Шпаргалка - Электричество и магнетизм, страница 4
Описание файла
Документ из архива "Шпаргалка - Электричество и магнетизм", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "физика" из 2 семестр, которые можно найти в файловом архиве МПУ. Не смотря на прямую связь этого архива с МПУ, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "к экзамену/зачёту", в предмете "физика" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "Шпаргалка - Электричество и магнетизм"
Текст 4 страницы из документа "Шпаргалка - Электричество и магнетизм"
Покажем что вектор поляризации равен (для точек взятых внутри диэлектрика).
?= '
Пусть во внеш. поле Е0 нах. массивный образец.
V=S
Независимо от способа поляриз. справа будет +' , справа -'.
_
Pi =q=S'=
i
?='S/S ='
Эл. поле внутри диэлектрика.
Вектор эл. смещения.
Рассм. поляризацию однородного , изотропного диэлектрика (ж -const) внесенного во внеш. однородное поле поле Е0 образованное плоским конденс.
На образце появятся поверхностные связанные заряды.
+' , -'. _
Связ заряды созд. поле Е'
_
напр противополож. Е0.
_ _ _
Е=Е0+Е' Е= Е0+Е'
Е=Е0 - '/0=E0 - ж0E/0
E+жE=E0
(1+ж)= E0
1+ж=
E=E0/ - напряженность поля в диэлектрике внесенного во внеш. поле Е0.
Напряженность поля в диэлектр. Уменьшется в раз при условии что на обкладках конденс. остаются постоянными.
Если диэлектрик вносится в плоский конденс. подключенный к источнику напряжения , напряженность остается =Е0.
Е=Е0
0Е=0Е0 D0=0Е0
D=D0=
В таком случае эл. смещение одинаково в вакууме и в диэл.
Лекция.
=const E=Е0/0
E созд. всеми видами зарядов как свободными так и связанными.
D = D0
диэл в возд
U=const
=const
Е0=E
D=D0
Связь между связанными и свободными и свободными зарядами ( и' ).
Связь между и' устанавл.на основании выраж. для напряж. поля.
Е= Е0 - Е'
Е0/=Е0 - Е'
/0=/0-'/0
/= -'
'=( - 1/)
Связь между Е , D , ?.
_ _
D=0E=(1+ж)0E=
_ _
=0E+ж0E0
_ _
D=0E+? - связь
Теор. Гаусса при наличии диэлектриков.
Для воздуха и для вакуума две равные теор. Гаусса.
1) ?Dnds=qi
S i
2) 0Ends=qi
i
1)=2)
При наличии деэлектриков значимость 1) и 2) различна. В формуле 2) при наличии диэлектрика в прав. часть надо добавить алгебраич. сумму всех связанных зарядов 2)'0Ends=qi+
i
+qi'
i
Вел. связанных зарядов зависет от Еn.
Поток вектора эл. смещения сквозь произвол. замкн поверх. равен алгебраич. сумме всех свобод. зарядов заключ. внутри поверхности.
?Dnds=qi - теор. Гаусса
S i при наличии диэлектрика.
Явление на границе двух диэлектриков .
Граничные условия.
Закон преломления линий поля.
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.
?Еd=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.
?Еd=0 L=ABCD
L
В каждой точке на расст AB E1 этому участку.
Поэтому циркуляция E1 на AB равна
B D
?Еd=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.
_ _
?=ж0Е
ж=const
При Е=0 у большенства диэл. ? =0. (поляризация исчезает)
Сущ. диэлектрики с нелинейной зависемостью.
_ _
? от Е.
_ _
? ж0Е
2) ? = 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 ?
убывоет по кривой 1,2,3.
_
При Е=0 в диэлектрике сох-
раняется остаточная поляри-
_
зация ? 0.
_
? =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)=?Е*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.