- •1. Электрический заряд и его св-ва.З-н сох-ния электричеч. Заряда.З-н Кулона.Диэлектрическа проницаенмость и ее физический смысл.
- •2.Электростатическое поле. Напряженность поля.Поле точечного заряда.
- •3.Энергетическая хар-ка электростатич-го поля-потенциал. Потенциал поля точесного заряда и системы зарядов. Связь между напряженностью электрич.-го поля и потенциалом.
- •4.Работа сил электрического поля по перемещению зарядов. Циркуляция вектора напряженности. Потенциальный характер электрического поля.
- •5.Поток вектора напряженности электрического поля. Теорема Гаусса. Выч-ие напряж-ти поля заряженных сферы и шара с помощью теоремы Гаусса.
- •7.Поляризация диэтриков. Вектор поляризации.Электрический момент диполя.Полярные и неполярные молеулы.
- •Виды диэлектриков. Механизмы поляризации
- •Виды диэлектриков. Механизмы поляризации
- •3. Сегнетоэлектрики
- •9.Проводники в электрическом поле.Элеростатическая защита.Электороемкость проводников.Конденсаторы.Соедения конденсаторов
- •1. Проводники в электростатическом поле
- •2. Электроемкость заряженного проводника. Конденсаторы
- •10.Энергия заряженного проводника.Энергия заряженного конденсатора.Энергия электростатического поля.Обьемная плотноть энергии.
- •12.Основные характеристики электрической цепи:разность потенциалов, электродвижущая сила, напряжение, сопротивление. Зависимость сопротивления от температуры.Сверхпроводимость.
- •13.Законы Ома для участков цепи.Соединение сопротивлений и эдс.
- •14.Работа,мощность и тепловое действие постоянного тока.Закон Джоуля-Ленца.
- •4.3. Соединения сопротивлений
- •15.Разветление цепи.Правило Кирхгофа и их физическое содержание.
- •Правила Кирхгофа для разветвленных цепей
- •16.Работа выхода электронов из металла.Контактная разность потенциаллов.Зконы Вольта.
- •Законы Вольты
- •17.Термоэлектрический эффект.Явление Пельтье.Применение контактных явлений .
- •18.Магнитное поле и его характеристики:магнитная индукция в и напряженность н. Закон Био-Савара-Лапласа.
- •19.Применение закона Био-Савара-Лапласа к расчету магнитных полей токов. Поле прямолинейного и круового проводников с токой.
- •Поле движущегося заряда
- •20.Действие магнитного поля на проводник с током.Сила Ампера. Взаимодествие параллельных токов.Еденица силы тока в си-ампер.
- •21.Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца. Эффект Холла.Циклотрон.
- •3. Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца
- •22.Циркуляция вектора индукции магнитного поля. Закон полного тока. Магнитное поле солиноида.
- •23.Магнитный поток.Работа перемещения проводника и контура с током в магнитном поле.
- •Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле
- •24.Явление элктромагнитной индукции.Эдс индукции.Закон Фарадея. Правило Ленца. Практическая значимость явления электромагнитной индукции.
- •25.Явление самоиндукции.Эдс самоиндукции, индуктивность контура. Экстратоки замыкания и размыкаия.
- •Пример. Рассчитать индуктивность длинного соленоида, имеющего n витков, площадь сечения s и длину l.
- •Индуктивность соленоида пропорциональна квадрату числа витков на единицу его длины, объему соленоида и магнитной проницаемости вещества сердечника соленоида.
- •Из аналогии следует физический смысл индуктивности: индуктивность контура является мерой инертности контура по отношению к изменению тока в контуре.
- •26.Взаимоиндукция.Эдс взаимоиндуции.Трансформаторы.
- •Решение уравнения свободных гармонических колебаний (1):
- •32.Переменный ток и его получение. Активное и реактивное сопротивление цепи. Мощность, выделяемого в цепи переменнного тока.
- •33.Токи смещения.Вихревое электрическое поле.Система уравнений Максвелла в интегральной форме.
- •Система уравнений эмп в безындукционном приближении
- •34.Уравнение плоской электромагнитной волны. Скорость распространения электромагнитных волн в средах.
- •35.Энергия электромагнитной волны.Вектор Умова-Пойнтинга. Эксперементальное исследование электроманитных волн. Шкала электромагнитных волн. Открытие радиосвязи а.С.Поповым.
2. Электроемкость заряженного проводника. Конденсаторы
Электроемкостью заряженного проводника называется скалярная физическая величина С, характеризующая способность проводника накапливать заряды и численно равная заряду, изменяющему потенциал проводника на один Вольт.
, 1 Фарад = 1 Кулон / 1 Вольт .
Так как заряды в проводнике располагаются только на поверхности, то электроемкость не зависит от материала проводника, его агрегатного состояния, но зависит от формы и размеров.
Фарад – большая единица. Например, используя потенциал проводящей поверхностно заряженной сферы и формулу (3), получим
,
что в 1400 раз больше радиуса Земли. Электроемкость Земли - 711 мкФ.
Единицы измерения в технике:
1 мФ = 10-3Ф; 1 мкФ = 10-6Ф; 1 нФ = 10-9Ф; 1 пФ = 10-12Ф.
Конденсатором называется система из двух изолированных друг от друга проводников. Эти проводники обычно называют пластинами, хотя они могут иметь любую форму. На практике конденсаторы используются как «накопители зарядов» или «резервуары», в которых содержится энергия электрического поля. Если на пластины поместить одинаковые по величине, но противоположные по знаку заряды и , то между пластинами возникнет разность потенциалов . Емкостью конденсатора называется величина:
Плоский конденсатор
; ;
т.е. ёмкость конденсатора зависит только от его геометрических характеристик, вида диэлектрика между пластинами, и не зависит от сообщаемых ему зарядов.
Для того чтобы получить заданную емкость, можно использовать не один, а несколько конденсаторов. Систему из нескольких конденсаторов называют батареей конденсаторов. Емкостью батареи конденсаторов называется величина
,
где - полный заряд батареи, полученный от источника, а - напряжение, поданное на батарею конденсаторов.
Параллельное соединение конденсаторов
При параллельном соединении конденсаторов между собой соединены все положительные и отрицательные обкладки. В этом случае все конденсаторы заряжаются до одной и той же разности потенциалов , общий заряд такой батареи:
и, следовательно, емкость всей системы:
Ёмкость группы параллельно соединенных конденсаторов равна сумме емкостей отдельных конденсаторов. При С1 = С2 = С3 = 1 С0 = 3.
Последовательное соединение конденсаторов
При последовательном соединении конденсаторов отрицательная обкладка первого конденсатора соединена с положительной обкладкой второго и т. д. В этом случае на всех конденсаторах заряды одинаковы:
,а выделенная часть цепи нейтральна, так как она не соединена с источником напряжения.
Общее напряжение на батарее конденсаторов складывается из напряжений на каждом конденсаторе:
.
Из-за равенства зарядов
. (7)
При С1 = С2 = С3 = 1 С0 = 1/3, т.е. ёмкость группы последовательно соединенных конденсаторов всегда меньше емкости каждого из этих конденсаторов в отдельности.
10.Энергия заряженного проводника.Энергия заряженного конденсатора.Энергия электростатического поля.Обьемная плотноть энергии.
Для зарядки проводника нужно совершить работу против сил кулоновского отталкивания одноименных зарядов.
Если незаряженному проводнику сообщать заряд малыми порциями dq, переносимыми из бесконечности, где 0=0. По мере зарядки проводника ёмкостью его потенциал возрастает
.
Энергия заряженного проводника равна совершенной работе
При зарядке конденсатора малыми порциями по аналогии с зарядкой проводника имеем энергию заряженного конденсатора
Используя формулу (9), можно найти механическую (пондеромоторную) силу, с которой пластины конденсатора притягиваются друг к другу. При изменении расстояния x между пластинами эта сила совершает работу
.
Выразим энергию (9) через характеристики электростатического поля
, , - объём между обкладками конденсатора.
Объёмная плотность энергии
.
Используя связь (2) между напряженностью электрического поля и вектором электрического смещения полученный результат можно записать так:
Объемная плотность энергии конденсатора уже не зависит от каких-либо его геометрических характеристик. Она выражается лишь через характеристики электрического поля конденсатора. Таким образом, энергия конденсатора – это энергия электрического поля, заключенного между его обкладками.
Выражение (11) для плотности электрического поля в какой-либо точке пространства, доказанное нами в случае электрического поля конденсатора, является универсальным. В общем случае энергия неоднородного электрического поля, заключенная в некотором объеме V, рассчитывается через объемный интеграл:
т.е. носителем энергии является электростатическое поле.
11.Характеристики электрического поля: сила тока,вектор плотности тока.Основные положения электрической теории электропроводности металлов. Законы Ома и Джоуля-Ленца в дифференциальной форме.
Характеристики электрического тока
Электрическим током называется любое упорядоченное движение заряженных частиц, например, электронов в металлах.
За направление тока принято считать движение положительных зарядов. В металле положительные заряды, являющиеся ядрами атомов, связаны в кристаллической решетке и перемещаться не могут. Внешние (валентные) электроны не связаны с определенными атомами и могут свободно перемещаться по проводнику. Эти электроны называются свободными или электронами проводимости.
Для существования тока необходимо два условия:
1.наличие свободных носителей заряда;
2.наличие электрического поля.
Различают два вида тока
1.ток проводимости;
2.конвекционный ток.
Силой тока I называется скалярная физическая величина, характеризующая перенос зарядов по проводнику и численно равная заряду, переносимому через поперечное сечение проводника в единицу времени.
, при I = const (постоянный ток) .
1 Ампер - это сила тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и малой площади сечения, расположенными в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга, вызывает на участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия 2107 Н.
Плотностью тока называется векторная физическая величина, характеризующая направление тока в проводнике и его распределение по сечению проводника, численно равная силе тока, приходящейся на единицу площадки, ориентированной перпендикулярно направлению тока.
. При .
2. Основные положения электронной теории
электропроводности металлов. Законы Ома и Джоуля - Ленца
Теория создана в 1900 г. в трудах немецкого физика Друде и нидерландского физика Лоренца.Металл – кристаллическое тело, в узлах которого находятся положительные ионы. Валентные электроны, слабо связанные с решеткой, образуют электронный газ. Концентрация свободных электронов огромна 1028 …1029 1/м3. Электронный газ подчиняется законам идеального газа. При комнатной температуре:
м/c – средняя скорость теплового движения электронов;
м – средняя длина свободного пробега электронов;
Скорость упорядоченного движения электронов составляет 510-4 м/с при поле напряженностью Е=0,1 В/м, распространяющегося со скоростью 108 м/c.
На электрон действует сила , под действием которой он движется с ускорением
Между двумя столкновениями электрон проходит путь , затрачивая время , где u – средняя скорость хаотического движения электронов. Предполагая, что при соударении электрон полностью теряет скорость, тогда максимальная скорость , а средняя скорость равноускоренного движения
Если концентрация электронов n, то плотность тока
, ,
, ,
- удельная электропроводность; - удельное электросопротивление.
- закон Ома в дифференциальной форме
Плотность тока j в каждой точке внутри проводника равна произведению удельной электропроводности проводника на напряженность электрического поля в этой точке.
Рассмотрим превращение кинетической энергии при соударении электрона с узлами кристаллической решетки в тепловую. Для одного электрона
. (8)
В единице объёма проводника n электронов, каждый из которых испытывает в единицу времени столкновений с узлами кристаллической решетки, поэтому удельная энергия (удельная тепловая мощность тока)
.
- закон Джоуля - Ленца в дифференциальной форме .
Удельная тепловая мощность тока в проводнике равна произведению его удельной электропроводности на напряженность электрического поля в квадрате.