр. нейтральность диэлектрика.

Связанные заряды – заряды, не нарушающие нейтральность диэлектрика и способные перемещаться на расстояния сравнимые с размером молекулы.

Согласно принципу суперпозиции

Поток электростат смещения электростат поля сквозь замкнутую поверхность, проведенную в поле, рвен алгебраической сумме свободных зарядов, охватываемых этой поверхностью.

Билет 10

Проводник в электростат. Поле. Поле внутри и на поверхности. Распредел.

В металл проводниках имеются свободные заряды. Если проводник поднести во внешнее поле, то электроны перераспределятся в проводнике так, что в любой точке внутри проводника поле свободных зарядов и положит ионов скомпенсировало внешнее поле.

Распределение зарядов – электростатич. индукция.

Возникшие при этом заряды, равные по величин и разные по знаку – индуцированные.

Вектор у поверхности проводника направлен по нормали т.к. касательн состовл бы вызвала перемещение зарядов по поверхности, что противоречит условию равновесия зарядов в проводнике.

А)внутри проводника Е=0, у поверх Е=Е_n

Б)весь объем проводника эквипотенц, и поверхность проводника эквипотенциальна

В)нескомпенсиров заряды располагаются только на его поверхности, т.к. согласно теор О-Гзаряд, охватываем. произв S проведенный внутри проводника равен нулю, т.к. Е=0

σ наибольшая на выпукл поверхности и наименьшая на вогнутых.

Между одноименн зарядами, наход. На поверхности действуют силы взаимного оттлакивания

Билет 11

Электроемкость уединенного проводн.,двух проводников, конденсаторы.

Любое тело способно накапливать электрический заряд. Но есть причины, ограничивающие макс величину заряда.

Электроемкость тела равна заряду, кот необходимо сообщить телу чтобы увеличить его потенциал на 1 единицу.

Емкость зависит от размеров, формы и диэлектрическими сво-вами среды.

Емкость уединенного шара R

Конденсатор – система из 2-х или более проводников, электрич поле кот. сосредоточено между проводниками

(плоские, цилиндрические, сферические)

Плоский

Сферический

Билет 12

Параллельное

При параллельном соединении конденсаторов напряжение между пластинами каждого конденсатора одно и то же

q=CU

q=q₁+q₂ общий заряд батареи

q=C₁U+C₂U=U(C₁+C₂)

CU= U(C₁+C₂)

Последовательное

Если левая пластина первого конденсатора заряжена положи­тельно (+), то вследствие электростатической индукции правая пластина этого конденсатора получит отрицательный заряд (-),перешедший с левой пластины вто­рого конденсатора, которая сама зарядится положительно, и т. д. Значит при последовательном соединении каждый конденсатор независимо от величины его ем­кости получит один и тот же за­ряд, т. е.

q₁=q₂=q

U=U₁+U₂

U=q/C

Билет 13

Энергия конденсатора и проводника. Энергия элстатич поля. Объемная плотность

Энергия заряж конденсат равна работе, кот была затрачена при его разрядке и зарядке.

Изменение энергии поля при разрядке

Для уедин. Проводника

А)однородное поле

– объемная плотность энергии

Б)неоднородное электростат поля

Все пространство разбивают на б\м объемы dV такие что в пределах dv E=const

Вид объема dV повторяет симметрию поля dW_e=W_edV где W_e=DE/2 а энергию всего обьема W_e=∫dW.

Билет 14

Пост.ток. Ур-е непрерывности

Постоянный ток – электрич ток, не изменяющийся в течении времени ни по силе ни по направлению.

1)должны иметься свободные заряды

2)наличие электрич поля

3)наличие источника тока

Закон Ома I=U/R

Уравнение непрерывности

Дивергенция плотности тока равна изменению плотности заряда со знаком минус

Билет 15

Пост ток, сила и плотность.

Постоянный ток – электрич ток, не изменяющийся в течении времени ни по силе ни по направлению.

1)должны иметься свободные заряды

2)наличие электрич поля

3)наличие источника тока

Закон Ома I=U/R

Плотность тока

j=I/S вектор j совпадающий с направлением тока и численно равный отношению силы тока dI сквозь малый элемент поверхности dS

Плотность тока постоянна и одинакова

j₂/j₁=S₁/S₂

Сторонние силы – силы неэлектрического происхождения. Совершают работу по переносу положительных зарядов из точки с наименьшим в точку с наибольшим потенциалом.

Билет 16

З-н Ома для плотности тока

Постоянный ток – электрич ток, не изменяющийся в течении времени ни по силе ни по направлению.

1)должны иметься свободные заряды

2)наличие электрич поля

3)наличие источника тока

Внутри проводника выделим б/м цилиндрический участок .

φ_1-φ₂₌φ-(φ+Δφ)=-dφ

-dφ=dIdR

dIdR=jdSρdl/dS=jρdl

-dφ=jρdl

-dφ/dt=jρ; E=jρ

j=γE – закон Ома в дифф форме

I=∫idS=∫γEdS чтобы тек ток необходимо наличие электростат тока.

Билет 17

ЭДС,разность потенциалов.Границы применимости закона Ома.

Постоянный ток – электрич ток, не изменяющийся в течении времени ни по силе ни по направлению.

1)должны иметься свободные заряды

2)наличие электрич поля

3)наличие источника тока

Кулоновские силы соединяют разноименные заряды, выравнивают потенциал; Сторонние наоборот, поддерживают разность потенциалов.

ЭДС численно равна работе сил при перемещении единичного заряда.

Напряжение - физ величина, численно равная работе, соверш.сторонними и кулоновскими силами при перемещении заряда от точки 1 к 2.

Произведение электрического сопротивления участка на силу тока в нем равно сумме падений электрического потенциала на этом участке и ЭДС всех источников.

Границы применения

средняя скорость направленного движения носителей тока пропорциональна напряжённости электрического поля, то есть пропорциональна действующей на частицы силе.

а) выполняется для металлов, полупроводников, электролитов, то есть для тех веществ, в которых носители тока испытывают большое число соударений. При этом данный закон выполняется при не слишком сильных полях, когда роль соударений велика.

б) не выполняется при токах в вакууме (например, в кинескопах, радиолампах, ускорителях частиц), так как в этих случаях носители тока практически не испытывают столкновений.

в) очень ограниченно выполняется в плазме, так как в плазме обычно непостоянно число носителей тока.

Билет 18

Классическая теория траляля. Вывод закона Ома классической теории.

Высокая электрическая проводимость металлов в жидком и твердом состоянии обусловлена огромной концентрацией электронов.

В теории Лоренца электроны обладают свойствами одноатомного идеального газа.

Закон Ома Сразу после очередного соударения электрона с ионом кристаллической решетки скорость упорядоченного движения электрона равна нулю. Предположим, что напряженность поля не изменяется

τ_ср – среднее время между столкновениями.

средняя скорость упорядоченного движения Vср=<V>=Umax/2

Если бы электроны не сталкивались с ионами решетки, длина свободного пробега, а, следовательно, и проводимость были бы бесконечно велики. Таким образом, электрическое сопротивление металлов обусловлено соударениями свободных электронов с ионами.

Билет 19

Правило Кирхгофа для эл цепей.

Токи, текущие к узлу, считается имеют один знак (плюс или минус), от узла - имеют другой знак (минус или плюс).

Первое правило Кирхгофа является выражением того факта, что в случае установившегося постоянного тока ни в одной точке проводника и ни на одном его участке не должны накапливаться электрические заряды и формулируется в следующем виде: алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю

Второе правило Кирхгофа является обобщением закона Ома на разветвленные электрические цепи.

В любом замкнутом контуре произвольной разветвленной электрической цепи, алгебраическая сумма падений напряжений (произведений сил токов на сопротивление) соответствующих участков этого контура равна алгебраической сумме эдс входящих в контур.

При решении задач рекомендуется следующий порядок:

1. 1)Произвольно выбрать и обозначить на чертеже направление токов во всех участках цепи.

2. 2)Записать уравнение для всех n-1 узлов.

3. 3)Выделить произвольный контур в цепи и выбрать направление обхода. Записать второе правило Кирхгофа.

Билет 20

Маг.поле постоянн.тока Вектор маг.индукции. Закон Ампера.

Магнитное поле – вид материи, возникающий вокруг подвижных зарядов.

Экспериментальные исследования: При пропускании по проводнику тока находящаяся под ним магнитная стрелка поворачивается перпендикулярно току.

Вокруг проводника образуется магнитное поле.

Линии магнитное индукции – линии, проведенные в магнитном поле так, что в каждой точке поля касательная к линии совпадает с направлением вектора маг.индукции -

силовой характеристикой магнитного поля в данной точке пространства, показывающей, с какой силой магнитное поле действует на заряд , движущийся со скоростью .

Закон Ампера параллельные проводники с постоянными токами, текущими в одном направлении, притягиваются, а в противоположном — отталкиваются.

Сила , с которой магнитное поле действует на элемент проводника с током, находящегося в магнитном поле, прямо пропорциональна силе тока I в проводнике и векторному произведению элемента длины проводника на магнитную индукцию :

; ,

где α — угол между векторами магнитной индукции и тока.

Вращающий момент М равен моменту пары сил F.

Билет 21

Био-Савар-Лаплас. Пример.

Билет 22

Действие маг поля на заряд. Сила Лоренца. Цикл.ускорители.

Сила Лоренца — сила, с которой электромагнитное поле действует на точечную заряженную частицу.

F_Л = q υ B sin α.

При движении заряженной частицы в магнитном поле сила Лоренца работы не совершает. Поэтому модуль вектора скорости при движении частицы не изменяется.

Если заряженная частица движется в однородном магнитном поле под действием силы Лоренца, а ее скорость v лежит в плоскости, перпендикулярной вектору B то частица будет двигаться по окружности радиуса

Не зависит от скорости и радиуса.

Циклотронная частота не зависит от скорости (следовательно, и от кинетической энергии) частицы. Используется в циклотронах – ускорителях частиц.

Между полюсами сильного электромагнита помещается вакуумная камера, в которой находятся два электрода в виде полых полуцилиндров . К электродам приложено переменное электрическое напряжение. Внутри электродов частицы движутся под действием силы Лоренца по полуокружностям, радиус которых растет по мере увеличения энергии частиц. Каждый раз, когда частица пролетает через зазор между электронами, она ускоряется электрическим полем. Таким образом, в циклотроне, заряженная частица ускоряется электрическим полем, а удерживается на траектории магнитным полем.