Электризация тел. Закон Кулона.

Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Уральский Федеральный университет им. Б.Н. Ельцина «УПИ»

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Вопросы по физике.docx

Скачиваний:

Добавлен:

23.09.2019

Размер:

109.28 Кб

Скачать

☆

1 / 41 2 3 4 > Следующая >>>

Электризация тел. Закон Кулона.

Способы электризации:

Трение
Передача от заряженного к незаряженному
Соприкосновение двух незаряженных тел (контактная разность потенциалов)

Элементарный заряд = 1,6 Кл

[Н]- закон Кулона – сила взаимодействия между 2-мя точечными зарядами прямо пропорционально произведению величин этих зарядов, обратно пропорционально квадрату расстояния между ними, направленно вдоль прямой, соединяющей эти заряды и зависит от среды.

– диэлектрическая проницаемость (ДП) среды – величина показывающая зависимость от среды.

Для вакуума

– ДП вакуума.

– относительная ДП – величина, показывающая во сколько раз в вакууме больше чем в среде.

Постоянный электрический ток и его параметры.

Электрический ток – направленное движение электрических зарядов.

Ток течёт из точки с большим потенциалом в точку с меньшим потенциалом.

Параметры тока:

Сила тока:

Сила тока – величина, численно равная кол-ву электричества, протекающему через поперечное сечение проводника за единицу времени.

Плотность тока – величина, характеризующая быстроту переноса заряда через единичное поперечное сечение проводника.

Сила тока зависит от:

Рода вещества
Размеров проводника
Напряжения

Конденсаторы. Типы конденсаторов.

Конденсатор – устройство для накопления зарядов и электрической энергии, электроемкость которого не зависит от внешних условий. (устройство состоящее из двух проводников изолированных друг от друга диэлектриком)

– емкость конденсатора [Ф]

Характеристики конденсатора:

Электроемкость
Напряжение

Работа по перемещению заряда в электростатическом однородном поле. Потенциал.

Однородное электростатическое поле изображенное параллельными линиями напряжённости, в любой точке которой напряжённость одинакова

A = FS

= F = EQ

= + = EQ

Работа не зависит от траектории пути и выполняется только вдоль линий поля.

Потенциальное поле – поле, в котором работа не зависит от траектории и в каждой точке характеризуется потенциальной энергией и потенциалом.

– потенциал – величина, численно равная работе по перемещению единичного положительного заряда из данной точки в бесконечность.

– потенциал точечного заряда

– потенциал шара

- потенциал шара на расстоянии r от шара

Потенциал – скалярная величина, энергетическая характеристика электрического поля.

Ток в металлах. Контактная разность потенциалов(КРП).

Движение электронов в металле хаотическое.
Электроны могут выйти из металла, но возвращаются обратно.
Чтобы электрон вышел из металла и не вернулся обратно он должен совершить работу выхода и преодолеть потенциальный барьер.

Потенциальная яма - ограниченная область пространства, в которой потенциальная энергия частицы меньше, чем вне её. Для выхода из потенциальной ямы электрону нужно совершить работу выхода.

Работа выхода – минимальная работа, которую совершает электрон для выхода из металла и не вернуться обратно.

1 Эв = 1,6

Термоэлектронная эмиссия – выход электрона из металла при нагревании.

КРП

Различие в работе выхода

П ри соприкосновении двух проводников с разными работами выхода на проводниках появляются электрические заряды. А между их свободными концами возникает разность потенциалов.

Электроны из Me I перейдут во II преодолев работу выхода. Электроны из Me II перейдут Me I и останутся там, т.к. их потенциальная энергия , следовательно в Me I электронов будет больше , он зарядится отрицательно, а Me II положительно. Между Me возникнет электрическое поле, которое тормозит дальнейший переход электронов. На границе возникает КРП. В этом случае она достигает нескольких вольт и не зависит от температуры.

КРП - разность потенциалов между точками находящимися вне проводников, в близи их поверхности.

Различие в концентрации электрического газа.

+ -

I II

Электроны из Me I перейдут в Me II, и наоборот, т.к. в Me II электронов больше, то в Me II перейдет их больше и Me II зарядится отрицательно, а Me I положительно. Возникнет электрическое поле и установится КРП. Она достигает сотые доли и зависит от температуры.

КРП в замкнутой цепи тока не создает. При нагревании возникает термо-ЭДС, которое создает в цепи электрический ток.

Термо-ЭДС – ЭДС, возникающее в замкнутой цепи состоит из разнородных Me и обусловленная различной температурой контакта.

Тока нет

А I = 0 А Ток есть

Диэлектрические проницаемости среды. (ДПС)

Для среды , где - ДСП – величина, показывающая зависимость от среды.

Для вакуума

– ДП вакуума.

– относительная ДП – величина, показывающая во сколько раз в вакууме больше чем в среде.

Соединение конденсаторов в батарее.

Параллельное соединение – соединение, при котором есть только 2 узловые точки.

Узловая точка – точка с одинаковым потенциалом.

Общий заряд:

Напряжение:

Емкость:

Если , то

Последовательное соединение – соединение, при котором нет точек разветления.

Общий заряд:

Напряжение:

Емкость:

Для двух конденсаторов:

Если => C

Смешанное соединение – соединение, при котором есть последовательное и параллельное соединение.

Энергия и плотность энергии электрического поля.

– энергия электрического поля.

– плотность энергии электрического поля.

Мощность электрического поля

Мощность на потребителе:

P= UI=

Мощность генератора:

P=EI

Транзистор – преобразовательный полупроводник, прибор имеющий не более 3 выводов и пригодный для усиления сигналов.

Биполярный транзистор – транзистор, имеющий 2 p-n перехода, и использующий носители зарядов обоих типов.

p n p

Э Б К

Э – эмитр

Б – база

К - коллектор

Переход между Э и Б – эмиторный

Переход между Б и К – коллекторный

Б К

- p-n-p переход

Б К

- n-p-n переход

инжекция экстракция

p n p

+ - + -

Транзистор изготовлен таким образом, что почти все носители заряда, инжектируются в область базы, перемещаясь в область коллектора. При этом возможен малый ток базы, обусловленный тем, что не все носители заряда будут обладать достаточной энергией для перехода в коллектор, а так же из-за рекомбинации.

Рекомбинация – процесс превращения положительных и отрицательных ионов в нейтральные.

Режимы работы транзисторов:

Активный режим – на эмиторный переход подается прямое напряжение, а на К – обратное – основной режим работы транзистора. На выходе схемы мощность сигнала гораздо больше.
Режим отсечки – к обоим переходам подводятся обратные напряжения. Ток незначительный, обусловлен движением неосновных носителей заряда. Транзистор заперт.
Насыщение – оба перехода находятся под прямым напряжением. Ток на выходе цепи максимален и практически не регулируется током входной цепи. Транзистор открыт.

Электростатическое поле – особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие зарядов. Это поле неподвижных зарядов в котором действует сила Кулона.

Индикатором электростатического поля является пробный заряд – заряд, малый по величине и положительный по знаку, своего поля не создает.

Силовой характеристикой поля является напряженность – величина, численно равная силе действующей на единичный положительный заряд внесенный в данную точку поля.

Т.к. сила – векторная величина, то и напряженность тоже.

– температурный коэффициент сопротивления – величина, численно равная числу, показывающая на какую часть своей величины взятой при изменяется сопротивление при нагревании на

Явление сверхпроводимости было открыто в 1811 г. Голландским физиком Камерлинг-Оннесом.

Сверхпроводники – вещества, в которых при резком понижении температуры сопротивление 0.

Применение:

Магниты со сверхпроводной обмоткой
Все сверхпроводники магнитов меньше, чем у обычных.
В качестве некоторых элементов памяти в ЭВМ (криотроны-ЗУ)
Сверхмощные трансформаторы(для накопления энергии)
Для увеличения мощности современных генераторов

Эквивалентное сопротивление. Законы последовательного соединения потребителей.

Эквивалентное сопротивление – сопротивление, при включении которого вместо всех других ток и напряжение не изменяется.

R1 R2

Работа электрического тока

Работа тока в генераторе

A = EQ = EIt

Работа тока на потребителе

Электродвижущая сила – ЭДС

ACB – внешняя цепь

BDA – внутренняя цепь

ACB – заряд перемещается под действием электрической силы. Цепь называется потребительной. В ней энергия превращается в другие виды энергии.

BDA – заряд перемещается под действием сторонних сил. Цепь называется генератором или источником. (сопротивление R)

Источники в которых химическая энергия превращается в электрическую называется гальваническими элементами или аккумуляторами. В источниках электрическая энергия получается из других видов энергии. (сопротивление r)

Характеристики источника:

ЭДС (E)
Внутреннее сопротивление (r)

- величина, равная работе сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда.

ЭДС источника измеряется вольтметром в разомкнутой цепи.

Проводник в электрическом поле

Проводники – вещества обладающие хорошей электропроводимостью.

Электропроводимость – способность веществ проводить электрический ток.

Проводники 1-го рода(металлы и их сплавы):

- +

В проводниках 1-го рода большое кол-во свободных электронов, которые под действием сил внешнего электрического поля приобретают скорость направленного движения, следовательно ток в проводниках 1-го рода, это направленное упорядоченное движение электронов. П од влиянием внешнего электростатического поля в проводниках происходит мгновенное перемещение свободных зарядов к одной поверхности проводника.

На этой поверхности возникнет избыточный отрицательный заряд. Недостаток электричества у противоположной поверхности создает избыточный положительный заряд. Следовательно заряженная поверхность проводника создает собственное электростатическое поле, направленное против внешнего и всегда его уравновешивающее. На этом основано экранирование – защита части пространства от внешних электростатических полей.

Проводники 2-го рода (электролиты)

них под действием растворителя происходит разделение молекул на положительные и отрицательные ионы - электролитическая диссоциация.

+ Во внешнем электростатическом поле ионы приобретают скорость направленного движения, т.е. ток в проводниках

2-го рода – направленное движение ионов.

Термоэлектричество. Термо-ЭДС.

Тока нет

А I = 0 А Ток есть

Законы последовательного и параллельного соединения потребителей

R1 R2

Графическое изображение электростатических полей и определение напряженности

Электростатическое поле – особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие зарядов. Это поле неподвижных зарядов в котором действует сила Кулона.

Т.к. сила – векторная величина, то и напряженность тоже.

Ток в электролитах. Законы электролиа

Проводники 2-го рода (электролиты)

2-го рода – направленное движение ионов.

Закон Ома для участка цепи и для полной цепи

I = – закон Ома для участка цепи – сила тока на участке цепи прямо пропорционально напряжению на концах этого участка и обратно пропорционально его сопротивлению.

Следствия из закона Ома

1 Ом – сопротивление такого проводника, по которому течёт ток в 1 А при напряжении на его концах 1 В.

U = IR – падение напряжения.

– закон Ома для полной цепи – сила тока в полной цепи с 1-ой ЭДС прямо пропорционально ЭДС источника и обратно пропорционально сумме сопротивления внешней и внутренней цепи.

Ток в разряженном газе. Причины свечения.
Электроёмкость. Единицы измерения. Ёмкость шара.

Электроёмкость – вместимость электрических зарядов.

– величина, численно равная кол-ву электричества необходимого для увеличения потенциала на 1.

Электроёмкость – величина, характеризующая зависимость заряда наколенного проводником от формы, размеров и внешних условий.

Фарада ( ) – емкость проводника, которому для увеличения потенциала на 1 нужно сообщить 1 Кл электричества.

Ёмкость шара

Диэлектрик в электрическом поле.

Диэлектрики – вещества, не имеющие свободных зарядов, и потому не способны проводить электрический ток.

Они делятся на 2 группы:

Неполярные – электронные орбиты расположены так , что при отсутствии внешнего поля электрические центры +-са и --са в одной точке. (атом не создает диполя)

Во внешнем поле орбиты смещены так, что электрические центры +-са и --са оказываются в разных точках, атом образует диполь – 2 одинаковых по величине, но разных по знаку заряда (поляризация).

Полярные – диполи существуют от природы, (без всякого внешнего поля) в веществе они ориентированы хаотически.

+ - до + - после

Внутри любого поляризованного диэлектрика существует внутренне поле, но по сравнении с внешним полем оно ослаблено в раз. Диэлектрики проводят постоянный ток.

Сопротивление. Проводимость. Зависимость сопротивления от рода вещества и размеров проводника.

Т .к. , то I = f(U)

постоянно

I = gU, где g – проводимость – величина, зависящая от рода вещества и размеров проводника. Проводимость зависит от:

g = размеры проводника род вещества

g→[ ] (сименс)

Ток в газах. Виды разрядов.
Ток в вакууме. Лампа-диод.
Напряжение. Связь между напряжением напряжённостью.

Напряжение – скалярная величина, численно равная работе по перемещению единичного положительного заряда из точки в другую точку поля.

U =

U→[ ]→ [В]

E = [ ] – связь между напряжением и напряжённостью.

Потенциал. Потенциал точечного заряда и шара.

Потенциал – величина, численно равная работе по перемещению единичного положительного заряда из данной точки в бесконечность.

[ →В]

– потенциал точечного заряда

потенциал точечного заряда

– потенциал шара на расстоянии r от шара.

Электронно-дырочный переход. Полупроводниковый диод.
Взаимодействие токов. Магнитное поле. Сила взаимодействия проводников с током.

Взаимодействие проводников с током объяснил Экстед, благодаря тому, что возникает магнитное поле.

Магнитное поле – особый вид материи, осуществляющий взаимодействие проводников.

Магнитное поле создается любым движущимся зарядом и переменным электрическим полем и действует только на движущийся заряд.

Тело, изготовленное из специальных сортов стали, сохраняющее свою намагниченность при удалении от внешнего магнитного поля – постоянный магнит.

Индикатором магнитного поля является магнитная стрелка. Магнитное поле изображается линиями магнитной индукции – линия, в каждой точке которой магнитная стрелка выстраивается по касательной.

Свойства ЛМИ:

Линия замкнута – конца и начала нет.
Не пересекаются и не прерываются

Изображение магнитных полей:

Прямолинейного тока
Кривого тока
Соленоид
Постоянного магнита

– сила взаимодействия проводника с током.

магнитная проницаемость среды – величина, показывающая зависимость силы токов от среды взаимодействия. [ ]

В вакууме

– относительная магнитная проницаемость.

Для магнитных материалов

Закон Ампера. Магнитная индукция – силовая характеристика магнитного поля.

Ампер установил, что магнитное поле постоянного магнита действует на проводник с током.

- закон Ампера – в магнитном поле B на проводник l с током действует сила Ампера

Работа магнитных сил. Магнитный момент. Напряжённость магнитного поля.

A= – работа магнитных сил

магнитный поток – полное число линий магнитной индукции, пронизывающих площадь.

[ ] – Вебер

Напряжённость магнитного поля – характеристика поля микротоков, не зависящая от среды.

Магнитное поле можно изображать линиями напряжённости, в каждой точке которой вектор напряжённости направлен по касательной.

– напряжённость прямолинейного тока.

– напряжённость кругового тока.

– напряжённость соленоида.

Сила Лоренца.

Голландский учёный Лоренц объяснил действие силы Ампера тем, что магнитное поле действует на каждый движущийся заряд в проводнике:

– сила Лоренца – в магнитном поле В на движущийся заряд со скоростью v действует .

Направление силы Лоренца определяется по правилу левой руки: ладонь располагаем так, что линии магнитной индукции входят в неё, 4 пальца покажут направление скорости движения положительного заряда (если отрицательный - против), а большой палец укажет направление силы Лоренца.