Электрическим током называется направленное движение заряженных частиц. (ЭТ)
Вопрос 1
Энергия — это универсальная мера различных форм движения и взаимодействия. Изменение механического движения тела вызывается силами, действующими на него со стороны других тел.
Работа силы— это количественная характеристика процесса обмена энергией между взаимодействующими телами. При прямолинейном движении тела под действием постоянной силы 
к-рая составляет некоторый угол aс направлением перемещения, работа этой силы равна: 
здесь 
длина пути, пройденного телом под воздействием силы.
Чтобы характеризовать скорость совершения работы, вводят понятие мощности. Мощность P равна скалярному произведению вектора силы на вектор скорости, с которой движется точка приложения этой силы: 
Единица работы — джоуль (Дж) - работа совершаемая силой 1 H на пути 1м: 1 Дж =1Н 
м.
Единица мощности — ватт (Вт): 1 Вт — мощность, при которой за время 1 с совершается работа 1 Дж: 1 Вт =1 Дж /с.
Кинетическая и потенциальная энергия механической системы
Кинетическая энергия механической системы 
— это энергия механического движения этой системы.
Сила, действуя на покоящееся тело и вызывая его движение, совершает работу, а энергия движущегося тела возрастает на величину затраченной работы. Таким образом, приращение кинетической энергии частицы на элементарном леремещении равно элементарной работе на том же перемещении: 
Тело массой 
движущееся со скоростью 
обладает кинетической энергией 
|
|
|
Кинетическая энергия зависит только от массы и скорости тела. Поэтому кинетическая энергия: (1) является функцией состояния системы; (2) всегда положительна; (3) неодинакова в разных инерциальных системах отсчета.
Потенциальная энергия (W) — механическая энергия системы тел, определяемая их взаимным расположением и характером сил взаимодействия между ними. Потенциальная энергия системы, подобно кинетической энергии, является функцией состояния системы. Она зависит только от конфигурации системыи её положения по отношению к внешним телам.
Вопрос 2
Закон сохранения энергии. Полная механическая энергия системы — энергия механического движения и взаимодействия 
т.е. равна сумме кинетической и потенциальной энергий. Всистеме тел,между к-рымидействуют только консервативные силы, полная механическая энергия сохраняется,т.е.не изменяется со временем: 
Сформулированный закон сохранения — фундаментальныйзакон природы.
Закон сохранения импульса. Механической системой называют совокупность МТ, рассматриваемых как единое целое. Физическое тело м-но рассматривать как систему МТ. C системой МТ связывается характерное понятие центра масс ситемы (или физического тела) - приближённо движение системы МТ (тела) м-т быть описано движением этой точки.
|
|
|
Импульс замкнутой системы тел не изменяется с течением времени (сохраняется); формально это нетрудно указать, следуя основному ур-нию динамики 
здесь 
сумма внешних сил, действующих на систему. Поск-ку рассматривается замкнутая система, 
т.е., 
откуда 
(импульс неизменен).
Удар (соударение) — столкновение двух или более тел, при котором взаимодействие длится очень короткое время. Центральный удар — удар, при котором тела до удара движутся по прямой, проходящей через их центры масс.
Абсолютно упругий удар— столкновение двух тел, в результате к-рого в обоих взаимодействующих телах не остается никаких деформаций и вся кинетич. энергия, к-рой обладали тела до удара, после удара снова превращается в кинетическую энергию. В этом случае выполняютсязаконы сохранения импульса и сохранения механической энергии.
Соотношения для закона сохранения энергии и импульса соответственно следующие: 
и 
Абсолютно неупругий удар— столкновение двух тел, в результате к-рого они объединяются, двигаясь далее как единое тело. Для шаров с массами m1 и m2 и со ск-стями 
и 
скорость после удара 
определяется из соотношения для закона сохранения импульса (закон сохранения механич. энергии не выполняется): 
Вследствие деформации часть кинетической энергии переходит во внутреннюю энергию тел (разогрев). Величина снижения кинетич. энергии выражается так: 
|
|
|
Вопрос 3
Моментом импульса (количества движения) материальной точки А относит-но неподвижной точкиО называют физич. величину, определяемую векторным произведением: 
. Моментом инерции МТ относительно оси вращения называют произведение массы, сосредоточенной в этой МТ, на квадрат расстояния от оси: 
Моментом инерции системы МТ (тела) относительно оси вращения называется физическая величина, равная суммепроизведений масс nматериальных точек системы на квадраты их расстояний до рассматриваемой оси: 
. Моментом силы 
относительно неподвижной точки О называется физическая величина 
определяемая векторным произведением радиуса-вектора 
проведенного из точки О в точку А приложения силы, на силу 
Модуль момента силы: 
плечо силы — кратчайшее расстояние между линией действия силы и точкой О, 
угол между вектором силы и радиус-вектором.
|
|
|
. Кинетическаяэнергиявращения
АТТ вращается около неподвижной оси 
проходящей через него. Все точки движутся с одинаковой угловой скоростью w. Кинетич. энергия тела: 
где 
— момент инерции тела относительно оси 
Если АТТ совершает поступательное и вращательное движения одновременно, то его полная кинетическая энергия равна сумме кинетических энергий: 
основное уравнение динамики вращат. движения твердого тела м-но выразитьтаким соотношением: 
Вопрос 4
Исходные положения МКТ.
Для объяснения наблюдаемых явлений МФ оперировала следующими представлениями и понятиями.
Во - 1-ых, принималось, что все вещества состоят из молекул ¾ это следовало из обобщения результатов многих наблюдений. Молекулами называют наименьшие частицы вещества, сохраняющие его химические свойства. Молекулы состоят из одинаковых или различных атомов. Атом – это наименьшая часть вещества, обладающая всеми химическими свойства данного химического элемента.
Во-2-ых, были введены специальные физич. величины, которые назвали параметрами состояния системы (нек-рого тела как системы из молекул или атомов) (впоследствии они будут именоваться термодинамическими). В качестве основных используют три величины: давление р, объём Vитемпературу tºС(Т=( tºС+273,15)К).Абсолютный нуль соответствует температуре tº = -273,15ºС.
Ø При изменении хотя бы одного из параметров изменяется и состояние системы, т.е. состояние системы определяется всей совокупностью значений параметров состояния. Между тремя основными параметрами состояния (их именуют также макропараметрами) существует связь, называемая уравнением состояния:f(p,V,T) = 0. Наиболее простой вид имеет уравнение состояния газообразных веществ (см. выше записанное уравнение МК).
В-3-их, в идеальном представлении газ рассматривают как совокупность одинаковых, хаотически движущихся, не взаимодействующих друг с другом на расстоянии молекул. Размеры молекул столь малы, что суммарным объемом их можно пренебречь по сравнению с объемом сосуда. Подавляющую часть времени каждая молекула движется свободно, претерпевая иногда упругие соударения с другими молекулами или со стенками сосуда. При этих столкновениях и соударениях со стенками молекулы газа ведут себя подобно абсолютно упругим шарикам. В реальности газы очень близки к такой модели, получившей наименование идеального газа.
Основное уравнение молекулярно—кинетической теории идеальных газов
Итак, далее рассматривается физическая модель газа, согласно которой:
1) собственный объем молекул газа пренебрежимо мал по сравнению с объемом сосуда;
2) между молекулами газа отсутствуют силы взаимодействия;
3) столкновения молекул газа между собой и со стенками сосуда считаются абсолютно упругими.
Исходя из этого, идеальный газ можно рассматривать как совокупность беспорядочно движущихся молекул-шариков, имеющих пренебрежимо малый собственный объем и не взаимодействующих друг с другом на расстоянии.
Выражением (*)представлено основное уравнение МКТ (для давления).
. Соотношение (***) ¾ также одна из формулировок основного уравнения МКТ.
Вопрос 5
характеризует распределение молекул по скоростями её называют функцией распределения.
Вид функции распределения определен Дж.Максвеллом: 
или, с учётом условия нормировки 
× Средняя скорость молекул. Зная распределение молекул по скоростям, устанавливают среднее значение скорости. Если разбить шкалу (ось) скоростей на относит-но малые интервалы, то последним соответствуют колич-ва молекул 
полагают далее, что в пределах 
изменяется мало и сумму значений всех скоростей записывают в виде 
Если эту сумму отнести к общему числу частиц 
получают среднее значение скорости 
Далее переходят к непрерывному суммированию ® 
определяя т.о. среднюю скорость 
Аналогично м-но получить среднюю величину квадрата скорости: 
такой результат следует и из очевидного равенства: 
Вопрос 6
Барометрическая формула.Атмосферное давление на нек-рой высоте h обусловлено весом вышележащих слоёв газа. Разность давлений p и p+dp в объёме цилиндра на высотах с различием dh выразится соответствующим весом газа: 
т.е., 
Отмечается, что температура – функция высоты h; если эта ф-ция известна, то соотношение интегрируется и в результате получают фyнkцию 
Если температуру Т в зависимости от высоты возможно считать постоянной, записывают: 
это барометрич. формула 
Из неё следует, что давление убывает с высотой тем быстрее, чем выше плотность газа и ниже его температура. Заменяют далее 
В рез-те записывают закономерность изменения частиц в ед-це объёма с ростом высоты, проделав также замену 
здесь и выше 
масса одной молекулы газа. С понижением температуры число частиц на высотах, превышающих 
д-но устремляться k 
Т.е., при абсолютном нуле все частицы располагаются на уровне 
(т.е., на земной поверхности). Для дост-но высоких значений T типично слабое убывание 
по мере роста h, что устанавливается действием 2-х тенденций ¾ гравитационным притяжения к Земле и хаотич. теплового движения (последнее характеризуется вeличиной 
плотность газа).
Распределение Больцмана. На разной высоте молекулы обладают различным запасом потенциальной энергии 
так что распределение по h оказывается и распределением частиц по значению потенциальной энергии:
Т.о., молекулы располагаются с большей плотностью там, где их потенциальная энергия ниже (и наоборот). Отношение концентраций в состояниях, где энергия различна, следоват-но, д-но выражаться так:
Больцманом показано, что распределение (****) справедливо не только в случае гравитационного притяжения, но и в любом потенциальном поле сил для совокупности любых тождественных частиц, находящихся в состоянии хаотического теплового движения. В соответствии с этим функции типа (***) или (****) именуют распределением Больцмана.
Вопрос 7
Если привести в соприкосновение два тела с различной температурой, то происходит обмен внутренней энергией. Величину переданной энергии теплового движения молекул, как известно, измеряют количеством теплоты. Поэтому количество теплоты есть мера переданной телу или отданной им внутренней энергии (энергии хаотичного движения). Теплоёмкостью нек-рого тела называют величину, равную колич-ву тепла, к-рое следует сообщить телу, чтобы повысить его температуру на 1К.В пересчете на 1 моль нек-рого вещества 
выражает молярную теплоёмкость. Если нагревание происходит при постоянном объёме, тело не совершает работы над внешними телами, а всё тепло идёт на приращение внутренней энергии: 
Т.о., теплоёмкость идеального газа при постоянном объёме оказывается величиной неизменной – не зависящей от пaраметров состояния газа, в частности, от T.
Работу, совершаемую данным телом над внешними, м-но выразить ч/з величины давления и изменения объёма тела. Так, элементарной работе, совершённой газом, напр-р, при перемещении поршня на отрезок 
сопоставляется значение 
сила, с к-рой газ действует на поршень, рис.2), к-рое м-т быть выражено так 
Полная работа при изменении СТС между точками (1) и (2) (рис.1) выразится интегралом A12 = 
(площадью под одной из кривых — 1→2 или 2→1). Если давление газа остаётся неизменным (в изобарич. процессе — p = pS — для этого д-на соответственно меняться температура газа), работа, к-рая совершается при изменении объема V1 ®V2, в непрерывном суммировании выразится так: A12 = 
т.е.,A12 = pS×(V2 –V1) .Для любой ТС м-но записать величину элементарной работы в виде: 
Вопрос 8
Внутренняя энергия и теплота. Любое движущееся тело обладает механической энергией (это его кинетическая и потенциальная энергия). Наряду с механической энергией направленного движения и взаимодействия тело обладает внутренней энергией (энергией хаотического движения и взаимодействия частиц тела). В реальной физической системе их части, составляющие их частицы всегда взаимодействуют, и это взаимодействие происходит не только при их столкновениях, но и осуществляется на расстоянии ¾ при посредстве физических полей.
Величина внутренней энергии тела включает кинетическую энергию хаотического движения молекул и потенциальную энергию их взаимодействия: 
Для одного моля идеального газа 
Для газа массой 
т.е. внутренняя энергия газа определяется его природой и температурой.
Известно, что энергия поступательного движения одноатомной молекулы идеального газа равна 
Эта молекула имеет три степени свободы СС (iп = 3); следоват-но, наодну СС приходится энергия 
Доказывается, что для сложных молекул на одну СС поступательного и вращат. движения приходится столько же энергии, т.е., 
на каждую же колебательную СС в среднем приходится энергия, равная 
(в этом ¾ одно из основных положений МКТ ¾ положение о равнораспределённости энергии движения физич. системы по СС).Энергия колебательных СС вдвое больше, пос-ку колебательная система обладает равными по величине средними значениями как кинетич., так и потенциальной энергии.
Вопрос 9
Внутренняя энергия механической системы (или нек-рого тела) м-т меняться за счет 2-х различных процессов: совершения над системой (телом) работы А’и передачи ему нек-рого количества теплoты Q.
Т.о., приращение внутренней энергии системы д-но быть суммой совершённой над телом работы A’и колич-вом переданного телу тепла 
Обычно вместо работы 
совершаемой телом над системой, рассматривают работу A, выполняемую системой же над внешними телами, т.е. тогда
Этим соотношением выражается закон сохранения энергии, в нём заключается содержание 1-го начала термодинамики, к-рое формулируется т.о.: количество теплоты, сообщаемое механической системе, идёт на приращение внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами.
При вычислении совершённой механич. системой работы или теплоты, полученной системой, обычно приходится разбивать процесс на ряд элементарных этапов, каждый из к-рых соответствует весьма малому изменению параметров ТС: 
конечные приращения количества теплоты и работы.
Поск-ку для любой механической системы ¾ 
выражение для 1-ого начала термодинамики для элементарных величин тепла и энергии записывают в такой форме: 
Вопрос 10
Ø Тепловой двигатель. Все тепловые двигатели, независимо от их конструктивных особенностей, решают одну задачу – превращение внутренней энергии в механическую. Энергия путём теплообмена передаётся нек-рому газу, к-рый расширяясь, производит работу против внешних сил, приводя в действие определённый механизм. Оч-но, в тепловом двигателе газ не м-т беспредельно расширяться, т.е. тепловой двигатель д-н работать циклично – в ходе цикла за процессом расширения газа следует его сжатие до первоначального состояния. Любой тепловой двигатель состоит из 3-х основных частей: рабочего тела, нагревателя и холодильника. Рабочим телом служит нек-рый газ, за счёт расширения к-рого происходит работа. Рабочее тело получает нек-рое колич-во теплоты Q от нагревателя; на этапе сжатия газ передаёт тепло холодильнику – телу, температура T2 к-рого остаётся неизменной и всегда меньше температуры нагревателя. За счёт этого давление газа при сжатии ниже, чем при расширении. Это является необходимым условием работы двигателя.
На принципе запрета возможности 
сформулированного Дж.Томсоном и М.Планком, основывается 2-ое начало ТД: невозможен процесс, единственным результатом к-рого было бы охлаждение нагревателя и превращения полученного количества теплоты полностью в работу. Иначе говоря, 2-ое начало ТДустанавливает запрет на существование вечных двигателей2-го рода, т.е. таких, у к-рых КПД 
Вопрос 11
). Колебания, при к-рых смещение МТ меняется со временем только по закону косинуса (или синуса),называют гармоническими.
Такие колебания описываются уравнением: 
Рассматривается пружинный маятник, а это уже — тело массы m, движущееся горизонтально без трения за счет упругости пружины (рис.®). Зная зависимость 
и массу тела m, нетрудно найти силу, которая обеспечивает такое движение (в механике задачи такого рода именуют как 1-ую задачу динамики): 
; 
; 
, здесь 
- постоянная величина, зависящая от характеристик колеблющейся системы. Итак, гармонические колебания порождаются силой 
, а это и есть упругая сила, подчиняющаяся закону Гука. Теперь м-но написать дифференциальное уравнение (ДУ), описывающее гармонич. колебания: 
или
Þ 
; 
Т.о., гармонич. колебания происходят под действием упругой силы 
и описываются ДУ (**). Колебания возникают при деформации растяжения – сжатия некоторого тела, а именно – пружины, и соответству Используя соответствующие формулы для энергий, несложно получить, во-1-ых, 
выражение для мгновенного значения кинетич. энергии; во-2-ых, 
мгновенное значение потенциальной энергии, наконец, в-3-их, полная энергия пружинного маятника 
(полная механическая энергия колебаний не испытывает ¾ 
ющее периодич. движение происходит вблизи положения равновесия.
Ø Физич. систему, колебания к-рой м-но приближенно рассматривать как гармонические, называютгармоническим осциллятором(ГО).ГО также идеальный образ ¾ удобная для расчётных оценок модель нек-рого колеблющегося тела).
Ø Математически временнýю динамику (изменение во времени) такой системы описывают дифференциальным ур-нием 
здесь 
переменная, описывающая отклонение нек-рой величины от её равновесного положения 
частота отклонения. Уравнение типа (***) (также — (**)) называют уравнением гармонического осциллятора, точнее — линейного ГО (ЛГО)
Вопрос 12
Физическим маятником называют твёрдое тело, совершающее под действием силы тяжести колебания вокруг горизонтальной оси подвеса, не проходящей через центр масс тела (l – расстояние между точкой подвеса и центром масс).
Т.о., при малых колебаниях физический маятник совершает гармонические колебания 
с циклической частотой 
и периодом Т: 
где величину 
называют приведенной длиной физического маятника. Точка O' на продолжении прямой OC , отстоящая от оси подвеса на расстоянии приведенной длины L , называется центром качаний физич. маятника.
× Идеализированную систему, состоящую из материальной точки массой m, подвешенной на невесомой нерастяжимой нити длиной l и колеблющейся под действием силы тяжести без трения, называют математическим маятником. . Реальной моделью математич. маятника может служить небольшой тяжелый шарик, подвешенный на тонкой длинной нити. Математический маятник можно представить как частный (предельный) случай Следовательно, движение математич. маятника описывается ДУ гармонических колебаний, то есть происходит по закону 
с частотой и периодом, соответственно: 
Приведенную длину физичeckoгo маятника м-но определить как длину такого математического маятника, к-рый имеет такой же период колебаний, что и данный физический маятник.
физического маятника, вся масса которого сосредоточена в его центре масс.
Вопрос 13
× Волновым процессом— или волной— называется процесс распространения колебаний в сплошной среде. При распространении волны частицы колеблются около своих положений равновесия, а не перемещаются вслед за волной. Вместе с волной от частицы к частице передается только состояние колебательного движения и его энергия. Основным свойством всех волн является перенос энергии без переноса вещества.
× Длиной волны λ называется расстояние между ближайшими частицами, колеблющимися в одинаковой фазе. Длина волны равна расстоянию, на которое распространяется гармонич. волна за время, равное периоду колебаний 
или 
где 
частота колебаний, υ — скорость распространения волны. Уравнение колебаний частиц, лежащих в плоскости х, имеет вид 
Следовательно, волновая функция 
является не только периодической функцией времени, но периодична и по координате x. Эту волну называют плоской,её волновой фронт представляет собой плоскость (рис., а). Волна такого типа – бегущая, в ней переносится энергия упругих колебаний (различают также стоячие волны - установившиеся колебания, распределённые в замкнутом объёме среды).
Вопрос 14
Закон Кулона (ЗК). Сила взаимодействия между 2-мя неподвижными точечными ЭЗ q1 и q2 в вакууме пропорциональна величинам зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними: 
(точечные ЭЗ по геометрич. размерам малы по сравнению с расстоянием ê 
÷; сила F направлена по прямой между ЭЗ (рис. 1 - для одинаковых по знаку - отталкивание, для противоположных ЭЗ - притяжение). В СИ коэффициент пропорциональности 
Здесь e0- электрическая постоянная (e0 = 8.85×10-12Ф/м). Закон Кулона об электрических взаимодействиях в электростатике является основным.
Формулировка ЗК, т.о., важна для понимания сущности понятия напряжённости ЭП¾ силовой характеристики, выражающей действие данного поля на единич. заряд в определённой точке r пространства в нек-ром веществе. Вообще, определение напряженности 
как силы, действующей на единичный ЭЗ в данной точке поля, верно для любого ЭП, не только ЭСП. Выражение 
для кулоновской силы, действующей на ЭЗ qв поле напряженности 
называют локальной формулировкой ЗК. Её применяют, напр-р, для расчетов силы Кулона в однородном ЭП, т.е. в поле, напряжённость в к-ром не зависит от координат.
Вопрос 15
Потенциал ЭП.В механике показано, что любая центральная сила является потенциальной, то есть работа этой силы не зависит от формы траектории, а определяется только начальным и конечным положением тела. Любое электростатическое поле поэтому потенциально.
потенциалом электрич. поля.Это – скалярная величина, выражаемая отношением потенциальной энергии взаимодействия ЭП 
и пробного точечного заряда к величине заряда 
Так, очевидно, дляточечного зарядаQпотенциал ЭСП, создаваемого Q на расстоянии 
Скалярный потенциал ЭП является размерной физич. величиной, по определению размерность потенциала 
= 1 Вольт (СИ ).
Ø Cвязь напряжённости ЭП с потенциалом. ЭП обладает энергией (как и любое силовое поле), за счёт к-рой в нём м-т происходить механическая работа по перемещению заряжённых тел. По своему физич. смыслу потенциал j(r) ЭС поля, создаваемого нек-рым ЭЗ 
выражает работу 
по перемещению единичного заряда из бесконечности в нек-рую точку r, где напряжённость ЭС поля нельзя считать нулевой. одну из формулировок связи напряжённости и потенциала ЭСП: 
где 
проекция вектора 
на направление перемещения 
в более общей форме 
вектор напряжённости поля направлен в сторону, обратную нарастанию потенциала (векторная функция градиент /grad/ указывает направление наибольшего нарастания).
Вопрос 16
Поток напряжённости ЭП. Чтобы силовыми линиями м-но было характеризовать не тoльko направление, но и значение Е, условились проводить их с определённой густотой - сквозь элементар. площадку dS,нормаль n к к-рой образует угол a с вектором 
,всего линий- E×dS cosa = EndS. Величину 
называют потоком вектора напряжённости (ПВН) через площадку dS (к-рая характеризуется вектором ndS). ПВН - величина алгебраическая, т.е. зависит от выбора направления нормали, для замкнутых поверхностей за положит. направление принимается внешняя нормаль. Для переменных в пространстве полей поток ч/з поверхность s: 
|
|
Теорема Гаусса. Доказывается, что 
Этим соотношением выражена теорема Гаусса, к-рая формулируется т.о.: поток вектора напряженности ЭСП сквозь замкнутую поверхность σ равен заряду, заключённому внутри этой поверхности, отнесённому к диэлектрической проницаемости среды, окружающей заряды. Физическая сущность теоремы (закона) Гаусса в том, что линии ЭСП начинаются и заканчиваются на полюсах (зарядах, к-рые и являются источниками электрич. поля).
Вопрос 17
Проводниками называют вещества, способные проводить электрический ток. Для того, что бы вещество являлось проводником, оно должно содержать заряженные частицы, способные достаточно свободно передвигаться по объему проводника. Типичным представителем проводников являются металлы, носителями ЭЗ в них являются свободные электроны.При помещении металла в ЭП 
на свободные электроны действуют электрич. силы, под действием к-рых электроны приходят в движение. Если ЭП не слишком велико, то электроны не могут покинуть объем металла и скапливаются на одной стороне проводника (рис.7), с другой стороны проводника образуется недостаток электронов, поэтому положительный заряд ионов решетки оказывается нескомпенсированным. Таким образом, на поверхности проводника появляются ЭЗ, при этом суммарный ЭЗ проводника остается неизменным.
Явление возникновения электрич. зарядов на поверхности проводника под воздействием приложенного электрич. поля называется электростатической индукцией, а возникшие заряды – индуцированными. В условиях внешнего поля устанавливается равновесие между разделёнными на поверхностях проводника положит. и отрицат. ЭЗ. Отметим, что напряжённость электрического поля внутри проводника равна нулю: 
поск-ку между зарядами на поверхности внутри проводника также возникает поле обратного направления по отношению к внешнему. Напряжённостью этого поля и уравновешивается приложенное поле. Важно, чтоусловия равновесия не изменяются, если проводнику сообщить избыточный ЭЗ,к-рыйтакже перераспределится по поверхности проводника и также будет создавать в пространстве вокруг проводника ЭП.
Вопрос 18
Вторая большая группа веществ, различаемых по их электрич. свойствам ¾ диэлектрики(изоляторы, известные как вещества, не проводящие электрич. ток). К диэлектрикам относятся различные виды пластмасс, стекол, керамики, кристаллы солей, сухая древесина, многие чистые жидкости (дистиллированная вода, масла, бензины), газы, помещённые в не очень сильных внешних полях.
Поскольку вещество состоит из электрич. заряжённых частиц, то все материалы взаимодействуют сЭП. В диэлектрике электроны в «свободном состоянии», составляющие электронный газ в проводнике, практически отсутствуют, поэтому приложение поля не приводит к разделению зарядов. Все заряжённые частицы, образующие данное непроводящее вещество, связаны между собой (находятся внутри атомов или молекул) и не способны передвигаться по объёму тела.
ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ- величина , характеризующая поляризацию диэлектриков под действием электрич. поля Е. Д. п. входит в Кулона закон как величина, показывающая, во сколько раз сила вз-ствия двух свободных зарядов в диэлектрике меньше, чем в вакууме. Одновременно Д. п. связывает материальным ур-нием 
электрич. индукцию D с напряжённостью E электрич. поля в среде.
Вопрос 19
Ёмкость. Итак, проводники обладают свойством накапливать избыточный ЭЗ. Естественно, что такой заряд (напр-р, величины Q) создаёт в окружающем пространстве ЭП и его характеризуют потенциалом φ. Известно, что потенциал прямо пропорционален ЭЗ, однако, разные проводники с одинаковым зарядом Q могут иметь различный потенциал. Для уединенного проводника формально записывают 
и величину С называют ёмкостью.
| |
физический смысл этой величины определяют как заряд, сообщение к-рого проводнику изменяет его потенциал на единицу 
здесь приращение потенциала). Емкость не зависит от заряда проводника и его потенциала, от материала и формы проводника, и единицей измерения имеет фарад (Ф) - на практике используются дольные единицы.
На практике используются такие устройства как конденсаторы - 2 проводящих поверхности - обкладки на расстоянии d с площадью S (рис.8). Из-за ЭС индукции на ближайшей поверхности обкладки создается заряд противоположного знака, к-рый понижает потенциал другой обкладки, создавая возможность повышения итоговой ёмкости: 
Здесь 
потенциалы обкладок, а величина 
разность потенциалов на обкладках. Особенностью конденсатора является то, что ЭСП между обкладками м-но считать однородным 
, и поэтому разность потенциалов связана с напряжённостью линейно 
здесь 
(Е1, Е2 - напряжённости между обкладками, создаваемые ЭЗ каждой из пластин). Формула для величины ёмкости плоского конденсатора в зависимости от его геометрических размеров получается на основе определения ёмкости конденсатора 
Вопрос 20
Электрическим током называется направленное движение заряженных частиц. (ЭТ)
Для определения характеристики переноса ЭЗ делят величину заряда 
прошедшего через площадку, на площадь ΔSи промежуток времени Δt (рис.1). Полученная т.о. характеристика называется плотностью ЭТ:
Ø плотностьюЭТ называется векторная физич. величина, модуль к-рой равен количеству ЭЗ, протекающеговединицу временичерезплощадку единич. площади, расположенную нормально движению заряда,анаправление совпадаетснаправлением переноса ЭЗ.
Поток вектора плотности тока играет важную роль в изучении ЭТ и именуется как сила ЭТ. Сила электрического тока равна электрическому заряду, протекающему через сечение проводникавединицу времени: 
По определению, сила тока является скалярной физич. величиной, описывающей движение ЭЗ усреднённо – выступая характеристикой, описывающей свойства тока в пределах нек-рого сечения проводника целиком, без конкретизации распределения в пределах площади рассматриваемой поверхности. Единица силы ЭТ Ампер (А) - основная ед-ца СИ.
При каких жеобщих условиях относит-но длительное время может существовать электрич. ток.
1-ое из них – наличие проводников, т.к. заряженные частицы могут двигаться только в проводниках.
Сл-но, для поддержания ЭТ тока в проводнике необходимо постоянно переносить заряды с одной стороны проводника на другую. Иными словами, необходимо создать замкнутый проводящий контур, по к-рому может циркулировать постоянный ток. Обязательность наличия замкнутого контура также обосновывается законом сохранения ЭЗ. Для того чтобы переносить заряды с одной стороны рассматриваемого проводника на другую необходимо постоянно совершать работу против сил ЭП. Т.е., в контур необходимо включить устройство, совершающее эту работу. Сл-но, упомянутое устройство для переноса зарядов против сил ЭСП (назовём его источником ЭДС или генератором тока), должно переносить заряды с помощью любых сил, кроме электростатич., и его существование в цепи является 2-ым условием существования ЭТ.
Вопрос 21
ü Силы, совершающие в электрической цепи работу по перенесению ЭЗ против сил ЭСП,называют сторонними силами. Природа сторонних сил может быть самой различной, эти силы могут возникать в результате протекания химических реакций (в гальванических элементах и аккумуляторах), они могут возникать при изменении магн. поля (в электромагнитных генераторах), в фотоэлементах разделение зарядов происходит под действием света и т.д.
Закон Ома для полной цепи.Заряжённые частицы (как электроны, так и ионы) внутри источника движутся в некоторой окружающей среде, поэтому со стороны среды на них действуют тормозящие силы, которые также необходимо преодолевать. Заряженные частицы преодолевают силы сопротивления благодаря действию сторонних сил. Т.к. силы сопротивления пропорциональны средней скорости движения частиц, то работа по их преодолению пропорциональна скорости движения - сл-но, силе тока I. Поэтому характеристика источника – его внутреннее сопротивление 
вводится аналогично обычному электрич. сопротивлению. Работа по преодолению сил сопротивления при перемещении единич. положительного заряда 
между полюсами источника равна 
и не зависит от направления тока в источнике. Для всей цепи - 
Поэтому при движении по контуру работа сторонних сил равна по модулю работе сил сопротивления 
. Для единич. заряда это утверждение выражается так: 
Так что силу тока в цепи с ЭДСм-но рассчитать так 
или 
Основной характеристикой источника явл-ся электродвижущая сила (ЭДС) – работа, совершаемая сторонними силами по перемещению единичного положительного ЭЗ по контуру электрической цепи, т.е. 
Единицей измерения ЭДС в СИ ¾ [ 
]= 1 Вольт
Суммарная работа электростатич. исторонних силпоперемещению единич. положительного зарядавыражает величинуэлектрического напряженияUнаучастке цепи. 
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 160; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!