Kollokvium

Поляризация диэлектриков - это п и з д е ц возникновение суммарного дипольного момента молекул, отличного от нуля, при внесении диэлектрика в электрическое поле.

Pe = ql(над Р и l вектор) - Электрический дипольный момент, здесь l - расстояние между центрами, тяжести положительных и отрицательных зарядов, а q - величина суммарного

положительного (или отрицательного) заряда.

Диэлектрик называется неполярным, если электроны атомов в его молекулах расположены симметрично относительно ядер (H2, O2, CCl4 и др.). В таких молекулах центры тяжести положительных и отрицательных зарядов совпадают (l = 0) , так как отсутствует внешнеее электрическое поле , значит дипольный момент молекулы равен нулю. Если неполярный диэлектрик помещен во внешнее электрическое поле, то происходит деформация электронных оболочек в атомах (молекулах) и центры тяжести положительных и отрицательных зарядов смещаются друг относительно друга. В молекуле (атоме) диэлектрика возникает индуцированный (наведенный) дипольный электрический момент, пропорциональный напряженности Е электрического поля.

Pe = (Эпсилон)0*(альфа)*Е (над Р и Е - вектора)

Здесь Эпсилон0 - электрическая постоянная, альфа - коэффициент поляризуемости (поляризуемость), Е - напряженность Поляризуемость зависит только от объема молекулы

Полярным диэлектриком называется такой диэлектрик, молекулы (атомы) которого имеют электроны, расположенные несимметрично относительно своих ядер (H2O, HCl, NH3, CH3Cl и др.). В таких молекулах центры тяжести положительных и отрицательных зарядов не совпадают, находясь, практически, на постоянном расстоянии l друг от друга. У них Pe=const! По своим свойства он похож на жесткий диполь ч т о б ы э т о н е з н а ч и л о *Для справки, если под действием электрической силы молекулярные диполи только

ориентируются, но момент их не возрастает (не происходит смещения внутримолекулярных электрических зарядов), то такие диполи называются жесткими.

По поводу поляризованности:

поляризованность - дипольный момент единицы объема диэлектрика:

Напряженность электрического поля в диэлектриках + диэлектричская проницаемость:

Ниже - рисунок конденсатора

В результате поляризации на гранях диэлектрика, на правой грани, обращенной к отрицательной пластине конденсатора, окажется избыток положительного заряда с некоторой поверхностной плотностью (здесь буква обозначающая поверхностную плотность с "+") . На противоположной стороне диэлектрика(та же буква, но с "-") .

Возникновение поляризованных зарядов приводит к возникновению дополнительного электрического поля Е' , направленного против внешнего поля Е0 . Результирующее электрическое поле Е внутри диэлектрика равно

(если что Е-напряженность ) для доп.поля

теперь определим дипольный момент

, S- площадь пластнины конденсатора

да, меня тоже достали формули Если приравняем, то получится что

ЕЩЕ РАЗ ПОДСТАВЛЯЕМ

Угадай чё? Подставляем дальше

И теперь, вот эта величина:

- это - Диэлектрическая проницаемость

Диэлектрическая проницаемость это величина, показывающая во сколько раз уменьшается напряженность в диэлектрике по сравнению с напряженностью в вакууме.

Кстати, с ростом температуры она уменьшается.

6.Электрическое смещение. Теорема Гауса для электростатического поля в диэлектрике. Диэлектрическая проницаемость

1)Электрическая индукция (электрическое смещение) — векторная величина, равная сумме вектора напряжённости электрического поля и вектора поляризации.

В СИ: .

Вектор направлен в ту же сторону, что и . В отличие от напряженности поля вектор имеет постоянное значение во всех диэлектриках. Поэтому электрическое поле

в неоднородной диэлектрической среде удобнее характеризовать не напряженностью , а

смещением

2) Теорема Гауса для электростатического поля в диэлектрике

т. е. поток вектора смещения электростатического поля в диэлектрике сквозь любую замкнутую поверхность равен алгебраической сумме свободных электрических зарядов, заключенных внутри

этой поверхности. В такой форме теорема Гаусса верна для электростатического поля как для однородной и изотропной, так и для неоднородной и анизотропной сред.

3)

Вот такие пироги, сильно не ругайте, я правда не нашел, Настя сказал, что вот это и есть ответ.

4) Сила тока — физическая величина , равная отношению количества заряда , прошедшего через некоторую поверхность завремя , к величине этого промежутка времени[1]:

В качестве рассматриваемой поверхности часто используется поперечное сечение проводника. По закону Ома сила тока для участка цепи прямо пропорциональна приложенному напряжению к участку цепи и обратно пропорциональна сопротивлению проводника этого участка цепи:

7.Плотность тока. Законы Ома для однородного и неоднородного участка цепи. Падение напряжения. Законы Кирхгофа

1) Плотность тока

Плотность тока — векторная физическая величина, имеющая смысл силы тока, протекающего через элемент поверхности единичной площади. Например, при равномерном распределении плотности тока и всюду ортогональности её плоскости сечения, через которое вычисляется или измеряется ток, величина вектора плотности тока:

где I — сила тока через поперечное сечение проводника площадью S. j в СИ [А/м2]

Иногда речь может идти о скалярной плотности тока, в таких случаях под ней подразумевается именно та величина j, которая приведена в формуле.

В общем случае:

где — нормальная (ортогональная) составляющая вектора плотности тока по отношению к

элементу поверхности площадью ; вектор — специально вводимый вектор элемента поверхности, ортогональный элементарной площадке и имеющий абсолютную величину, равную её площади, позволяющий записать подынтегральное выражение как обычное скалярное произведение.

Как видим из этого определения, сила тока есть поток вектора плотности тока через некую заданную фиксированную поверхность.

В простейшем предположении, что все носители тока (заряженные частицы) двигаются с одинаковым вектором скорости

и имеют одинаковые заряды q (такое предположение может иногда быть приближенно верным; оно позволяет лучше всего понять физический смысл плотности тока), а концентрация их n,

или

где — плотность заряда этих носителей.

Направление вектора соответствует направлению вектора скорости , с которой движутся заряды, создающие ток, если q положительно.

Вреальности даже носители одного типа движутся вообще говоря и как правило с различными скоростями. Тогда под следует понимать среднюю скорость.

Всложных системах (с различными типами носителей заряда, например, в плазме или электролитах)

то есть вектор плотности тока есть сумма плотностей тока по всем типам подвижных носителей;

где — концентрация частиц каждого типа, — заряд частицы данного типа,

— вектор средней скорости частиц этого типа.

Выражение для общего случая может быть записано также через сумму по всем индивидуальным частицам:

Плотность тока и мощность

Работа, совершаемая электрическим полем над носителями тока, характеризуется, очевидно, плотностью мощности [энергия/(время• объем)]:

где точкой обозначено скалярное произведение.

Чаще всего эта мощность рассеивается в среду в виде тепла, но вообще говоря она связана с полной работой электрического поля и часть ее может переходить в другие виды энергии, например такие, как энергия того или иного вида излучения, механическая работа (особенно — в электродвигателях) и т. д.

2) Законы ома для однородного и неоднородного участка цепи

Закон Ома для однородного участка цепи

Участок цепи, на котором не действуют сторонние силы, приводящие к возникновению ЭДС, называется однородным.

Закон Ома для однородного участка цепи был установлен экспериментально в 1826 г. Г. Омом.

Согласно этому закону, сила тока I в однородном металлическом проводнике прямо пропорциональна напряжению U на концах этого проводника и обратно пропорциональна

сопротивлению R этого проводника:

На рисунке изображена схема электрической цепи, позволяющая экспериментально проверить этот закон. В участок MN цепи поочередно включают проводники, обладающие различными сопротивлениями.

Напряжение на концах проводника измеряется вольтметром и может изменяться с помощью потенциометра. Силу тока измеряют амперметром, сопротивление которого ничтожно мало (RA ~ 0). График зависимости силы тока в проводнике от напряжения на нем — вольт-амперная характеристика проводника — приведен на рисунке 3. Угол наклона вольт-амперной характеристики зависит от электрического сопротивления проводника R (или его электропроводимости G)

Закон Ома для неоднородного участка цепи

При прохождении электрического тока в замкнутой цепи на свободные заряды действуют силы со стороны стационарного электрического поля и сторонние силы. При этом на отдельных участках этой цепи ток создается только стационарным электрическим полем. Такие участки цепи называются однородными. На некоторых участках этой цепи, кроме сил стационарного электрического поля, действуют и сторонние силы. Участок цепи, на котором действуют сторонние силы, называют неоднородным участком цепи.

Для того чтобы выяснить, от чего зависит сила тока на этих участках, необходимо уточнить понятие напряжения.

Рассмотрим вначале однородный участок цепи (рис. а). В этом случае работу по перемещению заряда совершают только силы стационарного электрического поля, и этот участок характеризуют разностью потенциалов . Разность потенциалов на концах участка

где Aк — работа сил стационарного электрического поля. Неоднородный участок цепи (рис. б) содержит в отличие от однородного участка источник ЭДС, и к работе сил электростатического поля на этом участке добавляется работа сторонних сил. По определению,

где q — положительный заряд, который перемещается между любыми двумя точками цепи; — разность потенциалов точек в начале и конце рассматриваемого участка;

Тогда говорят о напряжении для напряженности: Eстац.э.п. = Eэ/стат.п. + Eстор. Напряжение U на участке цепи представляет собой физическую скалярную величину, равную суммарной работе сторонних сил и сил электростатического поля по перемещению единичного положительного заряда на этом участке:

Из этой формулы видно, что в общем случае напряжение на данном участке цепи равно алгебраической сумме разности потенциалов и ЭДС на этом участке. Если же на участке действуют только электрические силы ( = 0), то

Таким образом, только для однородного участка цепи понятия напряжения и разности потенциалов совпадают.

Закон Ома для неоднородного участка цепи имеет вид:

где R — общее сопротивление неоднородного участка.

ЭДС может быть как положительной, так и отрицательной. Это связано с полярностью включения ЭДС в участок: если направление, создаваемое источником тока, совпадает с направлением тока, проходящего в участке (направление тока на участке совпадает внутри источника с направлением от отрицательного полюса к положительному), т.е. ЭДС способствует движению положительных зарядов в данном направлении, то > 0, в противном случае, если ЭДС препятствует движению положительных зарядов в данном направлении, то < 0.

3)Падение напряжения

Падение напряжения — постепенное уменьшение напряжения вдоль проводника, по которому течёт электрический ток, обусловленное тем, что проводник обладает активным сопротивлением. Под падением напряжения также понимают величину на которую меняется потенциал при переходе из одной точки цепи в другую.

По закону Ома на участке проводника, обладающем активным сопротивлением R, ток I создаёт падение напряжения U=IR.

Падение напряжения на участке цепи с двумя резисторами.

4) Правила Кирхгофа. Расчет разветвленных электрических цепей

Электрическая цепь представляет собой совокупность источников тока, проводников и потребителей электроэнергии. Электрическая цепь чаще всего является разветвленной (сложной) и содержит узлы. Расчет разветвленной электрической цепи заключается в том, чтобы по заданным сопротивлениям участков цепи и ЭДС найти силы токов и напряжения на каждом участке цепи.

Для расчета разветвленных цепей постоянного тока применяют правила Кирхгофа.

Согласно первому правилу Кирхгофа: алгебраическая сумма сил токов, сходящихся в узле, равна нулю:

где n — число проводников, образующих узел.

При этом токи считаются положительными, если они входят в узел, и отрицательными, если выходят из узла. Для узла, изображенного на рисунке(выше) , I1 - I2 - I3 = 0.

Согласно второму правилу Кирхгофа: в любом простом замкнутом контуре, произвольно выбираемом в разветвленной электрической цепи, алгебраическая сумма произведений сил токов на сопротивления соответствующих участков равна алгебраической сумме ЭДС, имеющихся в контуре:

где m — число источников в контуре, n — число сопротивлений в нем.

Если направления токов совпадают с выбранным направлением обхода контура, то силы токов Ik считаются положительными. ЭДС i считаются положительными, если они создают токи, сонаправленные с направлением обхода контура.

Правила Кирхгофа не выражают никаких новых свойств стационарного электрического поля в проводниках с током по сравнению с законом Ома. Первое из них является следствием закона сохранения электрических зарядов, второе — следствием закона Ома для неоднородного участка цепи. Однако их использование значительно упрощает расчет токов в разветвленных цепях.

Расчет разветвленной электрической цепи постоянного тока выполняется в следующем порядке:

1)произвольно выбирают направление токов во всех участках цепи:

2)записывают n - 1 независимых уравнений, согласно первому правилу Кирхгофа, где n — количество узлов в цепи;

3)выбирают произвольно замкнутые контуры так, чтобы каждый новый контур содержал хотя бы один участок цепи, не входящий в ранее выбранные контуры. Записывают для них второе правило Кирхгофа.

В разветвленной цепи, содержащей n узлов и m участков цепи между соседними узлами, число независимых уравнений, соответствующих правилу контуров, составляет m — n + 1.

На основе правил Кирхгофа составляют систему уравнений, решение которой позволяет найти силы токов в ветвях цепи.

8. Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца. Классическая теория электропроводности металлов. Контактные явления.

Работа и мощность тока. Закон Джоуля -Ленца

Т.к. заряд переносится в проводнике под действием электростатического поля, то его работа равна