- •Федеральное агентство морского и речного транспорта
- •Предисловие
- •Лекция 1 Электростатика
- •1. Закон сохранения электрического заряда.
- •2. Закон Кулона.
- •3. Электрическое поле и его напряженность.
- •4. Поле диполя.
- •Лекция 2
- •1. Теорема Остроградского – Гаусса.
- •2. Применение теоремы Остроградского - Гаусса к расчету электростатических полей.
- •1. Поле равномерно заряженной бесконечной плоскости.
- •2. Поле двух бесконечных параллельных разноименно заряженных поверхностей.
- •3. Поле равномерно заряженной сферической поверхности.
- •4. Поле равномерно заряженного бесконечного цилиндра (нити).
- •Лекция 3
- •1. Работа по переносу заряда в электростатическом поле. Потенциал поля.
- •2. Связь между напряженностью электрического поля и потенциалом.
- •3. Вычисление разности потенциалов по напряженности поля.
- •Лекция 4 Электрическое поле в диэлектрике.
- •1. Поляризация диэлектриков.
- •2. Напряженность поля в диэлектрике. Поляризованность.
- •3. Электрическое смещение. Теорема Остроградского-Гаусса для электростатического поля в диэлектрике.
- •4. Сегнетоэлектрики.
- •5. Пьезоэлектрики.
- •Лекция 5
- •1. Проводник во внешнем электрическом поле.
- •2. Электроемкость уединенного проводника.
- •3. Конденсаторы.
- •4. Параллельное соединение конденсаторов.
- •5. Последовательное соединение конденсаторов.
- •Лекция 6 Электрический ток
- •1. Электрический ток. Сила и плотность тока.
- •2. Сторонние силы. Электродвижущая сила (эдс) и напряжение.
- •3. Закон Ома. Сопротивление проводников.
- •4. Работа и мощность тока. Закон Джоуля- Ленца.
- •5. Правила Кирхгофа.
- •Лекция 7 Классическая электронная теория проводимости металлов.
- •1. Природа электропроводности металлов.
- •2. Кристаллическая решетка металлов. Электронный газ.
- •3. Вывод основных законов электрического тока в классической теории электропроводности металлов.
- •1. Закон Ома.
- •2. Закон Джоуля-Ленца.
- •3. Закон Видемана-Франца.
- •4. Недостатки классической электронной теории проводимости металлов.
- •Лекция 8 Магнитное поле.
- •1. Магнитное поле.
- •2. Закон Био-Савара-Лапласа.
- •3. Закон Ампера.
- •4. Единица магнитной индукции.
- •Лекция 9
- •1. Магнитное поле движущегося заряда.
- •2. Эффект Холла.
- •3. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле.
- •Лекция 10
- •1. Явление электромагнитной индукции.
- •2. Закон Фарадея.
- •3. Самоиндукция. Индуктивность контура.
- •4. Взаимная индукция.
- •5. Энергия магнитного поля.
- •6. Циркуляция вектора магнитной индукции.
- •7. Магнитное поле соленоида.
- •Лекция 11 Магнитное поле в веществе.
- •1. Магнитные моменты атомов.
- •2. Диамагнетики.
- •3. Парамагнетики.
- •4. Ферромагнетизм.
- •Лекция 12
- •1. Свободные гармонические колебания в электрическом колебательном контуре.
- •2. Переменный ток.
- •1. Переменный ток, текущий через резистор сопротивлениемR.
- •4. Цепь переменного тока, содержащая последовательно включенные резистор, катушку индуктивности и конденсатор.
- •5. Резонанс напряжений.
- •6. Мощность, выделяемая в цепи переменного тока.
- •Лекция 13 Уравнения Максвелла.
- •1. Первое уравнение Максвелла.
- •2. Второе уравнение Максвелла.
- •Лекция 14
- •1. Электромагнитные волны. Скорость их распространения.
- •2. Объемная плотность энергии электромагнитного поля. Перенос энергии электромагнитной волной. Вектор Умова - Пойтинга.
- •3. Шкала электромагнитных волн.
- •4. Эффект Доплера для упругих и электромагнитных волн.
- •Лекция 15
- •1. Работа выхода электронов из металлов.
- •2. Контактная разность потенциалов
- •3. Термоэлектрические явления.
- •4. Элементы зонной теории проводимости. Возникновение энергетических зон.
- •5. Металлы, диэлектрики и полупроводники по зонной теории.
- •Лекция 16 Электропроводность полупроводников. Термоэлектрические явления.
- •1. Собственная проводимость полупроводников.
- •2. Примесная проводимость полупроводников.
- •3. Полупроводниковый диод. P-n – переход.
4. Сегнетоэлектрики.
Существует группа кристаллических веществ, которые могут обладать спонтанной (самопроизвольной) поляризованностью в отсутствии внешнего поля. Это явление было открыто первоначально для сегнетовой соли. Все вещества обладающие подобными свойствами получили название сегнетоэлектриков. Диэлектрическая проницаемость у них достигает порядка нескольких тысяч ( 104).
В отсутствии внешнего электрического поля весь объем сегнетоэлектрика самопроизвольно разбит на небольшие области, которые поляризованы до насыщения и называются доменами. Для сегнетоэлектриков характерно явление диэлектрического гистерезиса (запаздывания). | |
Рис.4. Доменная структура. |
|
Оно состоит в различии значений поляризованности образца при одной и той же напряженности электрического поля в зависимости от значения предварительной поляризованности этого образца.
С увеличением напряженности , поляризованность образца увеличивается до насыщения, при дальнейшем уменьшениидо нуля поляризованность уменьшается до значения-называемого остаточной поляризованностью. Поляризация образца исчезает полностью лишь под действием электрического поля противоположного направления. Величина.называется коэрцетивной силой. | |
Рис. 5. Петля гистерезиса. |
|
Для каждого сегнетоэлектрика существует температура при которой они превращаются в обычные диэлектрики ( то есть исчезает доменная структура). Эта температура называется точкой Кюри. Для сегнетовой соли существуют две точки Кюри -15 С и +22,5 С, причем она ведет себя как сегнетоэлектрик в этом интервале температур, вне интервала – как обычный диэлектрик.
5. Пьезоэлектрики.
Пьезоэлектрики – кристаллические вещества, в которых при сжатии или растяжении в определенных направлениях возникает электрическая поляризация даже в отсутствии электрического поля (прямой пьезоэффект).
Следствием прямого пьезоэффекта является обратный пьезоэффект – появление механической деформации под действием электрического поля. Первое исследование пьезоэффектов было проведено братьями Кюри на кристалле кварца. Затем подобные свойства были обнаружены у 1500 веществ (турмалин, сегнетова соль, сахар, титанат бария и др.).
Применяются пьезоэлектрики в кварцевых взрывателях, часах, микрофонах, датчиках давления, в головке проигрывателя и др.
Лекция 5
1. Проводник во внешнем электрическом поле.
При помещении проводника во внешнее электрическое поле или сообщение ему некоторого заряда на заряды проводника будет действовать электрическое поле. Заряды проводника начнут перемещаться, это перемещение продолжается до тех пор, пока не установится равновесное распределение заряда, при котором электрическое поле внутри проводника обращается в нуль.
Рис. 1. |
Рис .2. |
Возникающие при этом на проводнике заряды, численно равные друг другу, но противоположные по знаку называются индуцированные заряды. Индуцированные заряды исчезают, как только проводник удаляется из электрического поля.
Итак, для проводника во внешнем электрическом поле выполняются следующие условия:
1). Всюду внутри проводника напряженность поля = 0, а у его поверхности, () – тангенциальная составляющая равно нулю.
2). Весь объем проводника эквипотенциален, то есть .
3). Поверхность проводника – эквипотенциальная поверхность. Нейтральный проводник, внесенный в электрическое поле, разрывает часть линий напряженности – они заканчиваются на отрицательных индуцированных зарядах и вновь начинаются на положительных.
Индуцированные заряды распределяются по внешней поверхности проводника. Если внутри проводника имеется полость, то при равновесном распределении индуцированных зарядов поле внутри нее равно нулю. На этом основывается электростатическая защита – экранирование тел, например радиоэлектронных приборов, от влияния внешних электрических полей. Вместо сплошного проводника используется густая металлическая сетка.
Рассмотрим заряженный проводник с выступами и впадинами. Из-за взаимного отталкивания заряды стремятся как можно дальше удалиться друг от друга и поэтому плотность заряда на острие больше, на впадинах меньше. Наличие острия приводит к стеканию заряда (напряженность там больше). Это свойство используется для защиты оборудования и людей от поражения индуцированным зарядом. | |
Рис. 3. |
|