Огірки фізика для студентів. Лекції з фізики (Огірків)
(Вольт-амперна характеристика) представлена на наступному малюнку.
На ділянці OA виконується закон Ома.
AB) зростання сили струму
Потім (дільниця
сповільнюється,
а
потім
(Дільниця
BC)
припиняється зовсім. У цьому випадку число
іонів та електронів, створюваних зовнішнім
іонізатором дорівнює числу іонів та електронів
електродів, що досягають (і нейтралізуються
на електродах). Струм I нас, відповідний
ділянці BC називається струмом насичення та
його
величина
визначається
потужністю
іонізатора.
При збільшенні напруги, первинні електрони (створені
іонізатором), прискорені електричним полем, у свою чергу починають
ударно іонізувати молекули газу, утворюючи вторинні електрони та іони.
Загальна кількість електронів та іонів зростатиме в міру наближення
електронів до анода лавиноподібно. Це є причиною збільшення струму на
ділянці CD. Описаний процес називається ударною іонізацією.
І, нарешті, при значних напругах між електродами газового
проміжку позитивні іони, прискорені електричним полем, також
набувають енергію, достатню для іонізації молекул газу, що породжує
іонні лавини. Коли виникають окрім електронних лавин ще й іонні, сила
струму зростає практично без збільшення напруги (ділянка DE).
Лавиноподібне розмноження електронів та іонів призводить до того, що
розряд стає самостійним, тобто. зберігається після припинення
дії зовнішнього іонізатора. Напруга, при якому виникає
Самостійний газовий розряд називається напругою пробою.
Залежно від тиску газу, конфігурації електродів, параметрів
зовнішнього ланцюга можна говорити про чотири типи самостійного розряду:
1. Тліючий розряд - виникає при низькому тиску.
2. Іскровий розряд - виникає при великій напруженості
електричного поля в газі, що перебуває під тиском порядку
атмосферного.
3. Дуговий розряд - виникає: а) якщо після запалення іскрового
розряду від потужного джерела поступово зменшувати відстань
між електродами; б) минаючи стадію іскри, якщо електроди
(Наприклад, вугільні) зблизити до зіткнення, а потім розвести.
4. Коронний розряд - виникає при високому тиску різко
неоднорідне поле поблизу електродів з великою кривизною
поверхні.
Для виникнення самостійного газового розряду необхідно,
щоб концентрація та енергія вторинних іонів та електронів,
утворених під дією іонізатора, були достатні для лавинного
розмноження носіїв (кількість вторинних носіїв має перевищувати
кількість носіїв, що залишають газовий розряд внаслідок рекомбінації або
нейтралізації на поверхнях, що оточують газовий розряд).
ЕЛЕКТРИКА
А.Н.Огурцов
ЛЕКЦІЇ З ФІЗИКИ
ЕЛЕКТРИКА
3
5th ed., 2002
Електростатика
Електростатика - розділ вчення про електрику, що вивчає
взаємодія нерухомих електричних зарядів та властивості постійного
електричне поле.
1. Електричний заряд.
Електричний заряд - це внутрішня властивість тіл або частинок,
що характеризує їх здатність до електромагнітних взаємодій.
Одиниця електричного заряду – кулон (Кл) – електричний заряд,
проходить через поперечний переріз провідника при силі струму 1 ампер за
час 1 секунду.
Існує елементарний (мінімальний) електричний заряд
e = 1,6⋅10–19 Кл.
Носій елементарного негативного заряду – електрон. Його маса
me = 9,11⋅10–31 кг. Носій елементарного позитивного заряду – протон.
Його маса m p = 1,67⋅10–27 кг.
Фундаментальні властивості електричного заряду встановлені
досвідченим шляхом:
Існує у двох видах: позитивний та негативний.
Одноіменні заряди відштовхуються, різноіменні – притягуються.
Електричний заряд інваріантний - його величина не залежить від
системи відліку, тобто. від того, рухається він чи спочиває.
Електричний заряд дискретний - заряд будь-якого тіла становить
ціле кратне від елементарного електричного заряду e.
Електричний заряд аддитивний - заряд будь-якої системи тіл (часток)
дорівнює сумі зарядів тіл (часток), що входять до системи.
Електричний заряд підпорядковується закону збереження заряду:
Алгебраїчна сума електричних зарядів будь-якої замкненої
системи залишається незмінною, хоч би які процеси відбувалися
усередині цієї системи.
Під замкнутою системою в даному випадку розуміють систему, яка не
обмінюється зарядами із зовнішніми тілами.
В електростатиці використовується фізична модель - точковий
електричний заряд - заряджене тіло, форма та розміри якого
несуттєві у цій задачі.
41. Емісійні явища.
Робота виходу електронів із металу - робота, яку потрібно
витратити для видалення електрона з металу у вакуум.
Робота виходу залежить від хімічної природи металів та від чистоти їх
поверхні. Підібравши належним чином покриття поверхні, можна
значно змінити роботу виходу.
Робота виходу виявляється у электрон-вольтах (эВ): 1эВ дорівнює роботі,
яку здійснюють сили поля при переміщенні елементарного
електричного заряду між точками різниця потенціалів між якими
дорівнює 1В. Оскільки e = 1,6⋅10–19 Кл, то 1еВ=1,6⋅10–19 Дж.
Електронна емісія - явище випромінювання електронів із металів
при повідомленні електронів енергії, що дорівнює або більша робота виходу.
1. Термоелектронна емісія - випромінювання електронів нагрітими
металами. Приклад використання – електронні лампи.
2. Фотоелектронна емісія - емісія електронів з металу під
дією електромагнітного випромінювання. Приклад використання -
фотодатчики.
3. Вторинна електронна емісія – випромінювання електронів
поверхнею металів, напівпровідників або діелектриків при
бомбардування їх пучком електронів. Відношення числа вторинних
електронів n2 до первинних n1 , що викликали емісію, називається
коефіцієнтом вторинної електронної емісії: = n 2 n1 . приклад
використання – фотоелектронні помножувачі.
4. Автоелектронна емісія – емісія електронів з поверхні
металів під впливом сильного зовнішнього електричного поля.
Сила F спрямована по прямій, що з'єднує взаємодіючі
заряди, тобто. є центральною, і відповідає тяжінню (F
42. Газові розряди.
Під дією іонізатора (сильне нагрівання, жорстке випромінювання, потоки
частинок) нейтральні молекули (атоми) газу розщеплюються на іони та
вільні електрони – відбувається іонізація газу.
Енергія іонізації - енергія, яку треба витратити, щоб
молекули (атома) вибити один електрон.
Рекомбінацією
-
називається
процес
зворотний
іонізації:
позитивні та негативні іони, позитивні іони та електрони,
зустрічаючись, з'єднуються між собою з утворенням нейтральних атомів
та молекул.
Проходження електричного струму через іонізований газ називається
газовим розрядом.
Розряд, що існує лише під дією
зовнішніх іонізаторів називається несамостійним газовим розрядом.
Розряд у газі, що зберігається після припинення
дії зовнішнього іонізатора називається самостійним газовим розрядом.
Розглянемо ланцюг, що містить газовий проміжок
(див. малюнок), що піддається безперервному, постійному за інтенсивністю впливу іонізатора.
Внаслідок дії іонізатора газ набуває
деяку електропровідність і в ланцюзі потече струм,
залежність якого від прикладеної напруги
Огурцов. Лекції з фізики.
Електрика
2. Закон Кулону
Закон взаємодії точкових зарядів – закон Кулона: сила
взаємодії F між двома нерухомими точковими зарядами,
що знаходяться у вакуумі, пропорційна зарядам q1 і q 2 і назад
пропорційна квадрату відстані r між ними:
1 q1q2
4πε 0 r 2
3–3
Середня швидкість спрямованого руху електронів:
EE l
υ + 0 eE t
υ = max
=
=
2
2m
2m u
Заряду q2:
R
r
1 q1q2 r12
F12 =
4πε 0 r 2 r
r
r
На заряд q2 із боку заряду q1 діє сила F21 = − F12 .
ε 0 - електрична постійна, що відноситься до фундаментальних
Щільність струму
J = ne υ =
де γ =
Ne 2 l
E = E ,
2m u
Ne 2 l
- Питома провідність металу.
2m u
Фізичні постійні:
Закон Джоуля-Ленца.
До кінця вільного пробігу електрон під дією поля набуває
додаткову кінетичну енергію
Яка при зіткненні електрона з іоном повністю передається решітці.
Якщо n – концентрація електронів, то в одиницю часу в одиниці
U
обсягу відбувається n
зіткнень і ґрат передається енергія:
l
w=n
U
ne 2 l 2
E = γE 2
EK =
l
2m u
k
e
Де β = 3
Проблеми класичної теорії.
1.
Температурна
Залежність
Опір:
U ~ T , R ~ 1/ γ ,
Отже, R ~ T , що суперечить досвідченим даним,
згідно з якими R ~ T .
Оцінка середнього пробігу електронів. Щоб отримати величини
питомої провідності γ , що збігаються з досвідченими даними,
Слід приймати l у сотні разів більше міжатомних відстаней у
кристал.
3. Теплоємність
металу
складається
з
теплоємності
кристалічної решітки та теплоємності електронного газу. Тому
питома (розрахована на один моль) теплоємність металу повинна
бути суттєво вищою за теплоємність діелектриків, у яких немає
вільних електронів, що суперечить експерименту.
Всі ці проблеми знімаються квантовою теорією.
Огурцов. Лекції з фізики.
ε 0 = 8,85 ⋅ 10 −12
1
м
Кл 2
−12 Ф
= 9 ⋅ 109
або ε 0 = 8,85 ⋅ 10
. Тоді:
2
м
4πε 0
Ф
Н⋅м
Де фарад (Ф) – одиниця електричної ємності (п.21).
Якщо заряди, що взаємодіють, знаходяться в ізотропному середовищі, то
кулонівська сила
1 q1q2
4πε 0 εr 2
Де ε – діелектрична проникність середовища – безрозмірна
величина, що показує у скільки разів сила взаємодії F між
зарядами в даному середовищі менше їх сили взаємодії F0 у вакуумі:
Закон Відемана-Франця.
Відношення теплопровідності λ до питомої провідності γ для всіх
металів при одній і тій же температурі однаково і збільшується
пропорційно температурі
λ
= βT,
γ
Випадок різноїменних зарядів та відштовхування (F > 0) у разі однойменних
зарядів. У векторній формі сила, що діє на заряд q1 з боку
Діелектрична проникність вакууму вак = 1. Детальніше діелектрики
та їх властивості будуть розглянуті нижче (п.15).
Будь-яке заряджене тіло можна розглядати як сукупність точкових
зарядів, аналогічно тому, як у механіці всяке тіло можна вважати
сукупністю матеріальних точок. Тому електростатична сила, з
якою одне заряджене тіло діє на інше, дорівнює геометричній
сумі сил, доданих до всіх точкових зарядів другого тіла з боку
кожного точкового заряду першого тіла.
Часто буває значно зручніше вважати, що заряди розподілені на
зарядженому тілі безперервно - вздовж деякої лінії (наприклад, у разі
тонкого зарядженого стрижня), поверхні (наприклад, у разі зарядженої
пластини) чи обсягу. Відповідно користуються поняттями лінійної,
поверхневої та об'ємної щільності зарядів.
Dq
,
dV
де dq - заряд малого елемента зарядженого тіла об'ємом dV.
Об'ємна щільність електричних зарядів ρ =
Dq
,
dS
де dq - заряд малої ділянки зарядженої поверхні площею dS.
dq
Лінійна густина електричних зарядів τ =
,
dl
де dq - заряд малої ділянки зарядженої лінії завдовжки dl.
Поверхнева густина електричних зарядів σ =
Електрика
3. Напруженість електростатичного поля
Електростатичним полем називається поле, що створюється нерухомими
електричними зарядами.
Електростатичне поле описується двома величинами: потенціалом
(енергетична скалярна характеристика поля) та напруженістю
(Силова векторна характеристика поля).
r
Напруженість електростатичного поля.
r F
фізична величина, яка визначається силою, що діє на
E=
q0
одиничний позитивний заряд q0 поміщений в дану точку
поля:
Одиниця напруженості електростатичного поля - Ньютон на
кулон (Н/Кл): 1 Н/Кл=1 В/м, де (вольт) - одиниця потенціалу
електростатичного поля.
Напруженість поля точкового заряду у вакуумі (і в діелектриці)
R
r
1 q r
E=
4πε 0 r 2 r
R
r
1 q r
E =
4πε 0ε r 2 r
Де r - радіус-вектор, що з'єднує цю точку поля із зарядом q.
У скалярній формі:
1 q
4πε 0 r 2
1 q
E =
4πε 0ε r 2
Напрямок вектора E збігається із напрямком сили, що діє
на позитивний заряд.
r
Якщо поле створюється позитивним зарядом, вектор E спрямований
вздовж радіуса-вектора від заряду до зовнішнього простору (відштовхування
пробного позитивного
заряду). Якщо поле створюється негативним
r
зарядом, вектор E спрямований до заряду (тяжіння).
Графічно електростатичне поле зображують за допомогою ліній напруженості - ліній,
дотичні до яких у кожній точці збігаються з
напрямом вектора E (рис.(а)). Ліній напруженості приписується напрямок, що збігається з напрямком вектора напруженості.
Так як в даній точці простору вектор
напруженості має лише один напрямок, то
лінії напруженості ніколи не перетинаються.
Для однорідного поля (коли вектор напруженості в будь-якій точці постійний за модулем і
напрямку) лінії напруженості паралельні
вектор напруженості.
Якщо поле створюється точковим зарядом, лінії напруженості -
радіальні прямі, що виходять із заряду, якщо він позитивний, і вхідні
у нього, якщо заряд негативний (рис.(б)).
4. Потік вектора E.
Щоб за допомогою ліній напруженості можна було характеризувати не
тільки напрям, а й значення напруженості електростатичного поля,
їх проводять з певною густотою: число ліній напруженості,
Огурцов. Лекції з фізики.
Електричні струми в металах, вакуумі та газах.
39. Електричні струми у металах.
Носіями електричного струму в металі є вільні
електрони.
При утворенні кристалічних ґрат електрони зовнішніх оболонок
атомів (валентні електрони) узагальнюються і кристал представляє
собою грати нерухомих іонів металу, між якими хаотично
рухаються вільні електрони, утворюючи електронний газ, що володіє
властивостями ідеального газу
Відповідно до теорії Друде–Лоренца, електрони мають таку ж енергію
теплового руху, як і молекули одноатомного газу. Середня швидкість
теплового руху електронів
Де k = 1,38 · 10-23 Дж / К - постійна Больцмана,
me = 9,11⋅10–31 кг - маса електрона,
T – абсолютна (або термодинамічна) температура (в Кельвінах).
При кімнатній температурі (T = 300 К) середня швидкість теплового
руху електронів дорівнює u = 1,1 · 105 м/с. Хаотичний тепловий рух
електронів не може призвести до виникнення струму.
При накладенні зовнішнього електричного поля на металевий
провідник на додаток до хаотичного теплового руху виникає
упорядкований рух електронів (електричний струм).
Навіть при гранично допустимих значеннях щільності струму, середня
швидкість υ
упорядкованого руху електронів, що зумовлює
електричний струм, значно менший за їх швидкість теплового руху u:
υ 40. Основні закони електричного струму в класичній теорії
електропровідність металів.
Закон Ома.
Нехай у металевому провіднику діє поле E = const. Під
дією сили F = eE заряд e рухається рівноприскорено із прискоренням
EE t
eE
і до кінця вільного пробігу набуває швидкість max =
.
m
m
l
Середній час вільного пробігу електронів t =
визначається
u
Середньою довжиною вільного пробігу
І середньою швидкістю руху
Електронів щодо кристалічних ґрат u + υ ≅ u .
Електрика
3–5
4) У разі короткого замикання опір зовнішнього ланцюга
Rзовнішн = 0 і сила струму I =
У цьому випадку обмежується лише
Завбільшки внутрішнього опору джерела струму.
38. Правила Кірхгофа для розгалужених кіл.
Вузлом електричного ланцюга називається будь-яка точка розгалуження ланцюга,
в якій сходиться не менше трьох провідників із струмом. Струм, що входить у вузол,
вважається позитивним, а струм, що виходить із вузла - негативним.
Перше правило Кірхгофа - алгебраїчна сума струмів, що сходяться в
вузлі, що дорівнює нулю:
Де E n – проекція вектора E на нормаль n до майданчика
r
dS. (Вектор n – одиничний вектор, перпендикулярний
майданчику DS). Величина
R
dΦ E = E ⋅ dS ⊥ = E ⋅ dS cos α = E n dS = E dS
Називається потоком вектора напруженості через
Наприклад, для вузла A на малюнку перше правило
Кірхгофа:
I1 − I 2 − I 3 + I 4 + I 5 − I 6 = 0
Друге правило Кірхгофа - у будь-якому замкнутому контурі, довільно
обраному в розгалуженому електричному ланцюгу, сума алгебри
творів сил струмів I на опір Ri
відповідних ділянок цього контуру дорівнює
алгебраїчній сумі ЕРС Θ k , що зустрічаються в
цьому контурі:
∑ I i Ri = ∑ Θ k
i
Пронизливих
одиницю
площі
повір
Ядром називається центральна частина атома, в якій зосереджена практично вся маса атома та його позитивний електричний заряд.
Заряд ядра дорівнює величині Ze, де е - заряд протона, Z - зарядове число ядра, що дорівнює кількості протонів в ядрі (збігається з порядковим номером хімічного елемента в Періодичній системі елементів - атомним номером).
Уявлення про атоми, як про неподільні найдрібніші частинки речовини виникло ще в античні часи.
Дж. Дж. Томсон, досліджуючи відхилення в електричних і магнітних полях частинок, що випускаються під дією світла (фотоефект), відкрив електрон. Оскільки маса електрона виявилася в десятки тисяч разів меншою за маси атомів, Томсон запропонував модель будови атома, згідно з якою атом є безперервно зарядженою позитивним зарядом куля діаметром ~10-10м в яку "вкраплені" електрони ("як родзинки в пудинг"). Гармонічні коливання електронів у положеннях рівноваги (гармонічні осциляції) є причиною випромінювання (або поглинання) монохроматичних хвиль атомами.
Завантажити та читати Лекції з фізики, Квантова фізика, Огурцов О.М.
Оптика - розділ фізики, що вивчає природу світла, світлові явища та взаємодію світла з речовиною.
Оптичне випромінювання є електромагнітними хвилями, і тому оптика є частиною загального вчення про електромагнітне поле.
Залежно від кола явищ оптику ділять на геометричну (променеву), хвильову (фізичну), квантову (корпускулярну).
Завантажити та читати Лекції з фізики, Оптика, Огурцов О.М.
Інтенсивність хвилі чисельно дорівнює енергії, що переноситься хвилею за одиницю часу крізь одиницю площі поверхні, нормальної напряму поширення хвилі. Інтенсивність синусоїдальної хвилі пропорційна квадрату її амплітуди.
Завантажити та читати Лекції з фізики, Коливання та хвилі, Огурцов О.М.
У 19 столітті дослідним шляхом було досліджено закони взаємодії постійних магнітів і провідників, якими пропускався електричний струм. Досліди показали, що подібно до того, як у просторі, що оточує електричні заряди, виникає електростатичне поле, так і в просторі, що оточує струми і постійні магніти, виникає силове поле, яке називається магнітним.
Завантажити та читати Лекції з фізики, Магнетизм, Огурцов А.М.
Електричний заряд - це внутрішня властивість тіл або частинок, що характеризує їхню здатність до електромагнітних взаємодій.
Одиниця електричного заряду – кулон (Кл) – електричний заряд, що проходить через поперечний переріз провідника при силі струму 1 ампер за 1 секунду.
Скачати та читати Лекції з фізики, Електрика, Огурцов О.М.
Молекулярна фізика і термодинаміка - розділи фізики, у яких вивчаються залежності властивостей тіл від своїх будови, взаємодії між частинками, у тому числі складаються тіла, і характеру руху частинок.
Для дослідження фізичних властивостей макроскопічних систем, пов'язаних з величезним числом атомів і молекул, що містяться в них, застосовують два якісно різних і взаємно доповнюють один одного методи: статистичний (або молекулярно-кінетичний) і термодинамічний.
Розмір: px
Починати показ зі сторінки:
Транскрипт
1 (Вольт-амперна характеристика) представлена на наступному малюнку. На ділянці OA виконується закон Ома. Потім (дільниця AB) зростання сили струму сповільнюється, а потім (дільниця BC) припиняється зовсім. У цьому випадку кількість іонів і електронів, створюваних зовнішнім іонізатором дорівнює числу іонів і електронів електродів, що досягають (і нейтралізуються на електродах). Струм I, відповідний ділянці BC називається струмом насичення і його величина визначається потужністю іонізатора. При збільшенні напруги первинні електрони (створені іонізатором), прискорені електричним полем, у свою чергу починають ударно іонізувати молекули газу, утворюючи вторинні електрони та іони. Загальна кількість електронів та іонів зростатиме з наближенням електронів до анода лавиноподібно. Це є причиною збільшення струму на ділянці CD. Описаний процес називається ударною іонізацією. І, нарешті, при значних напругах між електродами газового проміжку позитивні іони, прискорені електричним полем, також набувають енергію, достатню для іонізації молекул газу, що породжує іонні лавини. Коли виникають окрім електронних лавин ще й іонні, сила струму зростає практично без збільшення напруги (ділянка DE). Лавиноподібне розмноження електронів та іонів призводить до того, що розряд стає самостійним, тобто. зберігається після припинення дії зовнішнього іонізатора. Напруга, у якому виникає самостійний газовий розряд називається напругою пробою. Залежно від тиску газу, конфігурації електродів, параметрів зовнішнього ланцюга можна говорити про чотири типи самостійного розряду. Тліючий розряд виникає при низькому тиску. Іскровий розряд виникає при великій напруженості електричного поля в газі, що знаходиться під тиском порядку атмосферного. б) минаючи стадію іскри, якщо електроди (наприклад, вугільні) зблизити до зіткнення, та був розвести. 4. Коронний розряд виникає при високому тиску різко неоднорідному полі поблизу електродів з великою кривизною поверхні. Для виникнення самостійного газового розряду необхідно, щоб концентрація та енергія вторинних іонів і електронів, що утворилися під дією іонізатора, були достатні для лавинного розмноження носіїв (кількість вторинних носіїв повинна перевищувати кількість носіїв, що залишають газовий розряд внаслідок рекомбінації або нейтралізації на поверхнях) . ЕЛЕКТРИЧНІСТЬ А.Н.Огурцов ЛЕКЦІЇ З ФІЗИКИ ЕЛЕКТРИЧНІСТЬ 5 th ed.,
2 Електростатика Електростатика розділ вчення про електрику, що вивчає взаємодію нерухомих електричних зарядів та властивості постійного електричного поля. Електричний заряд. Електричний заряд це внутрішня властивість тіл або частинок, що характеризує їхню здатність до електромагнітних взаємодій. Одиниця електричного заряду кулон (Кл) - електричний заряд, що проходить через поперечний переріз провідника при силі струму ампер за секунду. Існує елементарний (мінімальний) електричний заряд e,6 9 Кл. Носій елементарного негативного заряду електрон. Його маса me 9, кг. Носій елементарного заряду позитивного протон. Його маса m p, 67 7 кг. Існує у двох видах: позитивний та негативний. Одноіменні заряди відштовхуються, різноіменні притягуються. Електричний заряд інваріантний його величина залежить від системи відліку, тобто. від того, рухається він чи спочиває. Електричний заряд дискретний заряд будь-якого тіла становить кратне від елементарного електричного заряду e. Електричний заряд аддитивний заряд будь-якої системи тіл (часток) дорівнює сумі зарядів тіл (часток), що входять до системи. Електричний заряд підпорядковується закону збереження заряду: Алгебраїчна сума електричних зарядів будь-якої замкнутої системи залишається незмінною, які процеси відбувалися всередині цієї системи. Під замкненою системою у разі розуміють систему, яка обмінюється зарядами із зовнішніми тілами. В електростатиці використовується фізична модель точковий електричний заряд заряджене тіло, форма і розміри якого несуттєві в даному завданні. квадрату відстані між ними: F Сила F спрямована прямою, що з'єднує взаємодіючі заряди, тобто. є центральною, і відповідає тяжінню (F<) в 4. Эмиссионные явления. Работа выхода электронов из металла работа, которую нужно затратить для удаления электрона из металла в вакуум. Работа выхода зависит от химической природы металлов и от чистоты их поверхности. Подобрав определенным образом покрытие поверхности, можно значительно изменить работу выхода. Работа выхода выражается в электрон-вольтах (эв): эв равен работе, которую совершают силы поля при перемещении элементарного электрического заряда между точками разность потенциалов между которыми равна В. Так как e,6 9 Кл, то эв,6 9 Дж. Электронная эмиссия явление испускания электронов из металлов при сообщении электронам энергии, равной или большей работы выхода.. Термоэлектронная эмиссия испускание электронов нагретыми металлами. Пример использования электронные лампы.. Фотоэлектронная эмиссия эмиссия электронов из металла под действием электромагнитного излучения. Пример использования фотодатчики.. Вторичная электронная эмиссия испускание электронов поверхностью металлов, полупроводников или диэлектриков при бомбардировке их пучком электронов. Отношение числа вторичных электронов к числу первичных, вызвавших эмиссию, называется коэффициентом вторичной электронной эмиссии: δ. Пример использования фотоэлектронные умножители. 4. Автоэлектронная эмиссия эмиссия электронов с поверхности металлов под действием сильного внешнего электрического поля. 4. Газовые разряды. Под действием ионизатора (сильный нагрев, жёсткое излучение, потоки частиц) нейтральные молекулы (атомы) газа расщепляются на ионы и свободные электроны происходит ионизация газа. Энергия ионизации энергия, которую надо затратить, чтобы из молекулы (атома) выбить один электрон. Рекомбинацией называется процесс обратный ионизации: положительные и отрицательные ионы, положительные ионы и электроны, встречаясь, воссоединяются между собой с образованием нейтральных атомов и молекул. Прохождение электрического тока через ионизированный газ называется газовым разрядом. Разряд, существующий только под действием внешних ионизаторов, называется несамостоятельным газовым разрядом. Разряд в газе, сохраняющийся после прекращения действия внешнего ионизатора, называется самостояельным газовым разрядом. Рассмотрим цепь, содержащую газовый промежуток (см. рисунок), подвергающийся непрерывному, постоянному по интенсивности воздействию ионизатора. В результате действия ионизатора газ приобретает некоторую электропроводность и в цепи потечет ток, зависимость которого от приложенного напряжения
3 Середня швидкість спрямованого руху електронів: ee t ee l max + υ υ m m u Щільність струму e l j e υ E γe, m u e l де γ питома провідність металу. m u Закон Джоуля-Ленца. До кінця вільного пробігу електрон під дією поля набуває додаткової кінетичної енергії m e l max E K υ E, m u яка при зіткненні електрона з іоном повністю передається решітці. Якщо концентрація електронів, то в одиницю часу в одиниці u об'єму відбувається зіткнень і решітці передається енергія: EK E γe l m u Закон Відемана Франца. Відношення теплопровідності λ до питомої провідності γ для всіх металів при одній і тій же температурі однаково і збільшується пропорційно температурі λ k βt, де β γ e Труднощі класичної теорії. Температурна залежність опору: u ~ T, ~ / γ, отже, ~ T , що суперечить досвідченим даним, за якими ~ T.. Оцінка середнього пробігу електронів. Щоб отримати величини питомої провідності γ, що збігаються з досвідченими даними, слід приймати l у сотні разів більше міжатомних відстаней у кристалі. Тому питома (розрахована на один моль) теплоємність металу повинна бути істотно вищою за теплоємність діелектриків, у яких немає вільних електронів, що суперечить експерименту. Всі ці проблеми знімаються квантовою теорією. у разі одноіменних зарядів та відштовхування (F >) у разі однойменних зарядів. У векторній формі, сила, що діє на заряд з боку заряду: F На заряд з боку заряду діє сила F F. Електрична постійна, що відноситься до фундаментальних фізичних постійних: Кл Ф 8,85 або 8,85. Тоді: м 9 9 Н м м Ф де фарад (Ф) - одиниця електричної ємності (п.). Якщо взаємодіючі заряди знаходяться в ізотропному середовищі, то кулонівська сила F ε де ε діелектрична проникність середовища безрозмірна величина, що показує у скільки разів сила взаємодії F між зарядами в даному середовищі менша від їх сили взаємодії F у вакуумі: ε F Діелектрична проникність вакууму ε вак. Докладніше діелектрики та їх властивості будуть розглянуті нижче (п.5). Будь-яке заряджене тіло можна як сукупність точкових зарядів, аналогічно тому, як у механіці всяке тіло вважатимуться сукупністю матеріальних точок. Тому електростатична сила, з якою одне заряджене тіло діє інше, дорівнює геометричній сумі сил, прикладених до всіх точкових зарядів другого тіла з боку кожного точкового заряду першого тіла. Часто буває значно зручніше вважати, що заряди розподілені в зарядженому тілі безперервно вздовж деякої лінії (наприклад, у разі тонкого зарядженого стрижня), поверхні (наприклад, у разі зарядженої пластини) або об'єму. Відповідно користуються поняттями лінійної, поверхневої та об'ємної щільності зарядів. d Об'ємна щільність електричних зарядів ρ dv де d заряд малого елемента зарядженого тіла об'ємом dv. d Поверхнева густина електричних зарядів σ, d де d заряд малої ділянки зарядженої поверхні площею d. d Лінійна щільність електричних зарядів τ, dl де d заряд малої ділянки зарядженої лінії завдовжки dl. F
4 4 9. Напруженість електростатичного поля Електростатичним полем називається поле, яке створюється нерухомими електричними зарядами. Електростатичне поле описується двома величинами: потенціалом (енергетична скалярна характеристика поля) та напруженістю (силова векторна характеристика поля). Напруженість електростатичного поля векторна фізична величина, що визначається силою, що діє на одиничний позитивний заряд, поміщений у цю точку поля: Одиниця напруженості електростатичного поля Ньютон на кулон (Н/Кл): Н/Кл В/м, де В (вольт) одиниця потенціалу електростатичного поля. Напруженість поля точкового заряду у вакуумі (і діелектриці) E E ε де радіус-вектор, що з'єднує цю точку поля з зарядом. У скалярній формі: E E ε Напрямок вектора E збігається із напрямком сили, що діє на позитивний заряд. Якщо поле створюється позитивним зарядом, то вектор E спрямований вздовж радіуса-вектора від заряду до зовнішнього простору (відштовхування пробного позитивного заряду). Якщо поле створюється негативним зарядом, вектор E спрямований до заряду (тяжіння). Графічно електростатичне поле зображують за допомогою ліній напруженості ліній, що стосуються яких у кожній точці збігаються з напрямком вектора E (рис.(а)). Ліній напруженості приписується напрямок, що збігається з напрямком вектора напруженості. Так як у цій точці простору вектор напруженості має лише один напрямок, то лінії напруженості ніколи не перетинаються. Для однорідного поля (коли вектор напруженості в будь-якій точці постійний за модулем і напрямом) лінії напруженості паралельні вектору напруженості. Якщо поле створюється точковим зарядом, лінії напруженості радіальні прямі, що виходять із заряду, якщо він позитивний, і входять до нього, якщо заряд від'ємний (рис.(б)). 4. Потік вектора E. Щоб за допомогою ліній напруженості можна було характеризувати не тільки напрямок, а й значення напруженості електростатичного поля, їх проводять з певною густотою: число ліній напруженості, F E Електричні струми в металах, вакуумі та газах. 9. Електричні струми у металах. Носії електричного струму в металі є вільні електрони. При утворенні кристалічної решітки електрони зовнішніх оболонок атомів (валентні електрони) усуспільнюються і кристал є решіткою нерухомих іонів металу, між якими хаотично рухаються вільні електрони, утворюючи електронний газ, що володіє властивостями ідеального газу. Відповідно до теорії Друде Лоренца, електрони мають таку ж енергію теплового руху, як і молекули одноатомного газу. Середня швидкість теплового руху електронів 8kT u πm e де k,8 Дж/К стала Больцмана, me 9, кг маса електрона, T абсолютна (або термодинамічна) температура (в Кельвінах). При кімнатній температурі (T) середня швидкість теплового руху електронів дорівнює u, 5 м/с. Хаотичний тепловий рух електронів не може призвести до виникнення струму. При накладенні зовнішнього електричного поля на металевий провідник на додаток до хаотичного теплового руху виникає упорядкований рух електронів (електричний струм). Навіть при гранично допустимих значеннях щільності струму, середня швидкість υ упорядкованого руху електронів, що зумовлює електричний струм, значно менша за їх швидкість теплового руху u: υ<< u. 4. Основные законы электрического тока в классической теории электропроводности металлов. Закон Ома. Пусть в металлическом проводнике действует поле E cost. Под действием силы F ee заряд e движется равноускоренно с ускорением ee ee t a и к концу свободного пробега приобретает скорость υ max. m m l Среднее время свободного пробега электронов t определяется u средней длиной свободного пробега l и средней скоростью движения электронов относительно кристаллической решетки u + υ u.
5 8 4) У разі короткого замикання опір зовнішнього ланцюга Θ зовнішній сила струму I у цьому випадку обмежується тільки всередину величиною внутрішнього опору джерела струму. 8. Правила Кірхгофа для розгалужених кіл. Вузлом електричного ланцюга називається будь-яка точка розгалуження ланцюга, в якій сходиться не менше трьох провідників зі струмом. Струм, що входить у вузол, вважається позитивним, а струм, що виходить із вузла негативним. Перше правило Кірхгофа алгебраїчна сума струмів, що сходяться у вузлі, дорівнює нулю: I k k Наприклад, для вузла A на малюнку перше правило Кірхгофа: I I I + I 4 + I5 I 6 Друге правило Кірхгофа в будь-якому замкнутому контурі, довільно обраному в розгалуженому електричному ланцюзі алгебраїчна сума творів сил струмів I на опір відповідних ділянок цього контуру дорівнює сумі алгебри ЕРС Θ k, що зустрічаються в цьому контурі: I Θk Наприклад, для обходу за годинниковою стрілкою замкнутого контуру ABCDA друге правило Кірхгофа має вигляд: I I + I + I 4 + Θ При розрахунку складних ланцюгів із застосуванням правил Кірхгофа необхідно:. Вибрати довільний напрямок струмів на всіх ділянках ланцюга; дійсний напрямок струмів визначається при вирішенні задачі: якщо шуканий струм вийде позитивним, то його напрямок був обраний правильно, а якщо негативним його справжній напрямок протилежно обраному. твір I позитивно, якщо струм цьому ділянці збігається з напрямом обходу. ЕРС, що діють за обраним напрямом обходу, вважаються позитивними, проти негативними. кожен контур, що розглядається, повинен містити хоча б один елемент, що не міститься в попередніх контурах, щоб не виходили рівняння, які є простою комбінацією вже складених рівнянь. k пронизують одиницю площі поверхні, перпендикулярну лініям напруженості, має дорівнювати модулю вектора E. Тоді число ліній напруженості, що пронизують елементарний майданчик d, дорівнює E d cos α Ed, де E проекція вектора E на нормаль до майданчика d. (Вектор одиничний вектор, перпендикулярний до майданчику d). Розмір dφ E E d E d cosα Ed Ed називається потоком вектора напруженості через майданчик d. Тут d d вектор, модуль якого дорівнює d, а напрямок вектора збігається з напрямком до майданчика. Потік вектора E крізь довільну замкнуту поверхню: Φ E d Ed E 5. Принцип суперпозиції електростатичних полів. До кулонівських сил застосуємо розглянутий у механіці принцип незалежності дії сил результуюча сила, що діє з боку поля на пробний заряд дорівнює векторній сумі сил, прикладених до нього з боку кожного із зарядів, що створюють електростатичне поле. Напруженість результуючого поля, створюваного системою зарядів, також дорівнює геометричній сумі напруженостей полів, створюваних у цій точці кожним із зарядів окремо. Ця формула виражає принцип суперпозиції (накладення) електростатичних полів. Він дозволяє розрахувати електростатичні поля будь-якої системи нерухомих зарядів, представивши її у вигляді сукупності точкових зарядів. Нагадаємо правило визначення величини вектора c a. c α β b суми двох векторів a та b: c a + b + abcosα a + b abcos β. 6. Теорема Гауса. Обчислення напруженості поля системи електричних зарядів за допомогою принципу суперпозиції електростатичних полів можна спростити, використовуючи теорему Гаусса, визначальну потік вектора напруженості електричного поля крізь довільну замкнуту поверхню. Розглянемо потік вектора напруженості через сферичну поверхню радіусу, що охоплює точковий заряд, що знаходиться в її центрі. E E 5.
6 6 Якщо замкнута поверхня не охоплює заряду, то потік крізь неї дорівнює нулю, оскільки кількість ліній напруженості, що входять у поверхню, дорівнює кількості ліній напруженості, що виходять з неї. Розглянемо загальний випадок довільної поверхні, що оточує заряди. Відповідно до принципу суперпозиції напруженість поля E, створюваного всіма зарядами, дорівнює сумі напруженостей E, створюваних кожним зарядом окремо. Тому Φ E Ed E d E d ε ε Теорема Гауса для електростатичного поля у вакуумі: потік вектора напруженості електростатичного поля у вакуумі крізь довільну замкнуту поверхню дорівнює сумі алгебри укладених всередині цієї поверхні зарядів, поділених на ε. Якщо заряд розподілений у просторі з об'ємною щільністю d/dv, то теорема Гауса: Φ E Ed ρdv ε 7. Циркуляція вектора напруженості. Якщо в електростатичному полі точкового заряду з точки в точку вздовж довільної траєкторії переміщається інший точковий заряд, то сила, яка додається до заряду, здійснює роботу. Робота сили на елементарному переміщенні dl дорівнює: da Fdl Fdl cosα dl cosα d Робота при переміщенні заряду з точки в крапку: d A da 4 πε Робота A не залежить від траєкторії переміщення, а визначається лише положеннями початкової та кінцевої точок. Отже електростатичне поле точкового заряду є потенційним, а електростатичні сили консервативними. Таким чином, робота переміщення заряду в електростатичному полі за будь-яким замкнутим контуром L дорівнює нулю: da V L Якщо переносимий заряд одиничний, то елементарна робота сил поля на шляху dl дорівнює Edl Eldl, де E l E cosα проекція вектора E на напрям елементарного переміщення dl. 7 Використовуючи диференціальну форму закону Ома j γe та визначення ρ, отримаємо закон Джоуля Ленца в диференційній формі: γ w γe je Теплова дія електричного струму використовується в освітлювальних, лампах розжарювання, електрозварюванні, електронагрівальних приладах і т.д. 7. Закон Ома для неоднорідної ділянки ланцюга. Розглянемо неоднорідний ділянку ланцюга у якому присутні сили неелектричного походження (сторонні сили). Позначимо через: ЕРС на ділянці; ϕ ϕ ϕ прикладена на кінцях ділянки різниця потенціалів. Якщо ділянка ланцюга нерухома, то (за законом збереження енергії) загальна робота A сторонніх і електростатичних сил, що здійснюється над носіями струму, дорівнює теплоті Q, що виділяється на ділянці. Робота сил, що здійснюється при переміщенні заряду: A + ϕ ЕРС Θ, як і сила струму I, величина скалярна. Якщо ЕРС сприяє руху позитивних зарядів у вибраному напрямку, то >, якщо перешкоджає, то ><. За время t в проводнике выделится теплота: Q I t I(It) I Отсюда следует закон Ома для неоднородного участка цепи в интегральной форме который является обобщенным законом Ома: I ϕ ϕ + Θ ϕ ϕ + Θ или I Частные случаи.) Если на данном участке цепи источник тока отсутствует, то мы получаем закон Ома для однородного участка цепи: U I) Если цепь замкнута (ϕ), то получаем закон Ома для замкнутой цепи: Θ Θ I внутр + внеш где Θ ЭДС, действующая в цепи, суммарное сопротивление всей цепи, внеш сопротивление внешней цепи, внутр внутреннее сопротивление источника тока.) Если цепь разомкнута, то I и Θ ϕ ϕ, т.е. ЭДС, действующая в разомкнутой цепи равна разности потенциалов на ее концах.
7 6 Розглянемо однорідний провідник із опором до кінців якого прикладена напруга U. За час dt через переріз провідника переноситься заряд d Idt. Робота з переміщення заряду між двома точками поля дорівнює: UA ϕ, звідки da Ud UIdt I dt dt. Потужність струму: da U P UI I dt Якщо розмірності [I] А, [U], Ом, то [A] Дж і [P] Вт. Позасистемні одиниці роботи струму: ват-година (Вт год) та кіловат-година (квт год). Вт ч робота струму потужністю Вт протягом ч: Вт ч6 Вт с, 6 Дж. Аналогічно: квт ч Вт ч, 6 6 Дж. 6. Закон Джоуля Ленца. При проходженні струму по провіднику відбувається розсіювання енергії внаслідок зіткнень носіїв струму між собою та з будь-якими іншими частинками середовища. Якщо струм проходить нерухомого провідника, то вся робота струму da йде на нагрівання провідника (виділення теплоти dq). За законом збереження енергії: da dq U dq IUdt I dt dt Кількість теплоти Q, що виділяється за кінцевий проміжок часу від до t постійним струмом I у всьому обсязі провідника, електричний опір якого дорівнює, отримуємо, інтегруючи попередній вираз: t Q I dt I t Закон Джоуля Ленца (в інтегральній формі): кількість теплоти, що виділяється постійним електричним струмом на ділянці ланцюга, дорівнює добутку квадрата сили струму на час його проходження та електричний опір цієї ділянки ланцюга. Виділимо у провіднику циліндричний об'єм dv ddl (вісь циліндра dl збігається з напрямком струму). Опір цього обсягу? За законом Джоуля Ленца, за час dt у цьому обсязі виділиться теплота ρdl dq I dt (jd) dt ρj dvdt d Питомою тепловою потужністю струму w називається кількість теплоти, що виділяється за одиницю часу в одиниці об'єму: dq w ρj dvdt Інтеграл dl L L 7 E E l dl називається циркуляцією вектора напруженості по заданому замкнутому контуру L. Теорема про циркуляцію вектора E: Циркуляція вектора напруженості електростатичного поля вздовж будь-якого замкнутого контуру дорівнює нулю E dl E l dl L Силове поле, що має таку властивість, називається потенційним. Ця формула справедлива лише для електричного поля нерухомих зарядів (електростатичного). 8. Потенційна енергія заряду. У потенційному полі тіла мають потенційну енергію і робота консервативних сил відбувається за рахунок зменшення потенційної енергії. Тому роботу A можна уявити, як різниця потенційних енергій заряду в початковій і кінцевій точках поля заряду: A W W Потенційна енергія заряду, що знаходиться в полі заряду на відстані від нього дорівнює W + cost Вважаючи, що при видаленні заряду на нескінченність, потенційна енергія звертається в , Отримуємо: cost. Для однойменних зарядів потенційна енергія їхньої взаємодії (відштовхування) позитивна, для різноїменних зарядів потенційна енергія із взаємодії (тяжіння) негативна. Якщо поле створюється системою точкових зарядів, то потенційна енергія заряду, що у цьому полі, дорівнює сумі його потенційних енергій, створюваних кожним із зарядів окремо: W U L 9. Потенціал електростатичного поля. W Відношення не залежить від пробного заряду і є енергетичною характеристикою поля, званої потенціалом: W ϕ Потенціал ϕ в будь-якій точці електростатичного поля є скалярна фізична величина, що визначається потенційною енергією одиничного позитивного заряду, поміщеного в цю точку.
8 8 Наприклад, потенціал поля, створюваного точковим зарядом, дорівнює ϕ. Різниця потенціалів Робота, що здійснюється силами електростатичного поля при переміщенні заряду з точки в точку, може бути представлена як A W W (ϕ ϕ) ϕ тобто дорівнює добутку заряду, що переміщується на різницю потенціалів в початковій і кінцевій точках. Різниця потенціалів двох точок та в електростатичному полі визначається роботою, що здійснюється силами поля, при переміщенні одиничного позитивного заряду з точки в точку A ϕ ϕ Користуючись визначенням напруженості електростатичного поля, можемо записати роботу A у вигляді A Fdl Edl E Звідси dl A ϕ ϕ ϕ Edl Eldl де інтегрування можна проводити уздовж будь-якої лінії, що з'єднує початкову та кінцеву точки, оскільки робота сил електростатичного поля не залежить від траєкторії переміщення. Якщо переміщувати заряд із довільної точки за межі поля (на нескінченність), де потенційна енергія, а значить і потенціал, дорівнюють нулю, то робота сил електростатичного поля A ϕ, звідки ϕ Таким чином, ще одне визначення потенціалу: потенціал фізична величина, що визначається роботою за переміщенням одиничного позитивного заряду при видаленні його з даної точки в нескінченність. Одиниця потенціалу вольт (В): Є потенціал такої точки поля, в якій заряд в Кл володіє потенційною енергією Дж (ВДж/Кл). Принцип суперпозиції потенціалів електростатичних полів: Якщо поле створюється кількома зарядами, то потенціал поля системи зарядів дорівнює сумі алгебри потенціалів полів усіх цих зарядів.. Зв'язок між напруженістю і потенціалом. Для потенційного поля між потенційною (консервативною) силою і потенційною енергією існує зв'язок: F gadw W A 5 У провіднику U l I E напруженість електричного поля, ρ l, j. I U З закону Ома отримаємо співвідношення:, звідки j? ρ l У векторній формі співвідношення j γe називається законом Ома у диференційній формі. Цей закон пов'язує щільність струму в будь-якій точці всередині провідника з напруженістю електричного поля в тій точці. Опір з'єднання провідників: (). Послідовне з'єднання провідників: I I K I I U U I I (). Паралельне з'єднання провідників: U U K U U U I I U U 4. Температурна залежність опору. Досвідченим шляхом було встановлено, що для більшості випадків зміна питомого опору (а значить і опору) з температурою описується лінійним законом: ρ ρ (+ α t) або (+ α t) де ρ і ρ, і відповідно питомі опори та опори провідника при температурах t та С (шкала Цельсія), α температурний коефіцієнт опору. Залежно від електричного опору металів від температури заснована дія термометрів опору. Опір багатьох металів при дуже низьких температурах T k (,4 К (шкала Кельвіна)), які називаються критичними, характерними для кожної речовини, стрибкоподібно зменшується до нуля і метал стає абсолютним провідником. Це називається надпровідністю. 5. Робота та потужність струму. Кулонівські та сторонні сили при переміщенні заряду вздовж електричного ланцюга виконують роботу A.
9 4 Якщо на заряд діють як сторонні сили, так і сили електростатичного поля, то результуюча сила F F + F E + E () стор е стор Робота результуючої сили щодо переміщення заряду на ділянці A E dl + Edl Θ + ϕ () стор ϕ Для замкнутої ланцюга робота електростатичних сил дорівнює нулю, тому A Θ. Напругою U на ділянці називається фізична величина, чисельно рівна сумарній роботі скоєної електростатичними та сторонніми силами по переміщенню одиничного позитивного заряду на даній ділянці ланцюга: A U ϕ ϕ + Θ Поняття напруги є узагальненням поняття різниці потенціалів: напруга на кінцях ділянки ланцюга дорівнює ділянка не містить джерела струму (тобто на ділянці не діє ЕРС; сторонні сили відсутні). Закон Ома. Електричний опір. Закон Ома для однорідної ділянки ланцюга (що не містить джерела струму): сила струму, що тече однорідним металевим провідником, пропорційна напрузі на кінці провідника (інтегральна форма закону Ома). Коефіцієнт пропорційності називається електричним опором провідника. Одиниця електричного опору Ом: Ом опір такого провідника, в якому при напрузі В тече постійний струм А. Величина G називається електричною провідністю провідника. Одиниця електричної провідності сименс (См): См провідність ділянки електричного кола опором Ом. Опір провідника залежить від його розмірів та форми, а також від матеріалу з якого провідник виготовлений. Наприклад, для однорідного лінійного провідника довжиною l та площею поперечного перерізу опір розраховується за формулою: де коефіцієнт пропорційності ρ, що характеризує матеріал провідника, називається питомим електричним опором. Одиниця питомого електричного опору Ом-метр (Ом м). Величина зворотна питомого опору називається питомою електричною провідністю речовини провідника: Одиниця питомої електричної провідності сименс на метр (см/м). U I l ρ γ ρ де ("набла") оператор Гамільтона: + j + k x y z Оскільки F E і W ϕ, то E gadϕ ϕ Знак мінус показує, що вектор E спрямований у бік зменшення потенціалу. Для графічного зображення розподілу потенціалу використовуються еквіпотенційні поверхні поверхні у всіх точках яких потенціал має те саме значення. Еквіпотенційні поверхні зазвичай проводять так, щоб різниці потенціалів між двома сусідніми еквіпотенційними поверхнями були однакові. Тоді густота еквіпотенційних поверхонь наочно характеризує напруженість поля у різних точках. Там, де ці поверхні розташовані густіше, напруженість поля більша. На малюнку пунктиром зображені силові лінії, суцільними лініями перерізу еквіпотенційних поверхонь: позитивного точкового заряду (а), диполя (б), двох однойменних зарядів (в), зарядженого металевого провідника складної конфігурації (г). Для точкового заряду потенціал ϕ тому еквіпотенційні поверхні концентричні сфери. З іншого боку, лінії напруги радіальні прямі. Отже, лінії напруженості перпендикулярні до еквіпотенційних поверхонь. Можна показати, що у всіх випадках) вектор E перпендикулярний еквіпотенційним поверхням і) завжди спрямований у бік зменшення потенціалу.. Приклади розрахунку найбільш важливих симетричних електростатичних полів у вакуумі. Електричним диполем (або подвійним електричним полюсом) називається система двох рівних по модулю різноіменних точкових зарядів (+,), відстань l між якими значно менша за відстань до розглянутих точок поля (l<<). Плечо диполя l вектор, направленный по оси диполя от отрицательного заряда к положительному и равный расстоянию между ними. 9
10 Електричний момент диполя p e вектор, що збігається у напрямку з плечем диполя і рівний добутку модуля заряду на плече l p e l:) Напруженість поля диполя на продовженні осі диполя в точці А: E A E+ E, ϕ + + ϕ Нехай відстань до точки А від осі диполя Тоді, з огляду на те, що >> l, l E A l l + pe ϕ l pe A l / + l /) Напруженість поля в точці B на перпендикулярі, відновленому до осі диполя з його середини при " >> l. E l E+ E, 4 (") (l /) 4 (") B, тому πε + πε E+ " l l pe EB (E+) " (") (") ϕ B Точка рівновіддалена від зарядів + і диполя, тому потенціал поля в точці В дорівнює нулю Вектор E B спрямований протилежно вектору l.) У зовнішньому електричному полі на кінці диполя діє пара сил, яка прагне повернути диполь таким чином, щоб електричний момент p e диполя розгорнувся вздовж напрямку поля E (рис.(а)). момент пари сил дорівнює M El sα або M [pe, E].У зовнішньому неоднорідному полі (рис.(в)) сили, що діють на кінці диполя, неоднакові (F > F) і їх результуюча прагне пересунути диполь в область поля з більшою напруженістю диполь втягується в область сильнішого поля.. Поле рівномірно зарядженої нескінченної площини. Лінії напруженості перпендикулярні площині, що розглядається, і спрямовані від неї в обидві сторони. ланцюги вирівнюються та електростатичне поле зникає. Для існування постійного струму необхідна наявність у ланцюгу пристрою, здатного створювати та підтримувати різницю потенціалів за рахунок сил електростатичного походження. Такі пристрої називають джерелами струму. Сили електростатичного походження, що діють на заряди з боку джерел струму, називаються сторонніми. Кількісна характеристика сторонніх сил поле сторонніх сил та його напруженість E стор, що визначається сторонньою силою, що діє на одиничний позитивний заряд. Природа сторонніх сил може бути різною. Наприклад, у гальванічних елементах вони виникають за рахунок енергії хімічних реакцій між електродами та електролітами; у генераторі за рахунок механічної енергії обертання ротора генератора, у сонячних батареях за рахунок енергії фотонів тощо. p align="justify"> Роль джерела струму в електричному ланцюгу така ж як роль насоса, який необхідний для підтримки струму рідини в гідравлічній системі. Під дією поля сторонніх сил, що створюється, електричні заряди рухаються всередині джерела струму проти сил електростатичного поля, завдяки чому на кінцях ланцюга підтримується різниця потенціалів і в ланцюгу тече постійний електричний струм. . Електрорушійна сила та напруга. Фізична величина, що визначається роботою, яку здійснюють сторонні сили при переміщенні одиничного позитивного заряду, називається електрорушійною силою (ЕРС), що діє в ланцюгу: A Θ Ця робота здійснюється за рахунок енергії, що витрачається в джерелі струму, тому величину Θ, можна назвати електрорушійною включений в ланцюг. ЕРС, як і потенціал виявляється у вольтах. Ділянка ланцюга, у якому діють сторонні сили, називається однорідним. Ділянка, де носії струму діють сторонні сили, називається неоднорідним. Робота сторонніх сил по переміщенню заряду на замкнутому ділянці ланцюга A F dl E dl стор Звідси, ЕРС діюча в замкнутому ланцюгу це циркуляція вектора напруженості поля сторонніх сил: E Θ dl Отже, для поля сторонніх сил циркуляція його напруженості по замкнутому контуру не дорівнює. Тому поле сторонніх сил є непотенційним. ЕРС, що діє на ділянці ланцюга, дорівнює Θ E dl стор.
11 скалярна фізична величина, що дорівнює відношенню заряду d, що переноситься крізь розглянуту поверхню за малий проміжок часу, до величини dt цього проміжку: d I dt Електричний струм називається постійним, якщо сила струму і його напрямок не змінюються з часом. Для постійного струму: де електричний заряд, що проходить за час t через поперечний переріз провідника. Одиниця сили струму ампер (А) (див. "Механіка" стор -). Для характеристики напрямку електричного струму в різних точках поверхні і розподілу сили струму по цій поверхні служить вектор щільності струму j. Сила струму крізь довільну поверхню визначається як потік вектора щільності струму I jd де d d (поодинокий вектор нормалі (орт) до майданчика d). Щільністю електричного струму називається вектор j, що збігається з напрямком електричного струму в точці, що розглядається, і чисельно рівний відношенню сили струму di крізь малий елемент поверхні, ортогональної напрямку струму, до площі d цього елемента: di j d Для постійного струму I, поточного перпендикулярно перерізу I провідника: j Якщо за час dt через поперечний переріз провідника переноситься заряд d e υ dt (де, e і υ концентрація, заряд і середня d швидкість упорядкованого руху зарядів), то сила струму I dt e υ, а щільність струму: j e υ Одиниця густини струму А /м.. Сторонні сили. Для виникнення та існування електричного струму необхідно:) наявність вільних носіїв струму заряджених частинок, здатних переміщатися впорядковано;) наявність електричного поля, енергія якого має якимось чином заповнюватись. Якщо в ланцюзі діють тільки сили електростатичного поля, то відбувається переміщення носіїв таким чином, що потенціали всіх точок В якості Гаусової поверхні приймемо поверхню циліндра, що утворюють перпендикулярні до зарядженої площини, а основи паралельні зарядженій площині і лежать по різні сторони від неї на однакових відстанях. Так як утворюють циліндра паралельні лініям напруженості, то потік вектора напруженості через бічну поверхню циліндра дорівнює нулю, а повний потік крізь циліндр дорівнює сумі потоків крізь його основи E. Заряд, укладений усередині циліндра, дорівнює σ. По теоремі Гауса E σ ε, звідки: E залежить від довжини циліндра, тобто. напруженість поля на будь-яких відстанях однакова за модулем. Таке поле називається однорідним. Різниця потенціалів між точками, що лежать на відстанях x і x від площини, дорівнює ϕ x x Edx x x σ ε σ dx (x ε x). Поле двох нескінченних паралельних різноіменно заряджених площин з рівними за абсолютним значенням поверхневими щільностями зарядів σ > і σ. З попереднього прикладу випливає, що вектори напруженості E і E першої та другої площин рівні по модулю і всюди спрямовані перпендикулярно до площин. Тому у просторі поза площинами вони компенсують один одного, а у просторі між площинами сумарна напруженість E E. Тому між площинами σ σ E (у діелектриці E) ε εε Поле між площинами однорідне. Різниця потенціалів між площинами d σ σd σd ϕ ϕ Edx dx (у діелектриці ϕ) ε ε εε 4. Поле рівномірно зарядженої сферичної поверхні. Сферична поверхня радіуса із загальним зарядом заряджена рівномірно із поверхневою щільністю σ. 4π E σ ε
12 Оскільки система зарядів і, отже, саме поле центрально-симетрично щодо центру сфери, лінії напруженості спрямовані радіально. Як Гаусова поверхня виберемо сферу радіуса, що має загальний центр із зарядженою сферою. Якщо >, усередину поверхні потрапляє весь заряд. По теоремі Гауса 4π σ E, звідки E, () ε ε При замкнута поверхня не містить усередині зарядів, тому всередині рівномірно зарядженої сфери E. Різниця потенціалів між двома точками, що лежать на відстанях і від центру сфери (>, >), дорівнює ϕ ϕ Ed d 4 πε Якщо прийняти і, то потенціал поля поза сферичною поверхнею ϕ. Поза зарядженою сферою поле таке саме як поле точкового заряду, що у центрі сфери. Усередині зарядженої сфери поля немає, тому потенціал усюди однаковий і такий самий, як на поверхні σ ϕ ε 5. Поле об'ємно зарядженої кулі. Заряд рівномірно розподілений у вакуумі за об'ємом кулі радіуса з об'ємною щільністю ρ. Центр кулі є центром 4 V ? кулі сфера радіусом< охватывает заряд π ρ. Интегрирование проводится по всем заряженным поверхностям и по всему заряженному объему V тел системы. На примере поля плоского конденсатора выразим энергию поля через его напряженность. Для конденсатора C εε / d и ϕ Ed. Отсюда W εε E d εε E V В однородном поле конденсатора его энергия распределена равномерно по всему объему поля V d. Объемная плотность энергии электростатического поля плоского конденсатора w: W w εε E ED V где D εε E электрическое смещение. Эта формула является отражением того факта, что электростатическая энергия сосредоточена в электростатическом поле. Это выражение справедливо также и для неоднородных полей. 8. Пондеромоторные силы. Механические силы, действующие на заряженные тела, помещенные в электромагнитное поле, называются пондеромоторными силами (от латинских слов podes тяжесть и moto движущий). Например, в плоском конденсаторе сила, с которой пластины конденсатора притягивают друг друга, совершает работу за счет уменьшения σ потенциальной энергии системы. С учетом σ и E, получаем εε dw σ F εε E dx εε εε где знак минус указывает на то, что эта сила является силой притяжения. Под действием этой силы обкладки конденсатора сжимают пластину диэлектрика, помещенного между ними, и в диэлектрике возникает давление F σ p εε E εε Постоянный электрический ток 9. Постоянный электрический ток, сила и плотность тока. Электродинамика раздел учения об электричестве, в котором рассматриваются явления и процессы, обусловленные движением электрических зарядов. Электрическим током называется упорядоченное движение электрических зарядов. За направление тока принимают направление движения положительных зарядов. Количественной мерой электрического тока служит сила тока I
13 нерухомих точкових зарядів дорівнює W де ϕ потенціал, створюваний у тій точці, де знаходиться заряд, усіма зарядами, крім -го. 5. Енергія зарядженого відокремленого провідника. Розглянемо відокремлений провідник, заряд, ємність та потенціал якого рівні, c, ϕ. Елементарна робота da, що здійснюється зовнішніми силами з подолання кулонівських сил відштовхування при перенесенні заряду d з нескінченності на провідник, дорівнює da ϕd ϕdϕ. Щоб зарядити провідник від нульового потенціалу до ϕ, необхідно здійснити роботу ϕ Cϕ A Cϕdϕ Енергія зарядженого конденсатора. da ϕ d. C Робота зовнішніх сил при збільшенні заряду конденсатора від d A C C Енергія зарядженого конденсатора (використовуючи C W C (ϕ ϕ) C): ϕ ϕ 7. Енергія електростатичного поля. Загалом електричну енергію будь-якої системи заряджених нерухомих тіл провідників і непровідників можна знайти за формулою: W ϕσd + ϕρdv де σ і ρ поверхнева та об'ємна щільності вільних зарядів; ϕ потенціал результуючого поля всіх вільних та пов'язаних зарядів у точках малих елементів d та dv заряджених поверхонь та об'ємів. V По теоремі Гауса Звідси, для точок, що лежать усередині кулі (<) 4π ρ 4π E ε ε <, с учетом ρ, π ρ E, ϕ ϕ ε Ed () 8πε 4 6. Поле равномерно заряженного бесконечного цилиндра (нити). Бесконечный цилиндр радиуса заряжен d равномерно с линейной плотностью τ. dl Линии напряженности будут направлены по радиусам круговых сечений цилиндра с одинаковой густотой во все стороны относительно оси цилиндра. В качестве Гауссовой поверхности выберем цилиндр радиуса и высотой l коаксиальный с заряженной нитью. Торцы этого цилиндра параллельны линиям напряженности, поэтому поток через них равен нулю. Поток через боковую поверхность равен По теореме Гаусса (при E πl. >) τl πle, звідки при >, > : ε τ d τ ϕ Ed l πε πε τ E, ϕ πε Якщо<, то замкнутая поверхность зарядов внутри не содержит, поэтому E. 4. Электростатическое поле в диэлектрической среде Диэлектриками называются вещества, которые при обычных условиях практически не проводят электрический ток. Диэлектрик, как и всякое другое вещество, состоит из атомов или молекул, каждая из которых в целом электрически нейтральна. Если заменить положительные заряды ядер молекул суммарным зарядом +, находящимся в, так сказать, "центре тяжести" положительных зарядов, а заряд всех электронов суммарным отрицательным зарядом, находящимся в "центре тяжести" отрицательных зарядов, то молекулы можно рассматривать как электрические диполи с электрическим моментом. Различают три типа диэлектриков.) Диэлектрики с неполярными молекулами, симметричные молекулы которых в отсутствие внешнего поля имеют нулевой дипольный момент (например, N, H, O, CO).
4) Діелектрики з полярними молекулами, молекули яких внаслідок асиметрії мають ненульовий дипольний момент (наприклад, H O, NH, O, CO).) Іонні діелектрики (наприклад, NaCl, KCl). Іонні кристали є просторовими гратами з правильним чергуванням іонів різних знаків. Внесення діелектриків у зовнішнє електричне поле призводить до виникнення відмінного від нуля результуючого електричного моменту діелектрика. Поляризацією діелектрика називається процес орієнтації диполів або появи під впливом електричного поля, орієнтованих по полю диполів. Відповідно до трьох видів діелектриків розрізняють три види поляризації.) Електронна, або деформаційна, поляризація діелектрика з неполярними молекулами за рахунок деформації електронних орбіт виникає індукований дипольний момент у атомів або молекул діелектрика. молекул по полю (ця орієнтація тим сильніша, чим більша напруженість електричного поля і чим нижча температура).) Іонна поляризація діелектрика з іонними кристалічними гратами зміщення підграти позитивних іонів уздовж поля, а негативних іонів проти поля призводить до виникнення дипольних моментів. 5. Поляризованість. Помістимо пластину з однорідного діелектрика у зовнішнє електричне поле, створене двома нескінченними паралельними різноіменно зарядженими площинами. У зовнішньому електричному полі діелектрик обсягом V поляризується, тобто. набуває дипольного моменту p V p, де p дипольний момент однієї молекули. Для кількісного опису поляризації діелектрика використовується векторна величина поляризованості яка визначається як дипольний момент одиниці об'єму діелектрика. p V P V V У разі ізотропного діелектрика поляризованість (для більшості діелектриків за винятком сегнетоелектриків) лінійно залежить від напруженості зовнішнього поля. P χε E 9. Ємність плоского конденсатора (дві паралельні металеві пластини площею кожна, розташовані на відстані d одна від ε друга (σ)): ε C ϕ σd d ε ε. Місткість циліндричного конденсатора (два коаксіальних циліндра довжиною l з радіусами і (τ l)): πε εl C l l πε εl. Ємність сферичного конденсатора (дві концентричні сфери з радіусами і): C ε 4 πε ε. З'єднання конденсаторів. У паралельно з'єднаних конденсаторів C, C KC різниця потенціалів на обкладках конденсаторів однакова. Повна ємність C ϕ C ϕ ϕ У послідовно з'єднаних конденсаторів C, C KC заряди всіх обкладок дорівнюють модулю, а сумарна різниця потенціалів ϕ ϕ C C звідки C C 4. Енергія системи нерухомих точкових зарядів. Для системи двох зарядів і, що знаходяться на відстані один від одного, кожен з них у полі іншого має потенційну енергію W ϕ ϕ W Тому W ϕ ϕ (ϕ + ϕ). Додаючи послідовно по одному заряду, отримаємо, що енергія взаємодії системи C
15 8 σ E, де σ поверхнева щільність зарядів, та ε діелектрична ε ε проникність середовища, що оточує провідник. Нейтральний провідник, внесений до електростатичного поля, розриває частину ліній напруженості; вони закінчуються негативних індукованих зарядах і знову починаються на позитивних. Індуковані заряди розподіляються на зовнішній поверхні провідника. Явище перерозподілу поверхневих зарядів на провіднику у зовнішньому електростатичному полі називається електростатичною індукцією. Електроємність. Розглянемо відокремлений провідник провідник, віддалений від інших тіл та зарядів. З досвіду випливає, що різні провідники, однаково заряджені, мають різні потенціали. Фізична величина C, що дорівнює відношенню заряду провідника до його потенціалу, називається електричною ємністю цього провідника. C ϕ Електроємність відокремленого провідника чисельно дорівнює заряду, який потрібно повідомити цього провідника для того, щоб змінити його потенціал на одиницю. Вона залежить від форми та розмірів провідника та від діелектричних властивостей навколишнього середовища. Ємності геометрично подібних провідників пропорційні до їх лінійних розмірів. Приклад: ємність відокремленої провідної кулі: ϕ C Одиниця електроємності фарад (Ф): Ф ємність такого відокремленого провідника, потенціал якого змінюється на при повідомленні 6 йому заряду Кл. Місткістю Ф має кулю з радіусом 9 км. Ємність Землі, 7мФ.. Конденсатори. Якщо до провідника із зарядом наблизити інші тіла, то їх поверхні виникнуть індуковані (на провіднику) чи пов'язані (на діелектриці) заряди. Ці заряди послаблюють поле, створюване зарядом, тим самим знижуючи потенціал провідника і підвищуючи його електроємність. Конденсатор це система з двох провідників (обкладок) з однаковими за модулем, але протилежними за знаком зарядами, форма і розташування яких такі, що поле зосереджено у вузькому зазорі між обкладками. Ємність конденсатора фізична величина, що дорівнює відношенню заряду, накопиченого в конденсаторі, до різниці потенціалів між його обкладками: C 5 де діелектрична сприйнятливість речовини, що характеризує властивості діелектрика (позитивна безрозмірна величина). 6. Діелектрична проникність середовища. Внаслідок поляризації на поверхні діелектрика з'являються некомпенсовані заряди, які називаються пов'язаними (на відміну від вільних зарядів, що створюють зовнішнє поле). Поле E всередині діелектрика, створюване пов'язаними зарядами, спрямоване проти зовнішнього поля E, створюваного вільними зарядами. Результуюче поле всередині діелектрика E E E У нашому прикладі поле, створюване двома нескінченно зарядженими площинами з поверхневою щільністю зарядів σ ": E " σ "/ ε. Тому E E σ "ε Повний дипольний момент діелектричної пластинки з товщиною d і площею грані: p V PV Pd, з іншого боку p V d σ "d. Звідси σ "P. σ" P χ E E E E E E χe. ε ε ε Звідки напруженість результуючого поля всередині діелектрика дорівнює: E E E + χ ε Безрозмірна величина ε + χ називається діелектричною E проникністю середовища. Вона характеризує здатність діелектриків поляризуватися в електричному полі і показує скільки разів поле послаблюється діелектриком. 7. Електричне усунення. Напруженість електростатичного поля залежить від властивостей середовища (ε). Крім того, вектор напруженості E, переходячи через кордон діелектриків, зазнає стрибкоподібної зміни, тому для опису (безперервного) електричного поля системи зарядів з урахуванням поляризаційних властивостей діелектриків вводиться вектор електричного зміщення (електричної індукції), який для ізотропного середовища записується як D ε εe ε (+ χ) E ε E + P Одиниця електричного зміщення Кл/м. Вектор D описує електростатичне поле, створюване вільними зарядами (тобто у вакуумі), але за такого їх розподілу у просторі, яке є за наявності діелектрика. E
Генкін Б.І. Елементи змісту, що перевіряються на ЄДІ з фізики. Посібник для повторення навчального матеріалу. Санкт-Петербург: http://audto-um.u, 013 3.1 ЕЛЕКТРИЧНЕ ПОЛЕ 3.1.1 Електризація тіл Електричний
Закон Кулону. Напруга та потенціал Електрика План Закон Кулона Напруженість електростатичного поля Принцип суперпозиції Теорема Гауса Циркуляція вектора напруженості Потенціал електростатичного
2 Електрика Основні формули та визначення Сила взаємодії F між двома нерухомими точковими зарядами q 1 і q 2 обчислюється за законом Кулона: F = k q 1 q 2 / r 2 де k - коефіцієнт пропорційності,
Розділ 9 Постійний електричний струм 75 Електричний струм, сила та щільність струму Електродинаміка це розділ електрики, в якому розглядаються процеси та явища, зумовлені рухом електричних струмів.
Загальні методичні вказівки 4 Робоча програма розділу «Електрика та магнетизм» 6 Основи електрики та магнетизму 7 1. Електростатика 7. Постійний електричний струм 3 3. Електромагнетизм
Тема. Електростатика. Основні закони електростатики Всі тіла в природі здатні електризуватися, тобто набувати електричного заряду. Будь-який процес заряджання зводиться до поділу зарядів, при якому
Лекція 8 Постійний електричний струм Поняття про електричний струм Електричний струм упорядкований (спрямований) рух електричних зарядів Розрізняють: Струм провідності (струм у провідниках) рух
АНОгурців ФІЗИКА ДЛЯ СТУДЕНТІВ ЕЛЕКТРИЧНІСТЬ ЛЕКЦІЇ З ФІЗИКИ 3 http://sitesgooglecom/site/aogutsov/lectues/phys/ http://wwwiltkhakovua/bvi/ogutsov/lhtm Повне або часткове копіювання та тиражування
Провідники в електростатичному полі E = 0 E = grad φ φ = const S DdS = i q i = 0 Провідники в електростатичному полі Нейтральний провідник, внесений в електростатичне поле,
Лекції із загальної фізики Факультет політології МДУ імені М.В. Ломоносова ЕЛЕКТРИЧНІСТЬ Електричний заряд Електричним зарядом називається фізична величина, що характеризує властивість тіл або частинок вступати
АН Огурців ФІЗИКА ДЛЯ СТУДЕНТІВ Частина 3 ЕЛЕКТРИЧНІСТЬ OUTLIN of PHYIC fo TUDNT https://sitesgoogecom/site/aogutsov/ectues/phys/ 6 Повне або часткове копіювання та тиражування тексту в некомерційних
3 3 3 Електростатика Електростатика розділ вчення про електрику, що вивчає взаємодію нерухомих електричних зарядів та властивості постійного електричного поля Електричний заряд Електричний
Лекція Графічний показ електричних полів. Теорема Гауса та її застосування Питання. Графічний показ електричних полів. Потік вектор напруженості електричного поля. Теорема Гауса та її застосування..1.
10.02.14.-15.02.14. Методичні вказівки до заняття 1 ВВЕДНЕ ЗАНЯТТЯ 1. Ознайомлення з правилами роботи в лабораторії кафедри фізики; техніка пожежної та електробезпеки; 2. Обговорення особливостей структури
Сафронов В.П. 0 ПОСТОЯННИЙ СТРУМ - - Глава ПОСТОЯННИЙ ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ.. Основні поняття та визначення Електричним струмом називається впорядкований рух зарядів. Вважається, що струм тече від плюса до
РОЗДІЛ II ПОСТОЯННИЙ ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ Лекція 0 Постійний електричний струм Запитання. Рух зарядів у електричному полі. Електричний струм. Умови виникнення електричного струму. Закон Ома для
Лекція (3) Поляризація діелектриків. Провідники. Електроємність Передмова Матеріал цієї лекції частково повторює шкільну програму (пункти 8 та 9; див. нижче), частково описаний у теоретичній частині лабораторних
Теорема Гауса Застосування теореми Гауса до розрахунку полів Основні формули Електростатичне поле можна задати, вказавши для кожної точки величину та напрям вектора Сукупність цих векторів утворює
ПОСТОЯННИЙ ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ Причини виникнення електричного струму Заряджені об'єкти є причиною не тільки електростатичного поля, але ще й електричного струму. У цих двох явищах є
Національний дослідницький ядерний університет «МІФІ» ПІДГОТОВКА ДО ЄДІ з фізики Викладач: кандидат фізико-математичних наук, доцент кафедри фізики, Грушин Віталій Вікторович Напруженість та
1.23. Провідники в електричному полі 1.23.а Розподіл зарядів у провіднику У провідниках, на відміну діелектриків, концентрація вільних носіїв заряду дуже велика ~ 10 23 см -3. Ці заряди
ЕКЗАМЕНАЦІЙНІ ТЕСТИ «ФІЗИКА-II» для спеціальностей ВТ та СТ. Квантування заряду фізично означає, що: A) будь-який заряд можна поділити на нескінченно малі заряди; B) фундаментальні константи квантової
Електрика та магнетизм Електростатика Електростатика - це розділ електродинаміки в якому вивчаються властивості та взаємодії нерухомих електрично заряджених тіл. При вирішенні завдань на електростатику
Електрика та магнетизм Електростатичне поле у вакуумі Завдання 1 Щодо статичних електричних полів справедливі твердження: 1) потік вектора напруженості електростатичного поля крізь
Теоретична довідка до лекції Електричний заряд. 19 Елементарний електричний заряд e 1, 6 1 Кл. Заряд електрона негативний (e e), заряд протона позитивний (p N e електронів та N P протонів
9. Провідники в електростатичному полі 9.1. Рівновага зарядів на провіднику Носії заряду в провіднику здатні переміщатися під дією скільки завгодно малої сили. Тому для рівноваги зарядів на
Диполь в електростатичному полі Основні теоретичні відомості Поле диполя Електричним диполем називається сукупність двох рівних зарядів протилежного знака, що знаходяться один від одного на відстані
Провідники та діелектрики в електричному полі Конденсатори Напруженість електричного поля у поверхні провідника у вакуумі: σ E n, де σ поверхнева щільність зарядів на провіднику, напруженість
4 ЕЛЕКТРОСТАТИЧНЕ ПОЛЕ ПРИ НАЯВНОСТІ ПРОВІДНИКІВ Провідники електрики це речовини, що містять вільні заряджені частинки. У провідних тілах електричні заряди можуть вільно переміщатися у просторі.
Розділ I ЕЛЕКТРИЧНІСТЬ Глава Електростатика Закон збереження електричного заряду Ще в давнину було відомо, що бурштин, потертий вовну, притягує легкі предмети. Англійський лікар Джільберт
65 7. ПОСТОЯННИЙ ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ 7. Електричний струм, сила і щільність струму Електричним струмом називається впорядкований (спрямований) рух електричних зарядів. Сила струму фізична скалярна
Тема 3. ПОТЕНЦІАЛ І РОБОТА ЕЛЕКТРОСТАТИЧНОГО ПОЛЯ. ЗВ'ЯЗОК НАПРУЖНОСТІ З ПОТЕНЦІАЛОМ 3.. Робота сил електростатичного поля 3.. Теорема про циркуляцію вектора напруженості електростатичного поля 3.3.
«ЕЛЕКТРОСТАТИКА» Електричний заряд () фундаментальна невід'ємна властивість деяких елементарних частинок (електронів, протонів), що виявляється у здатності до взаємодії за допомогою особливо організованої
Електростатика Закон Кулону F 4 r; F r r 4 r де F - сила взаємодії точкових зарядів q і q; - E діелектрична проникність середовища; Е напруженість електростатичного поля у вакуумі; Е напруженість
Лекція 4. ПОСТОЯННИЙ ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ Характеристики струму. Сила та щільність струму. Падіння потенціалу вздовж провідника зі струмом. Будь-який упорядкований рух зарядів називається електричним струмом. Носіями
Лекція 4. Електричне поле заряджених провідників. Енергія електростатичного поля. Поле поблизу провідника. Електроємність провідників та конденсаторів. (Ємності плоского, циліндричного та сферичного.
ЕЛЕКТРОСТАТИКА 1. Два роди електричних зарядів, їх властивості. Способи заряджання тел. Найменший неподільний електричний заряд. Одиниця електричного заряду. Закон збереження електричних набоїв. Електростатика.
Далекосхідний державний технічний університет (ДВПІ ім.
7 Ємність провідників і конденсаторів Розмістимо заряджений відокремлений провідник, занурений у нерухомий діелектрик Різниця потенціалів між двома будь-якими точками провідника
IX Електростатика. Метод суперпозиції та теорема Гауса. Діелектрики Володіти зарядом - одна з властивостей матерії, така ж, як мати масу. Заряджені тіла створюють навколо себе особливий вид матеріальної
Провідники у електростатичному полі. Електроємність Лекція 5 Зміст лекції: Провідники в електростатичному полі Електростатична індукція Електрична ємність Конденсатори. З'єднання конденсаторів
Ще в давнину було відомо, що бурштин, потертий вовну притягує легкі предмети. Англійський лікар Джильберт (кінець 8 століття) назвав тіла, здатні після натирання притягувати легені
Потенціал. Зв'язок напруженості та потенціалу Основні теоретичні відомості Зв'язок між напруженістю електростатичного поля та потенціалом Напруженість електричного поля величина чисельно рівна
Лекція 7 Електричне поле в діелектриках Питання. Діелектрики в електричному полі. Поляризація діелектриків. Діелектрична проникність. Електричне поле у діелектриках. Вектор електричний
1.5 Потік вектора напруженості електричного поля Раніше зазначалося, що величина вектора напруженості електричного поля дорівнює кількості силових ліній, що пронизують перпендикулярну до них одиничну
9 ЕНЕРГІЯ ЕЛЕКТРИЧНОГО ПОЛЯ Розглянемо точкову частинку з електричним зарядом q, що у зовнішньому електростатичному полі, потенціал якого у точці знаходження частки дорівнює. При цьому
КЛ 3 Варіант 1 1. Записати формулу вектора напруженості електричного поля, якщо відомий електростатичний потенціал. Поясніть дію оператора градієнта на скалярну функцію. 2. Вивести рівняння
Тема: Електростатика 1. Два види електричних зарядів. Сформулюйте закон збереження електричних зарядів. Наведіть приклади вияву закону. 2. Запишіть, сформулюйте та поясніть закон Кулона. Одиниця
Тема: Провідники та діелектрики в електростатичному полі. Конденсатори Д/З 5-3 Сав, 5. 7.3 Д-Я План: . Провідники в електростатичному полі. Діелектрики в електростатичному полі. 3. Поляризованість.
5 Провідники в електричному полі 5 Провідники Провідниками називаються речовини, в яких при включенні зовнішнього поля переміщуються заряди і виникає струм Найбільш хорошими провідниками електрики є
Тема 11. Електричне поле 1. Основні положення електростатики Електродинаміка - це розділ фізики, в якому вивчають властивості та закономірності електромагнітного поля, що здійснює взаємодію
ЕЛЕКТРИЧНЕ ПОЛЕ У ВАКУУМІ. Яке твердження неправильне для електричного заряду? Наявність заряду в тому, що заряджене тіло взаємодіє з іншими зарядженими тілами?) Заряди можуть
Тема ТЕОРЕМА ОСТРОГРАДСЬКОГО-ГАУСА Силові лінії напруженості електростатичного поля Потік вектора напруженості 3 Теорема Остроградського Гауса 4 Застосування теореми Остроградського Гауса до розрахунку
ПОВТОРЕННЯ ЕЛЕКТРОСТАТИКИ 0.. Рівняння Максвелла. Рівняння Максвелла в інтегральній формі: CG 4 Hdl jd Dd c c t Edl Bd c t Bd 0 Dd 4q Hdl jd Dd (0..) t Edl Bd t (0..) Bd 0 (0..) Dd q (0..4 ) Рівняння
3 Поляризація діелектриків Пов'язані заряди Заряди в діелектриці під дією поля можуть зміщуватися зі своїх положень рівноваги лише на малі відстані порядку атомних діелектриків складається з електрично
Челябінський інститут шляхів сполучення філія Уральського державного університету шляхів сполучення Кафедра природничо-наукових дисциплін ФІЗИКА ЕЛЕКТРОСТАТИКА Навчально-методична допомога
1 1.3. Теорема Гауса. 1.3.1. Вектор потоку через поверхню. Потік вектора через поверхню є одним з найважливіших понять будь-якого векторного поля, зокрема електричного d d. Розглянемо маленький майданчик
