240-1213 (Физика (Шпаргалка)), страница 2
Описание файла
Документ из архива "Физика (Шпаргалка)", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "физика" из , которые можно найти в файловом архиве . Не смотря на прямую связь этого архива с , его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "рефераты, доклады и презентации", в предмете "физика" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "240-1213"
Текст 2 страницы из документа "240-1213"
До сих пор мы рассм. диэл. вносимый в поле так что поверхность его совпадала с эквипотонц. поверх. , а линии
_ _
Е и D были поверхности.
_ _
Каково направление Е и D
_ _
если Е и D не эквипотонц. поверх.
Для построения картины поля внитри диэлектрика нужно знать граничные условия.
Граничные условия для нормальных составляющих
_ _
Е и D.
Рассм. границу раздела двух диэлектриков.
Псть у 1) - 1
2) - 2
2 >1
Пусть на границе раздела
_
двух диэлектрикриков D направлен под углом .
_ _
Расскладываем D1 и D2 на состовляющие нормальную к поверхности и танген-циальную.
_ _ _
D1=D1n+D1
_ _ _
D2=D2n+D2
Для применен. Теор. Гаусса надо построить замен. поверх.
Нухно выбрать цилиндрич поверхн.
Найдем поток вектора эл. смещения через замкн. поверх.
ФD=D2nS - D1nS
Найдем алгебр. сумму зар. попавших внутрь.
D2nSD1nS=0
S0
1) D2n=D1n
Cогласно связи.
20E2n=10E1n
-
E1n/E2n =2/1
2) - втор. гранич. усл. показ. каково повидение Е на грпнице: En на границе раздела двух диэл. изменяется скачком.
Граничные условия для тангенц. состовляющей.
Для получ. этих гранич. усл. воспольз. теор.о циркуляции вектора напряженности электрич поля.
ѓЕd=0
L
Нужно построить четеж для
_
Е аналогично рис 1.
_ _ _ _
(1) - Е1 Е1=E1n+E1
_ _ _ _
(2) - Е2 Е2=E2n+E2
Для применения теор. о циркул. нужно выбрать замкн. контур. В качестве замкнутого контура выбираем прямоугольник стороны котор. границе раздела , высота h0.
АВ=CD=а
Направление обхода по часовой стрелке.
ѓЕd=0 L=ABCD
L
В каждой точке на расст AB E1 этому участку.
Поэтому циркуляция E1 на AB равна
B D
ѓЕd=E1d- E2d=0
L A C
E1a - E2a=0
a0
3) E1=E2
У вектора напряженности поля при переходе через границу раздела двух диэлектриков не меняется тангенциальная состовля-ющая.
D1/10=D2/20
Используя 3) и связь между
_ _
D и E получим:
-
D1/10=D2/20 - 4-ое условие .
На границе раздела двух диэлектриков тангенц.
_
сoставл. D изменися.
1,2,3,4 - условия позволяют правельно построить картину линий поля.
Закон преломления линий поля.
tg2=D2 /D2n td1=D1/D1n
tg2/tg1= D2D1n/ D2nD1= =D2 /D1=2/1
5) tg2/tg1=2/1 - зак. преломления линий поля.
Угол больше в той среде где больше.
Из 5) следует гуще линии поля располож. В диэлектрике где больше.
2< 1
Построить картину линий поля.
Активные диэлектрики.
(диэлектрики с особыми поляризационными свойства-ми.)
Мы рассматривали поляриза-цию однородных , изотроп-ных диэлектриков.
_ _
Ю=ж0Е
ж=const
При Е=0 у большенства диэл. Ю =0. (поляризация исчезает)
Сущ. диэлектрики с нелинейной зависемостью.
_ _
Ю от Е.
_ _
Ю ж0Е
2) Ю = f(E)
Это первый тип диэл. с особыми свойствами предста-вляет собой класс сигме-нтодиэлектриков.
У сигментодиэлектриков 2) представляет собой петлю гистерезиса.
Петля гистерезиса 1,2,3,4,5,6,1
Область 0,1 - область первич-
ной поляризации.
_ _
При уменьшении Е вектор Ю
убывоет по кривой 1,2,3.
_
При Е=0 в диэлектрике сох-
раняется остаточная поляри-
_
зация Ю 0.
_
Ю =0 в т. 3 т.е. при внеш. поле обратного направления.
Лекция.
Постоянный ток.
Проводимость металлов и газов.
Электрический ток - направленное движение зарядов.
Носители заряда - заряды создающие ток.
В электролитах - ионы
металлах - электроны
газах - ионы и электроны.
Проходимостью тока - назв. прохождение зарядов через вещество.
Типы проводимости - ионная , электронная , смешанная.
Независимо от вида проводимости для тока приняты следующие характеристики:
-
I - сила тока.
-
j - плотность тока.
Сила тока - физ. вел. численно равная заряду переносимому через поперечное сечение проводника за 1 с. (скалярная вел.)
[ I ]=A
-
I=q/A
1А = сила тока при прохождении которого через поперечное сечение проводника в 1 с переносится заряд в 1 Кл.
А - четвертая основная единица в Си.
Направлением тока считают направление положительных зарядов.
Если сила тока постоянна и направление постоянно , то говорят о постоянном токе.
(1) - справедлива для постоянного тока.
Если сила тока меняется со временем то (1) запис. следующую 2) i=dq/dt.
На основании (2) можно получить кол- во заряда переносимого через поперечное сечение проводника за единицу времени dq=idt.
t
3) q=i(t)dt
0
Плотность тока - векторная характеристика.
По определению постоянного тока плотность тока равна
_
4) j=I/S S- току
Плотность тока - физ. вел. численно равная заряду переносимому за 1с через единичную площадку поперечного сечения расположенного току.
Если ток меняется 5) j=di/dS
формула 5) дает возможность находить силу тока.
6) di=jdS=jndS
интегрируем лев. и прав. часть.
_ _
7) i=jndS =jdS
S S
Из 7) следует что сила меняющегося тоеа численно = потоку вектора плотности тока через площадь поперечного сечения.
Единицей плотности тока явл. А/м2.
Связь между плотностью тока и скор. направленного движения носителей тока.
В любом веществе проводящем ток носители тока учавствуют в непрерывном чаотич. движ.
т=<>cр т- тепловая скор.
Направленное движ. это движение которое налагается на хаотич. тепл. движ. и вынуждает носителей двигаться в определенном направлении.
<>cр- ср. знач. скор. направленного движ.
Плотность тока явл. функцией. j=f(n, qэл, <>)
1) j= qэлn<>
Для док. рассмотрим проводник постоянного сечения цилиндрич. формы.
n - число носителей тока
qэл- известно
-
j=I/S=q/St
q - вел. заряда переносимого через попереч. сечение S за время t.
=<>
V=S=<>S
qv= qэлnV - через S за 1с.
q=qvt
Подставим в 2)
i= qэлnVSt/St _ _
Отсюда следует j=qэлn<>
Условия существования тока.
Источники тока.
Э.Д.С. источника тока.
Необходимые усл. сущ. тока.:
1) наличие носителей тока
2) наличие сил вынуждающих носителей тока двигаться
3) наличие разности потенциалов вдоль поверхности проводника.
Рассм. отрезок проводника.
Для длительного поддержания тока необходимо какимто образом положительные носители тока с конца 2 перенести на торец 1.
Движение носителей тока внутри образца происходит под действ. силы электрич. природы.
Движение зарядов прекратится очень быстро: положительные скапливаются на конце 2.
Перенос зарядов из 2 в 1 осуществить невозможно (это означало бы движения (+) против Е ).
Такой перенос можно осуществить только с помощью силы другой природы не электрич. происхождения.
Этот перенос реализует устройство называемое источником тока.
За счет действия источника тока внутри проводника появл. электрич. поле напряженностью Е.
Поскольку Е поверх. проводника , то поверх. проводника не явл. эквипотонц.
2<1
2 -1=
Источ. тока независ. от принципа работы характеризует - Э.Д.С. и r - внутр. сопротивл.
Э.Д.С. - называют работу совершаемую сторонними силами по перемещению единич. полож. зар. на замкнутом участке цепи.
1) =A*/q
[]=B
Втор. определение Э.Д.С.
2
A=q(2 -1)=qЕd
1
2
2) A*=A1,2*= qЕ*d
1
E* - напряженность поля сторонних сил.
E*=F*/q
Подставим 2 в 1.
2
3) =Е*d
1
Для замкн. цепи в 3) нужно взять контурный интеграл.
4)=ѓЕ*d
L
Э.Д.С. - в замкнутой цепи = циркуляции вектора напряженности поля сторонних сил.
Зак. Ома в интегральной форме.
(обобщенный закон)
I=(2 -1)/R=U/R
R=(/S) для цилиндрич проводников.
- удельное сопротивление.
U=2 -1 совпадают только для однородного участка цепи.
На осн. зак. сохр. энерг. можно получить зак. Ома в
общей форме, из которого следуют частные случаи.
Обобщенный закон Ома -
закон для неоднородного участка цепи.
Неоднородный участок - участок содержащий источник тока.
I=((2 -1))/R1,2 - обобщенный закон.
R1,2=R+ r
Со знаком + берется тогда кокда сила тока от + к - .
Со знаком - тогда когда о - к +.
(2 -1) =U
Рассм. частный случай.
1) случай =0
I=(2 -1)/R=U/R
2) случай: замкнутая цепь
1=2 2 -1=0
3) I=/(R+r)
Зак. Ома в дифференциальной форме.
Рассм. проводник переменного сечения.
Выделим внутри элементарный объем , длинна - d , площадь поперечн. сечения dS.
dR=(d/dS)
Выделим объем соответствующей однородному участку цепи.
dI=dU/dR
dI=dU/((d/dS))
dI/dS=(1/)(dU/d)
j=(1/)E
1/ =- удельная проводимость.
_ _
J=E плотность тока в данн. точке проводника = произведению удел. Проводимости этого проводника на напряженность в этой же точке. C учетом сторонних сил для неоднородн. участка цепи зак. Ома будет:
_ _ _
j=(E+E*)
Лекция.
Дополнительные оапределения Э.Д.С.
Для замкн. цепи зак. Ома будет
I=/(R+r)
III)=IR+Ir
IR - падение внеш. напряжения.
Ir - падение внутр. напряжения.
Электродвижущая сила источника тока = сумме падений напряжения на внеш. сопр. и на внутр. участке.
Из III можно прийти к заключению что если R>>r (источник тока разомкнут) R.
IV) =IR Э.Д.С.= напряжению на клемах разомкнутого тока.
Газовый разряд.
Ионизация. Рекомбинация газов.
Газы явл. диэлектрками , и в обычных условиях не проводят эл. ток.
Все газы сост. из нейтральных атомов и малекул.
Если каким либо образом создать носители тока в газах , то они станут проводниками.(ионизация).
: УФ , R - лучи , - изл. , частицы - внешние ионизаторы.
Ионизация - это превращение нейтральных атомов и малекул в ионы.
Электроны в атомах удерживаются силами куллоновск. притяжения.
Для удаления электрона необходимо сообщить энергию равную или превышающую энергию его связи с ядром (инергия ионизации Ei).
Ei =от 5 до 20 эВ
Электрон и ион могут перемещаться под действ. эл. поля.
Свободн. электроны сталкиваясь с нейтральными атомами может войти в его состав создавая отрицательный ион.
В результате ионизации возник. 3 вида носителей тока: +ион , -ион , электрон.
Возникают два направленных друг к другу встречных потока образующие эл. ток.
Одновременно с ионизацией в газе происходит рекомбинация газа заключающаяся в исчезновении носителей тока.
Под действием внешнего ионизатора мощностью n.
(показавает сколько электронов образуется в 1 м3 за 1с.)
1) В нач. момент времени И>Р.
2) Спустя некоторое время И=Р n+=n_ устанавливается равновесие концетрации носителей тока n.
3) После выключения. И<Р
спустя время n=0.
При выполнении ситуации 2) прохождение эл. тока через газы назв. газовыми разрядами.
Число рекомбинирующих ионов в единицу времени в 1м3 оказывается пропорциональным концентрации полож. и отр. Ионов.
nr = rn2 r - коэфф. рекомбинации.
В ситуации 2 ni =nr
ni = rn2
1) n=(ni /r)
Различают два вида газовых разрядов.
1) несомостоятельный
2) самостоятельный.
Несамостоятельный разряд - такой разряд для поддержки которого необходим внеш. ионизатор.
Самостоятельный разряд - разряд без внешнего ионизатора.
Вольтамперная характеристика газового разряда.
Зак. Ома для газового рязряда.
Прохождение тока через газы удобно изучать с помощью схемы.
Для того чтобы существовал ток для газового ионизатора нужен внеш. ионизатор.
В области 1 с увеличением U прямо пропорционально растет сила тока.
В области 1 справедлив закон Ома для газов.
В обл. 2 наблюдается отклонение от прмолин. завис. и от зак. Ома.
Обл. 3 - обл. насыщения : все носители тока падают на электроны.
Обл. 1 - обл. слабых полей.
j=j++j_ j+qэлn+<+>i
В равновесии qэл(+)=(-)=e в силу преимущества однократной ионизации.
n+=n_=n
j=en(<+>+<_>)
Опыт показывает что скор. напр. движ. зависит от вел. напряженности эл. поля и подвижности.
+=b+E
_=b_E
+,_ - подвижность носителей тока.
+>b_ b=/E
Подвижность - это физ. вел. числ. = скор. упорядоч. движ. носителей тока под действием эл. поля единичной напряженности.