physics_saveliev_2 (535939), страница 4
Текст из файла (страница 4)
д. Более подробно, чем это обычно делается в вузовских учебниках, изложены дна- и парамагнетизм, зонная теория металлов и полупроводников, газовый разряд н электромагнитные волны. При этом автор отказался от некоторых встречающихся в учебниках упрощений, искажающих сущность явлений и ставящих в тупик думающего читателя. Например, определение уровня Ферми как максимальной энергии электронов при абсолютном нуле оставляет совершенно непонятным возникновение контактной термо-э.д,с, (ибо прн таком определении уровень Ферми из функции от температуры превращается в характерную для данного металла константу). Такое определение неприменимо также к полупроводникам, у которых уровень Ферми попадает в запрещенную зону. В качестве второго примера можно указать объяснение излучения электромагнитных волн диполем с помощью так называемого отшнуровывания силовых линий. Во-первых, это «отшнуровывание» создает лишь видимость объяснения — по-настоящему его понять нельзя.
Вместе с тем оно является в принципе неверным, поскольку никак не учитывает лежащих в основе возникновения и распространения волн единства и взаимосвязи электрического и магнитного полей. В рассуждениях об отшнуровыванни возникновение электрического и возникновение магнитного полей волны рассматриваются совершенно независимо друг от друга, что противоречит истинной физической сути явлений. Изложение ведется в Международной системе единиц (СИ). До последнего времени в советской физиче-. ской литературе (в частности, во всех учебниках теоретической физики) применялась гауссова система единиц.
Поэтому мы сочли необходимым познакомить читателя и с этой системой. Весь текст, относящийся к гауссовой системе, дан петитом и может быть полностью опущен читателем, если эта система не представляет для него интереса. В приложениях в конце книги даны единицы измерения электрических и магнитных величин в СИ и в гауссовой системе, а также сопоста.влен вид основных формул электромагнетнзма в обеих системах. Приношу большую благодарность заведующему кафедрой физики Московского энергетического института профессору В.
А. Фабриканту и преподавателям этой кафедры И. П. Федоровой и Ю. Б. Горбатову за ряд весьма полезных советов и замечаний. Считаю также долгом выразить признательность редактору книги Е. Б. Кузнецовой, 'много сделавшей для исправления н улучшения текста, И.
Савельев ГЛАВА 1 ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ В ВАКУУМЕ и Е Введение Из школьного курса физики известно, что при определенных условиях тела приобретают электрический заряд (электризуются). Наличие электрического заряда проявляется в том, что заряженное тело взаимодействует с другими заряженными телами. Имеется два вида электрических зарядов, условно называемых положительным и отрицательным. Заряды одного знака отталкиваются, разных знаков — притягивают друг друга. Электрический заряд является неотъемлемым свойством некоторых так называемых элементарных частиц. Заряд всех элементарных частиц (если он не равен нулю) одинаков по абсолютной величине. Его можно назвать элементарным зарядом. Обозначать его мы будем буквой е.
К числу элементарных частиц принадлежат, например, электрон (несущий отрицательный заряд), протон (несущий положительный заряд) и нейтрон (заряд которого равен нулю). Поскольку из этих частиц построены атомы вещества, электрические заряды оказываются органически входящими в состав всех тел. Обычно частицы, несущие заряды разных знаков, присутствуют в равных количествах и распределены в теле с одинаковой плотностью.
В этом случае алгебраическая сумма зарядов в любом элементарном объеме тела равна нулю, н каждый такой объем (и тело в целом) будет нейтральным. Если каким-либо образом (например, натиранием) создать в теле избыток частиц одирго знака (соответственно недостаток частиц другого знака), тело окажется заряженным. Можно также, не изменяя общего количества положительных и отрицательных частиц, вызвать их перераспределение в теле таким образом, что в одной части тела возникнет избыток зарядов одного знака, в другой — другого.
Это можно осуществить, при. близив к металлическому телу другое заряженное тело. Поскольку всякий заряд д образуется совокупностью элементарных зарядов, он является целым кратным е: Однако элементарный заряд настолько мал (см. 5 3), что возможную величину макроскопических зарядов можно считать изменяющейся непрерывно. Электрические заряды могут исчезать и возникать вновь. Однако всегда возникают нли исчезают одновременно два элементарных заряда противоположных знаков. Поэтому суммарный заряд электрически изолированной системы ') не может изменяться. Это утверждение носит название закона сохранения электрического з а р я д а.
Если заряженные частицы, например электроны, могут более нли менее свободно перемешаться в пределах тела, то соответствующее вещество способно право. дить электрический ток. Носителями заряда, движение которых создает ток, могут быть не только электроны, ио и ионы, т. е. атомы или молекулы, потерявшие либо присоединившие к себе один или несколько электронов. В соответствии со способностью проводить электрический ток все вещества подразделяются на диэлектрики (или изоляторы), проводники и полупроводники. Идеальных изоляторов в природе не существуе~. Все вещества хотя бы в ничтожной степени проводят электрический ток.
Однако вещества, называемые диэлектриками, проводят ток в !Вм — (бас раз хуже, чем вещества, называемые проводниками, Полупроводниками называется обширная группа веществ, которые по способности про- ') Система называется злектрически изолированной, если через отраничиваюшую ее поверхность не может течь алектричесиий ток. 12 водить ток заполняют промех<уточную область между проводниками и диэлектриками.
Помимо величины проводимости полупроводники отличаются от проводников рядом других особенностей. $2. Взаимодействие зарядов. Закон Кулона Как уже отмечалось, наличие у тела электрического заряда проявляется в том, что такое тело взаимодействует с другими заряженными телами. Тела, несущие заряды одинакового знака (нлн, как говорят, заряженные одноименно), отталкивают друг друга. Тела, заряженные разноименно, притягиваются друг к другу. Закон, которому подчиняется сила взаимодействия так называемых точечных зарядов, 'был установлен в (ТВ5 г. Кулоном. Точечным зарядом называется заряженное тело, размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстояниями от этого тела до других тел, несущих электрический заряд.
С помощью крутильных весов (рис. ! ), подобных тем, которые были использованы Кавендишем для определения гравитационной постоянной (см. т. (, в 46). Кулон измерял силу взаимодействия двух заряженных шариков Ряс к в зависимости от величины зарядов на них и от расстояния между ними. Прн этом Кулон исходил из того, что при касании к заряженному металлическому шарику точно такого же незаряженного шарика заряд распределяется между обоими шариками поровну. В результате своих опытов Кулон пришел к выводу, что сила взаимодействия двух точечных зарядов пропорциональна величине каждого из зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Направ.
ление силы совпадает с проходящей через заряды пря. мой. Закон Кулона может быть выражен следующей формулой: (2.!) где й — коэффициент пропорциональности, г)~ и г)а — вели. чины взаимодействующих зарядов, г — расстояние меж. ду ними. В случае одноименных зарядов сила, вычисленная по форлгуле (2.1), оказывается положительной (что соответствует отталкиванию между зарядами). В случае разноименных зарядов сила отрицательна (что соответствует притяжению зарядов друг к другу) ').
Закон Кулона можно записать в векторном виде: (2.2) ге' г' В этом выражении под г следует подразумевать вектор, проведенный от одного заряда к другому и имею. щий направление к тому из рт зарядов, к которому приложена сила 1 (рис. 2). Зная закон. взаимодейРис. 2. ствия между точечными зарядами, можно вычислить силу взаимодействия между зарядами, сосредоточенными па телах конечных размеров.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
