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:

26.09.2019

Размер:

204.64 Кб

Скачать

☆

1 / 71 2 3 4 5 6 7 > 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

Трёхэлектродный прибор - транзистор

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 и его силовая характеристика

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.

Зависимость сопротивления от температуры. Сверхпроводимость

– 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

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

Ток в электролитах. Законы электролиза

Электролит – жидкий проводник в котором носителями зарядов являются только ионы.

Электролитическая ванна – сосуд с электродами в котором находится электролит.

Катод – электрод, соединенный с минусом источника.

Анод – электрод, соединенный с + источника.

Электролиз – процесс прохождения электрического тока через электролит, сопровождающийся химическим превращением вещества и выделением его на электроде.

Закон электролиза (закон Фарадея)

- масса вещества, выделяющегося при электролизе прямо пропорционально кол-ву электричества прошедшего через электролит.

Применение:

Электроэкстракция – получение чистых металлов.
Гальваностегия – покрытие поверхностей металлами.
Гальванопластика – получение металлических рельефных копий, изображений.
Электрополировка

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.

При увеличении длины свободного пробела электронов можно получить самостоятельную проводимость газа при меньшей напряженности поля Е, т.е. при более низком напряжении, таким образом при разряжении газа его проводимость должна возрастать. Этот вывод подтверждается следующим опытом.

Берут стеклянную трубку с 2-мя впаянными электродами и отверстием А для откачивания воздуха. Затем электроды присоединяются к источнику напряжения в несколько тысяч В. Если теперь через А откачать из трубки воздух насосом, то при достаточно маленьком давлении воздух в трубке начинает светиться. Это означает, что в воздухе возник самостоятельный разряд. Свободные электроны в трубке появляются вследствие вторичной эмиссии на катоде о поверхность которого ударяются ионы.

Причины свечения

Бор объяснил свечение газов в 1913 г. Н. Бор предположил, что электрон вокруг ядра, не по любой орбите, а только по дозволенным орбитам, каждой из которых соответствует определенная энергия атома.

Наименьшая возможная энергия имеется в случае, когда электрон движется по ближайшей к ядру разрешенной орбите. Это состояние атома называют нормальным или основным. Оно может сохраняться сколько угодно долгое время.

Когда электрон находится на любой другой орбите атома, состояние атома называют возбужденным.

Для того, чтобы атом перешел из нормального состояния в возбужденное ему надо передать квант.

Таким образом, атом переходит из основного состояния в возбужденное только под явлением внешних воздействий, способных передать ему нужную порцию энергии. Чем больше энергии выделяет атом, тем короче электромагнитная волна. Т.к. электромагнитное излучение, в определенном интервале длин волн является видимым светом, то при переходе атомов в основное состояние может возникать световое излучение разных цветов.

Оказывается набор цветов излучения у атомов определенного химического элемента всегда отличен от набора цветов излучения атомов другого элемента.

При тлеющем разряде столкновения атомов с электронами и ионами возбуждают атомы газа и он начинает светиться определенным цветом, зависящим от природы газа.

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.

В обычных условиях газ - это диэлектрик, т.е. состоит из нейтральных атомов и молекул и не содержит свободных носителей эл.тока. Газ-проводник - это ионизированный газ. Ионизированный газ обладает электронно-ионной проводимостью.

Воздух является диэлектриком в линиях электропередач, в воздушных конденсаторах, в контактных выключателях.

Воздух является проводником при возникновении молнии, электрической искры, при возникновении сварочной дуги.

Ионизация газа

- это распад нейтральных атомов или молекул на положительные ионы и электроны путем отрыва электронов от атомов. Ионизация происходит при нагревании газа или воздействия излучений (УФ, рентген, радиоактивное) и объясняется распадом атомов и молекул при столкновениях на высоких скоростях. Газовый разряд - это эл.ток в ионизированных газах. Носителями зарядов являются положительные ионы и электроны. Газовый разряд наблюдается в газоразрядных трубках (лампах) при воздействии электрического или магнитного поля.

Рекомбинация заряженных частиц

- газ перестает быть проводником, если ионизация прекращается, это происходит в следствие рекомбинации ( воссоединения противоположно заряженных частиц).

Существует самостоятельный и несамостоятельный газовый разряд.

Типы разрядов:

Самостоятельные (без ионизатора)
Несамостоятельные (под действием ионизатора)

Виды разрядов:

Искровой (самостоятельный, прерывистый)

Идут при высоком напряжении, сопровождаются свечением и звуком.

Дуговой (несамостоятельный, непрерывный)
Коронный (самостоятельный, непрерывный)

Сопровождается слабым свечением и треском, может возникать вокруг проводов высокого напряжения.

Кистевой – имеет вид светящегося пучка соединенного 1 электродом (в виде острия) с другим электродом (в виде диска).

Ток в вакууме. Лампа-диод.

Вакуум – диэлектрик, но в нем возможен ток благодаря ТЭЭ

Диод – 2-ух электродная лампа

Электроды:

Катод – служит для создания электронов

Анод – для использования электронов

Для выпрямления переменного напряжения или тока. Особенность диода – диод пропускает электрический ток только в 1-ном направлении.

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.

запирающий слой

При соединении p и n на границе образуется запирающий слой состоящий из неподвижных зарядов обладающий большим r по отношению к другим частям кристалла.

Прямое включение – включение к p положительной области источника, n - отрицательной

братное включение – включение к p отрицательной области источника, n – положительной.

Особенности диода: обладает односторонней проводимостью, имеет высокий КПД, маленькие размеры, большой срок службы, дешивизна.

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

Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки: ладонь расположить так, чтобы линии магнитной индукции входили в неё, 4 пальца укажут направление тока, а большой палец укажет направление силы Ампера.

– магнитная индукция – величина, численно равная силе действующей на единичную длину проводника с током, расположенного перпендикулярно к линиям магнитной индукции.

1 Тл – магнитная индукция такого тока, в котором на проводнике длиной 1 м, с током в 1 А действует сила в 1 Н. вектор магнитной индукции направлен по касательной к линии магнитной индукции.

– магнитная индукция прямолинейного тока

- магнитная индукция кругового тока.

– магнитная индукция соленоидного тока

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.