Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Принцип суперпозиции эл.полей.Эл.диполь:дипольный момент ,действие э.поля на диполь

Электрический заряд и его основные св-ва

Электрический заряд-св-ва физ.тел участвовать в электромагнит.взаимодействиях.Эл.заряд-физ.величина,которая показывает на сколько тело способно выражать количественную меру.Обозначается:q,Q.В СИ=Кл Точечный эл.заряд-физ.тело размерами которого в данной задачи можно пренебречь. Лин.плотностьэл.заряда: СИ=Кл/м Поверхностная плотность: СИ=Кл/м^2 Объёмная плотность: p=dq/dV СИ=Кл/м^3 Св-ваэл.зарядов: 1)биполярность :заряд бывает положит.иотриц.За положит принято считать заряд,полученный трением о стеклянную палочку, а отриц-о эбонитовую 2)дискретность ,т.е. величина эл.заряда кратна элементарному эл.зарядуq=+(-)ez ,z=0,1,2,3…, e-элементарный эл.заряд =1,602*10 ^ -19 Кл, 3)инвариантность-величина эл.заряда не зависит от выбора системы отсчёта в которой мы его измеряем.4)микроскопические носители: а)электроны(имеют отриц.элементарный эл.заряд) q=- e ,m=9.1*10^ - 31 кг б)протон (носитель полож.элементарного заряда)q=+e ,m=1.67*10^ -27 кг в)нейтрон q=0, mn>mp 5)модули элементарных отриц.эл.зарядов=модулям элементарных положит.эл.зарядов 6)св-во сохранения эл.заряда:в замкнутой системе тел алгебраическая сумма эл.зарядов остаётся неизменной при люб.взаимод.между телами этой системы.

 

Закон Кулона

Был открыт Шарлем Кулоном в 1785 г.З-н Кулона:сила взаимодействия двух точечных неподвиж.эл.зарядов в вакууме прямо пропорционально модулю этих зарядов ,обратно пропорционально квадрату расстояния между ними и направлена вдоль прямой ,проходящ.через эти заряды. F=k (|q1| |q2|) /r^2 k=9*10^9 м/Ф Эта сила называется кулоновской. Кулоновская сила может быть как силой притяжения, так и силой отталкивания; положительной считают силу отталкивания. Поэтому закон Кулона можно записать в векторном виде: F12= k где ε0 ≈ 8,854187817×10−12 Ф/м — электрическая постоянная. Принцип суперпозиции:два эл.заряда взаимодействуют между собой не зависимо от наличия иных эл.зарядов. F3=F13+F23 Методы проверки закона :а)метод Кавендиша Сконструировал крутильные весы и измерил с их помощью силу притяжения двух сфер, подтвердив закон всемирного тяготения; определил гравитационную постоянную, массу и среднюю плотность Земли.Исследовал взаимодейсвие на обычных расстояниях | |≤10^ -21 м б)метод Разерфорда(10^ -17) в)на большие расстояния E=mc^2=h ,m=m0/sqrt( 1-v^2-c^2) h =hc/ λ :резонансы Шумана (λ=10^7 м)

4.Концепция близкодействия,эл.поле.Полевая трактовка з-на Кулона.Напряжённостьэл.поля,силовыелинии.Напряжённость поля точечного заряда.

Первая концепция концепция дальнедействия:взаимодейств.между физ.объектамиосущ.без какого-либо посредника.Вторая концепция -близкодействия:взаимодействие одного объекта с другим осущ.благодаря какому-либо посреднику в матер.среде,где они находятся.Два типа материальных объектов:в-во,поле.В-во хар-тся тем,что его частицы имеют не нулевую массу покоя. Поле-матер.среда,частицы которой имеют нулевую массу покоя.Эл.поле-спецефич.матер.среда,котораяосущ.передачуэл.взаимодействий.Хар-киэл.поля1)напряжённость E=F/q Напряжённость-силовая хар-ка эл.поля численно равная отношению силы,с которой оно действует на точечный эл.заряд,к величине этого заряда и локальная хар-ка этого поля,т.е.напряжённость относится к конкретной точки . Е в СИ=В/м Эл.заряды создают свои эл.поля независимо от наличия иных эл.зарядов.Для графического изображ.применяются силовые линии-линии со стрелками.Они проводятся к касательно к люб.линиям и совпадает с силой.Во сколько раз гуще сил.линии ,во столько раз больше модуль напряжённости.Силовые линии начинаются на положит.зарядах и заканчиваются в бесконечности,или на отриц.Еслинапряжённось поля в каждой точке одинаково и по направлению и по модулю такое поле наз.однородным.Напряжённость для точечного заряда: или F=Ke

Принцип суперпозиции эл.полей.Эл.диполь:дипольный момент ,действие э.поля на диполь

Е=ΣЕк –принцип суперпозиции.Эл.диполем наз.систему двух точечных ,разнополярнях ,но равных по модулю эл.зарядов. l-ось диполя,т.О-центр диполя,р-дипольный момент,р=ql Для точечного заряда: Еа=Ке2р/r^3 когда l r тогда E=- Kep/r^3Me=q|E||l|sina- вращ.момент, Ме=[p*E] Если эл.диполь находится в эл.поле,то результирующая сил,действ.на диполь =0,но эта пар сил создаёт вращ.момент; при f=180 состояние равновесия не устойчиво.Если поле под a<90:1)эл.поле пытается пповернуть диполь так,чтобы напряжённость и сил.линии совпали 2)втягивает в обл.более сильного поля,3)растягивает его Если а>90:1)чтобы напряжённость и силовые линии совпали 2)выталкивает из более сильного поля и сжимает его.

6.Электростатическая теорема Гаусса:поток вектора напряжённости поля,интегральная и дифф.формы,физ.содержание и смысл

Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме:поток вектора напряжённости электростатического поля в вакууме через произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме зарядов,заключённых внутри этой поверхности,делённой на ε0: В случае,когда эл.заряд распределён в пространстве с объёмной плотностью р=dq/dV ,теорема Гаусса имеет вид: Эта теорема содержит в себе з-н Кулона,полевую его трактовку,принцип суперпозиции эл.полей. divE=4ПKep Элементарный поток вектора напряжённости через бесконечно малую площадку ds равен скалярному произведению вектора напряжённости E на вектор ds:dФ=Eds=Edscos а Поток вектора напряжённости поля через площадку пропорционален числу силовых линий ,пересек.её поверхность .Поток вектора напряж.через произвольную поверхнось опр.интегралом: dФ=vds Ф=

Применение т.Гаусса для расчёта электростатического полей:общиепринципы,расчёт поля равномерно заряжённой бесконечно длиной тонкой прямой нити и равномерно заряженной безграничной плоскости

Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме:поток вектора напряжённости электростатического поля в вакууме через произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме зарядов,заключённых внутри этой поверхности,делённой на ε0: В случае,когда эл.заряд распределён в пространстве с объёмной плотностью р=dq/dV ,теорема Гаусса имеет вид: Эта теорема содержит в себе з-н Кулона,полевую его трактовку,принцип суперпозиции эл.полей. divE=4ПKepравномерно заряженной безграничной плоскости Ф=4ПКе σSосн Е=2ПКе σ,где σ=dq/ds-поверхностная плотность заряда-заряд,находящ.на единице площади поверхности расчёт поля равномерно заряжённой бесконечно длиной тонкой прямой нити Ф=Е2Пdh=4ПКе τhE=(2Keτ)/d где τ=dq/dl-лин.плотность заряда-величина заряда,находящ.на единице длины нити,d-расстояние от нити до точки,в которой опр.напряжённость. (рис)

Работа сил электростатического поля :потенциальный характер электростатического поля,разность потенциалов между точками поля ,потенциал поля в точке,эквипотенц.поверхности,расчёт потенциала поля точечного заряда

Элементарная работа сил электростатич.поля при переносе заряда q на бесконечно малое перемещение dl равна: dA=Fdl=qEdl=qEdlcоsa а вся работа сил поля на пути от точки 1 до точки 2 опр. Выражением: А12= Работа сил электростат.поля не зависит от траектории по которой перемещ.заряд в этом поле.Электростатические силы явл.консервативными или потенциальными,т.к.работа сил эл.поля по перемещению заряда q по замкнутой траектории ,опр.выраж. А=q =0.В этом выраж. –циркуляция вектора напряжённости Е.Теоремам о циркуляции:циркуляц.вектора напряж.влюб.электростат.поле =0. Поле,обладающ.таким св-ом наз.потенциальным.Люб.электростат.поле чвл.потенциальным.Разностью потенциалов между 2-мя точками эл.поля наз.отношение работы сил поля по перемещению точечного эл.заряда из т 1в др к величине этого заряда. А12=q(ф1-ф2) И12=ф1-ф2-напряжение между 2 точками И В СИ=В Потенциал–скалярная физ.величина,равная отношению потенц.энергииWполож. заряда q ,помещ.в данную точку поля,к величине этого заряда ф=W/q или ф=A/q0.С точки зрения бесконечно удаленного наблюдателя люб.эл.заряд ограниченный в пространстве можно считать точечным ,поэтому потенциал можно счит=0.Если поле создаётся точечным эл.зарядом: ф=Кеq/rЭквипотенц.поверхность-совокупность точек,потенциал в которых одинаков.(имеет один.знач)

9.Связь между напряжённостью поля и его потенциалом:мат.запись для неоднородного и однородного полей,взаимное расположение силовых линий поля и эквипотенциальных поверхностей.Ур-ие Пуассона.

Связь напряжённости однородного электростатического поля с напряжением(разностью потенциалов) задаётся соотношением: E=U/d=(ф1-ф2)/d,где d-расстояние между точками поля с потенциалами ф1 и ф2.Силовые линии всегда проходят перпендикулярно эквипотенц.поверхностям,в сторону убывания потенциала. E=-gradф, gradф=|dф|/|dn| *n, n-ед.вектор направленный в ту сторону ,наибольшего увеличив.потенциала. |E|=|∆ф|/|∆n| Ур-ие Пуассона: Уравнение Пуассона — эллиптическое дифференциальное уравнение в частных производных, которое, среди прочего, описывает электростатическое поле,стационарное поле температуры,поле давления,поле потенциала скорости в гидродинамике.Оно названо в честь знаменитого французского физика и математика Симеона Дени Пуассона. Это уравнение имеет вид: ∆ф=-4ПКер где Δ — оператор Лапласа или лапласиан или В декартовой системе координат оператор Лапласа записывается в форме и уравнение Пуассона принимает вид: ф=-4ПКер . В трёхмерной декартовой системе координат уравнение принимает форму: =-4ПКер

 

10.Проводники и диэлектрики.Электростатическая индукция в проводниках.

Диэлектрик-в-во,не имеющее свободных эл.зарядов и не явл.,т.о.,проводником эл.тока.( Диэлектрик (изолятор) — вещество, плохо проводящее или совсем не проводящее электрический ток). Свободные эл.заряды-заряжен.частицы,которые могут перемещ.по всему объму проводящ.тела.Диэлектрик содержит так наз,связанные заряды-нескомпенсированные заряды,входящ.в состав молекул диэлектрика,не способные свободно перемещ.по его объёму.Сущ.несколько типов диэлектриков:неполярные(например Н2,О2,СО2),полярные (например Н2О,SO2),ионные(KCL,NaCL).Поляризация однородного диэлектрика-это появление на поверхностях диэлектрика связанных эл.зарядов,в результате чего результирующий дипольным момент(р=ql )всего диэлектрика становится отличным от нуля.Различают несколько типов поляризации диэлектриков:а)электронная поляризация диэлектрика с неполярными молекулами-возникновение у молекул индуцированного дипольного момента за счёт смещения зарядов:электроны ,не отрываясь от молекул,смещаются против направления вектора напряжённости;б)ориентационная(дипольная) поляр.диэлектрика с полярными молекулами-ориентация имеющихся дипольных моментов молекул по полю;в)ионная поляр.диэлектриков с ионными кристаллическими решётками-смещения подрешётки полож.ионов вдоль поля,а отриц.-против поля,приводящ.к возникновению дипольного момента.Безмерная величина ε=1+ наз.диэлектрич.проницаемостью в-ва,котроя показывает во сколько раз ослабляется поле внутри диэлектрика по сравнению с полем в ваккуууме: E=E0/εПровоник-в-во,обладающие свободными носителями заряда(электроны в металлах),проводящ.эл.ток.Уединённый проводник-проводник,удалённый от др.проводников,тел,зарядов.Электростатич.индукция-перераспределение свободн.эл.зарядов под действием внешнего эл.поля.Возникшие при этом заряды наз.идукционными.Эти заряды создают своё эл.поле,котрое изменяет это поле.Еслизаряж.тела и заряды внутри тел находятся в состоянии равновесия,то напряжённость поля=0. E=4ПКе σiПоверх.плотность обратна пропорциональна радиусу поверхности.

 

14.Эл.поле на границе раздела двух диэлектриков.

На границе двух диэлектриков с различными диэлектрическими проницаемостями и при наличии внешнего поля возникают поляризационные заряды разного знака с различными поверхностными плотностями зарядов и Дополнительное поле, создаваемое этими зарядами, перпендикулярно поверхности, поэтому нормальные составляющие полей и в обеих средах у границы раздела различны, а касательный составляющие одинаковы, т.е. Векторы электростатического смещения в обеих средах соответственно равны и Аналогично рассмотренному выше случаю границы диэлектрик - вакуум нормальная составляющая вектора на границе двух диэлектриков а отсюда следует, что Из этого выражения следует, что в случае и линии вектора при переходе через границу раздела преломляются, отклоняясь от перпендикуляра к границе раздела. следует, что При и При переходе через границу раздела из диэлектрика с меньшим значение в диэлектрик с большим значением нормальная составляющая вектора остается неизменной, а касательная увеличивается, так что линии вектора преломляются под таким же углом как и линии напряженности поля . Таким образом, при переходе через границу раздела двух диэлектриков изменяется не только вектор напряженности электрического поля но и вектор . число линий вектора электрического смещения, переходящих через границу, не меняется. Поэтому теорема Гаусса остается справедливой для вектора в самом общем случае при наличии в поле диэлектриков любой формы и размеров. tga1/tga2=εr1/εr2-угол преомления зависимости от диэлектрич.прониц.среды.

 

11.Эл.ёмкость конденсатора и уединённого проводника.Последовательное и параллельное соединение.

Конденсатор-система проводников,обладающая значительно большей ёмкостью,чем уединённый проводник- проводник,удалённый от др.проводников,тел,зарядов.Простейший конденсатор состоит из 2 проводников,расположенных на малом расстоянии друг от друга и разделённых диэлектриком(в-во,не имеющее свободных эл.зарядов и не явл.,т.о.,проводником эл.тока.),которые несут одинаковые по модулю,но противоположные по знаку заряды,и над обкладками конденсатора.В зависимости от формы обкладок различают плоские,сферические,цилиндрические конденсаторы. Электроёмкость уединённого проводника-величина,численно равная отношению заряда,сообщённого проводнику,к потенциалу этого проводника: С=q/ф.Электроёмкость конденсатора-величина,численно равная отношению модуля заряда,находящ.на одной из обкладок конденсатора,к разности потенциалов между обкладками: C=|q|/(ф1-ф2) или С=q/U.Электроёмкость плоского конденсатора прямо пропорциональна площади пластин и обратно пропорциональна расстоянию между ними: С=(ε0εS)/d,где ε-диэлектрич.проницаемостьдиэлектрика,находящ.междупластинами.Электроёмкость сферического конденсатора находится из выражения:С=4Пε0εR1R2/(R1-R2).При последовательном соединении конденсаторов величчина,обратная общей ёмкости полученной батареи,равна сумме величин,обратных емкостям отдельных конденсаторов: 1/С=U/q=1/C1+1/C2+…1/Cn, q=q1=q2=…qn, u=u1+u2+..un. Если последовательно соединены только два конденсатора, то их общую емкость можно быстро определить по формуле Если последовательно соединено любое количество конденсаторов одинаковых емкостей, то их общую емкость можно быстро вычислить, разделив емкость одного конденсатора на их количество. Последовательное соединение конденсаторов применяется в тех случаях, когда имеющиеся конденсаторы рассчитаны на более низкое, чем предусмотрено в данной схеме, напряжение, а также для образования емкостных делителей напряжения. При параллельном соединении конденсаторов ёмкость полученной батареи равна сумме емкостей отдельных конденсаторов :С=q/U=C1+C2+…Cn, q=q1+q2+…qn, u=u1=u2=..un Из этого можно сделать вывод, что параллельное соединение конденсаторов применяется для увеличения емкости в цепи.При параллельном соединении электролитических конденсаторов надо обязательно соблюдать полярность включения, Это значит, что аноды соединяются между собой и подключаются к плюсу напряжения, а отрицательные выводы соединяются между собой и присоединяются к минусу.

 

12.Поляризация диэлектриков;связанныезаряды.Поляризованность.

Диэлектрик-в-во,не имеющее свободных эл.зарядов и не явл.,т.о.,проводником эл.тока(.Диэлектрик (изолятор) — вещество, плохо проводящее или совсем не проводящее электрический ток). Свободные эл.заряды-заряжен.частицы,которые могут перемещ.по всему объму проводящ.тела.Диэлектрик содержит так наз,связанные заряды-нескомпенсированные заряды,входящ.в состав молекул диэлектрика,не способные свободно перемещ.по его объёму.Сущ.несколько типов диэлектиков:неполярные(например Н2,О2,СО2),полярные (например Н2О,SO2),ионные(KCL,NaCL).Молекулы или атомы в неполярных диэлектриках не имеют дипольного момента(р≠0). Поляризация однородного диэлектрика-это появление на поверхностях диэлектрика связанных эл.зарядов,в результате чего результирующий дипольным момент(р=ql )всего диэлектрика становится отличным от нуля.Различают несколько типов поляризации диэлектриков:а)электронная поляризация диэлектрика с неполярными молекулами-возникновение у молекул индуцированного дипольного момента за счёт смещения зарядов:электроны ,не отрываясь от молекул,смещаются против направления вектора напряжённости;б)ориентационная(дипольная) поляр.диэлектрика с полярными молекулами-ориентация имеющихся дипольных моментов молекул по полю;в)ионная поляр.диэлектриков с ионными кристаллическими решётками-смещения подрешётки полож.ионов вдоль поля,а отриц.-против поля,приводящ.к возникновению дипольного момента.Поляризованность диэлектрика в некоторой точке равна отношению суммарного дипольного момента молекул в физ.бесконечно малом объёме,выделенном в окрестности данной точки,к величине этого объёма: Р=Σpi/∆V,где pi-дипольным момент отдельной молекулы..В СИ Р=Кл/м^2 . Если диэлектрик поляризован однородно,тополяризованность Р равна сумме дипольных моментов отдельных молекул,содержащ.в единице объёма в-ва.Для изотропного однородного диэлектрика(обладающ.одинаковымидиэлектрич.св-ми по всем направлениям по своему объёму)вектор поляризации пропорционален напряжённости эл.поля в диэлектрике:Р= ε0Е,где –безмерная величина,которая наз.диэлектрической восприимчивостью в-ва. и количественно хар-ет способность диэлектрика к поляризации.

13.Вектор электрического смещения.Электростатическая теорема Гаусса.Диэлектрич.восприимчивость и относит.диэлектрич.проницаемость в-ва.

Электрич.смещением(электростатич.индукцией)наз вектор D равный:D=ε0E+P=E/4ПKe +P=1/2σ В СИ D=Кл/м^2 .Теорема Гаусса: поток вектора эл.смещения сквозь произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме свободных зарядов,заключённых внутри этой поверхности: Дифф.форма записи:divD=p.Для изотропного однородного диэлектрика(обладающ.одинаковымидиэлектрич.св-ми по всем направлениям по своему объёму)вектор поляризации пропорционален напряжённости эл.поля в диэлектрике:Р= ε0Е,где –безмерная величина,которая наз.диэлектрической восприимчивостью в-ва.,и количественно хар-ет способность диэлектрика к поляризации.В зависимости от диэлектрики подразделяются на:1.а)если =cоnst,то такой диэлектрик наз.линейным(прям.линия)б)если =f(E) ,то такой диэлектрик наз.нелин.(некая кривая линия) 2.а) –скалярная величина,тогда диэлектрик наз.изотропным б) - тензорная величина,то диэлектрик аниизотропный. Т.к. D=E/4ПKe + /4 ПKe * E=(1+ )/ 4ПKe *E,т.о. εr=1+ -относит.диэлектрич.проницаемость среды,т.о. D=εr/4ПKe *E

 

 

15.Механизмы и модели поляризации диэлектриков.Ур-ие Клаузиуса-Мосотти.

Сжатый газ – это сжатый природный газ, который заправляется в газовую емкость работающего на сжатом газе транспортного средства (NGV - naturalgasvehicle) для запуска автомобильного двигателя.Плотный газ- Такой, в котором части, частицы вещества прочно, тесно соединены, с трудом отделяются друг от друга, содержащий большое количество вещества в малом объеме, густой, вязкий, сгущенный.ПОЛЯРНЫЕ МОЛЕКУЛЫ ,молекулы, обладающие постоянным дипольным моментом в отсутствие внеш. электрич. поля. Дипольный момент присущ таким молекулам, у к-рых распределение электронного и ядерного зарядов не имеет центра симметрии.1)разряженный газ из неполярных молекул: р=0,n→0, pe=α/4ПKe *E , α-поляриализуемость молекулы. [α]=м^3 Р=npe,n=dN/dV , P=(αn)/ 4ПKe *E , =αn,εn=1+αn 2)плотный неполярный газ р0=0 , =3nα/(3-nα) ,εr=1+ =(3+2nα)/(3-nα), (εr-1)/εr-2)=nα/3-описывает относит.деэлектрич.проницаемость плотного неполярного газа, 3)разряжённый газ полярных молекул р≠0 ,n →0, =(np0^2)/3KT εr=1+ (np0^2)/3KT 4)полярный плотный газ .Ур-ие Клаузиуса-Мосотти. выражает зависимость статической диэлектрической проницаемости ε неполярного диэлектрика от поляризуемости α его молекул, атомов или ионов и от их числа N в 1 см3 : Часто К. записывают в виде где М — молекулярная масса вещества, ρ — его плотность, NA — Авогадро число . К. — М. ф. строго выполняется для неполярных газов при низких и средних давлениях; приближённо — для неполярных газов при повышенных давлениях, для неполярных жидкостей и для многих неполярных кристаллов.

16.Эл.св-ва диэлектрич.кристаллов.

1.сенетоэлектрики-твёрдые диэлектрики (некоторые ионные кристаллы и пьезоэлектрики), обладающие в определённом интервале температур собственным электрическим дипольным моментом, который может быть переориентирован за счёт приложения внешнего электрического поля.Св-ва:а)анамально высокое знач.диалектрич.проницаемости εr-10000 б) εr=f(E) в)наличие точек Кюри ,т.е.при некоторой t сегнетоэл.теряет свои св-ва и становится обычным полярным диэлекриком . D= εr/4ПKe *E =E/4ПKe +P 2.пьезоэлектрики-диэлектрики, в которых наблюдается пьезоэффект, то есть те, которые могут либо под действием деформации индуцировать электрический заряд на своей поверхности (прямой пьезоэффект), либо под влиянием внешнего электрического поля деформироваться (обратный пьезоэффект). Оба эффекта открыты братьями Жаком и Пьером Кюри.(кварц)Наиб. распространение в ультразвуковой технике получили пьезокерамич. материалы -пьезокерамика, представляющая собой поляризованные сегнетоэлектрич. материалы. Основа таких пьезоэлектрики-твердые растворы титаната.Получают пьезокерамич. материалы по технологии произ-ва керамики.Помимо значит.пьезоэффекта пьезокерамика характеризуется стабильностью, большой мех. прочностью и устойчивостью к внеш. воздействиям, простотой и невысокой стоимостью изготовления пьезоэлементов разл. конфигурации.

17.Потенциальная энергия взаимодействия эл.зарядов.

Потенциальной энергией не может обладать одно тело, не взаимодействующее с другими телами. Потенциальная энергия — это энергия взаимодействия тел(зарядов)

dA=q/Cdq после интегрирования получим выражение: А= Т.к.работа по перемещению заряда в эл.поле конденсатора против сил поля равна изменению потенциальной энергии заряда,то потенциальная энергия заряженного конденсатора опр.след.соотношением: W=q^2/C или с учётом того,чтоC=|q|/(ф1-ф2) W=C Энергия уединённого заряженного проводника опр.выражением: W=Cф^2/2 =qф/2=q^2/2C, где С-емкость проводника,ф-его потенциал,q-заряд проводника.,а проводников:W=1/2 Σqiфi .Энергия двух проводников=по модулю,но различна по знаку.Энергия системы неподвижных точечных зарядов может быть опр.из соотношения :W=1/2 Σqiфi где фi-потенциал в той точке ,где находится заряд qi,всеми зарядами ,кроме самого i-го. W=qU/2=q^2/2C=CU^2/2.

19.Эл.ток и его основные характеристики.

Эл.ток-упорядоченное движ.заряжённых частиц.Частицы,которые создают эл.ток наз.носителями.Различают постоянный и переменный ток.Постоянный ток — ток, направление и величина которого слабо меняется во времени.Переменный ток — это ток, направление и величина которого меняется во времени. Среди переменных токов основным является ток, величина которого изменяется по синусоидальному закону. В этом случае потенциал каждого конца проводника изменяется по отношению к потенциалу другого конца проводника попеременно с положительного на отрицательный и наоборот.Время, включающее изменение тока в обе стороны, называется периодом переменного тока. Количество периодов, совершаемое током за единицу времени, носит название частота. Частота измеряется в герцах, один герц соответствует одному периоду в секунду.Кол-во носителей тока принято считать концентрацией- физическая величина, равная отношению числа частиц N к объему V, в котором они находятся: .В СИ=м^(-3).Вторая хар-ка это дрейфовая скорость-средняя скорость упорядоченного движения частиц: <v>= /n∆V Если <v>=,то I=0,если <v>≠0,то ток есть.Дрейфовая скорость-хаотич.движ.частиц.Основнойхар-кой эл.тока явл.плотность тока j-это локальная хар-ка.плотность тока -векторная физическая величина, имеющая смысл силы тока, протекающего через единицу площади или j=d^2q/dt*dsn модуль плотности тока равен величине эл.заряда,который переносит в ед.времени через ед.плотности перпендикулярно вектору. В СИ=А/м^2.Сила тока в проводнике — скалярная величина, численно равная заряду протекающему в единицу времени через сечение проводника. Обозначается буквой :I =dq/dtОсновной формулой, используемой для решения задач, является Закон Ома:для участка электрической цепи: -сила тока равняется отношению напряжения к сопротивлению.для полной электрической цепи: где E — ЭДС, R — внешнее сопротивление, r — внутреннее сопротивление.Единица измерения в СИ — 1 Ампер (А) = 1 Кулон / секунду.Для измерения силы тока используют специальный прибор — амперметр. I=∫jds-сила тока через поверхность =потоку через эту поверхность divj=- если ток постоянный(не зависит от времени)то divj=0.Закон сохранения электрического заряда - физический закон, в соответствии с которым в замкнутой системе взаимодействующих тел алгебраическая сумма электрических зарядов (полный электрический заряд) остается неизменной при всех взаимодействиях.

 

20.Опыты Рике,Толмена и Стюариа.Классическая теория электропроводности металлов.

Опыты Рике: включил в провод, питающий трамвайные линии, последовательно друг другутри тесно прижатых цилиндра; два крайних были медными, а средний — алюминиевым. Через эти цилиндры более года проходил электрический ток. Произведя тщательный анализ того места, где цилиндры контактировали, К. Рикке не обнаружил в меди атомов алюминия, а в алюминии — атомов меди, т. е. диффузия не произошла. Таким образом, он экспериментально, доказал, что при прохождении по проводнику электрического тока ионы не перемещаются.. Итак, электрический ток в металлических проводниках создается упорядоченным движением свободных электронов.ОпытыТолмена и Стюарта.Они доказали, что ток в металлических проводниках обусловлен движением электронов.Катушка с большим числом витков тонкой проволоки приводилась в быстрое вращение вокруг своей оси. Концы катушки с помощью гибких проводов были присоединены к чувствительному баллистическому гальванометру Г. Раскрученная катушка резко тормозилась, и в цепи возникал кратковременных ток, обусловленный инерцией носителей заряда. Полный заряд, протекающий по цепи, измерялся по отбросу стрелки гальванометра. При торможении вращающейся катушки на каждый носитель заряда e действует тормозящая сила которая играет роль сторонней силы, то есть силы неэлектрического происхождения. Сторонняя сила, отнесенная к единице заряда, по определению является напряженностью Eсть поля сторонних сил: Следовательно, в цепи при торможении катушки возникает электродвижущая сила , равная где l – длина проволоки катушки. За время торможения катушки по цепи протечет заряд q, равный Здесь I – мгновенное значение силы тока в катушке, R – полное сопротивление цепи, υ0 – начальная линейная скорость проволоки. Отсюда удельный заряд e / m свободных носителей тока в металлах равен Все величины, входящие в правую часть этого соотношения, можно измерить. На основании результатов опытов Толмена и Стюарта было установлено, что носители свободного заряда в металлах имеют отрицательный знак, а отношение заряда носителя к его массе близко к удельному заряду электрона, полученному из других опытов. Так было установлено, что носителями свободных зарядов в металлах являются электроны.Постулаты классической теории:1)носители тока в металлах явл.свободные электроны(теорема Друде).Друде предположил, что электроны проводимости в металле ведут себя подобно молекулам идеального газа. В промежутках между соударениями они движутся совершено свободно, пробегая в среднем некоторый путь чуть позднее усовершенствованы и дополнены Лоренцем.Согласно теории атомы в металлах частично диссоциированы на электроны и положительные ионы, которые находятся в узлах решетки кристаллов, из которых состоит твердый металл. В большинстве случаев число свободных электронов соответствует числу атомов металла, т. е. концентрация свободных электронов n »1028 -1029 м–3. Считается, что в среднем каждый атом отдает по одному электрону. Электроны могут свободно перемещаться в кристаллической решетке. В отсутствие внешнего электрического поля они совершают беспорядочное тепловое движение. И Друде, и Лоренц предложили рассматривать свободные электроны, как некий электронный газ, который подчиняется законам идеального газа. Однако в отличие от молекул идеального газа, которые сталкиваются между собой, электроны сталкиваются с ионами кристаллической решетки. =ϒE,гдеϒ=enb-удельная проводимость в-ва ,ϒ=1/р ,где р-удельное сопротивление в-ва , . =ϒЕ-з\н Ома в дифф.форме.В СИ р=Ом*м, В сИϒ=См/м(Сименс).dPт/dV=ϒE^2= =pj^2, Pт-удельная тепловая мощность. dPт/dV=pj^2-закон Джоуля-Ленца

 

21.Собственная и примесная проводимость полупроводников.

Полупроводники — материалы, которые по своей удельной проводимости занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками и отличаются от проводников сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и различных видов излучения. Основным свойством этих материалов является увеличение электрической проводимости с ростом температуры. (многие химические элементы, кремний, селен, мышьяк и другие, огромное количество сплавов и химических соединений Самым распространённым в природе полупроводником является кремний,. Примесь — химический элемент, перешедший в состав сплава в процессе его производства как технологическая добавка .примесные атомы называют донорными(Донор в физике твёрдого тела -- примесь в кристаллической решётке, которая отдаёт кристаллу электрон)или акцепторными(Акцептор — в физике твёрдого тела примесь в кристаллической решётке, которая отдаёт кристаллу дырку.). Механизм электрической проводимости полупроводников. Полупроводники характеризуются как свойствами проводников(Проводники — это тела, в которых имеются свободные носители заряда, то есть заряженные частицы, которые могут свободно перемещаться внутри этих тел.), так и диэлектриков(Диэлектрик (изолятор) — вещество, плохо проводящее или совсем не проводящее электрический ток).. В полупроводниковых кристаллах атомы устанавливают ковалентные связи (то есть, один электрон связан двумя атомами),.Эта энергия появляется в них при повышении температуры, и отдельные атомы получают энергию для отрыва электрона от атома. С ростом температуры число свободных электронов и дырок увеличивается, поэтому в полупроводнике, не содержащем примесей, удельное сопротивление уменьшается. Электронно-дырочный механизм проводимости проявляется у собственных (то есть без примесей) полупроводников. Он называется собственной электрической проводимостью полупроводников. Во время разрыва связи между электроном и ядром появляется свободное место в электронной оболочке атома. Это обуславливает переход электрона с другого атома на атом со свободным местом. происходит перемещение положительного заряда без перемещения самого атома. Этот условный положительный заряд называют дыркой. Дырка — квазичастица, носитель положительного заряда, равного элементарному заряду в полупроводниках. Собственными полупроводниками являются химически чистые полупроводники, а их проводимость называется собственной проводимостью. Собственная проводимость. Полупроводники, в которых свободные электроны и «дырки» появляются в процессе ионизации атомов, из которых построен весь кристалл, называют полупроводниками с собственной проводимостью. В полупроводниках с собственной проводимостью концентрация свободных электронов равняется концентрации «дырок».Проводимость связана с подвижностью частиц следующим соотношением: где ρ - удельное сопротивление, μn — подвижность электронов, μp — подвижность дырок, Nn,p — их концентрация, q — элементарный электрический заряд (1,602×10−19 Кл). Для собственного полупроводника концентрации носителей совпадают и формула принимает вид: . Примесная проводимость. Примесная проводимость полупроводников — электрическая проводимость, обусловленная наличием в полупроводнике донорных или акцепторных примесей.Для создания полупроводниковых приборов часто используют кристаллы с примесной проводимостью. Такие кристаллы изготавливаются с помощью внесения примесей с атомами трехвалентного или пятивалентного химического элемента. Термистор — полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление которого существенно зависит от температуры. Для термистора характерны большой температурный коэффициент сопротивления (ТКС) (в десятки раз превышающий этот коэффициент у металлов), простота устройства, способность работать в различных климатических условиях при значительных механических нагрузках, стабильность характеристик во времени.Терморезистор изготавливают в виде стержней, трубок, дисков. Основными параметрами терморезистора являются: номинальное сопротивление, температурный коэффициент сопротивления, интервал рабочих температур, максимально допустимая мощность рассеяния. Различают терморезисторы с отрицательным (термисторы) и положительным (позисторы) ТКС. Различают терморезисторы низкотемпературные (рассчитанные на работу при температуpax ниже 170 К), среднетемпературные (170—510 К) и высокотемпературные (выше 570 К).

 

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.