151155 (598916)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО

Электрический заряд. Взаимодействие заряженных тел.

Закон Кулона. Закон сохранения заряда

Электрический заряд – это физическая величина, характеризующая свойство тел или частиц вступать в электромагнитное взаимодействие. Существует два вида зарядов, которые условно называют положительными и отрицательными. Единица измерения заряда в СИ -– кулон (Кл). Она выражается через основную единицу СИ – ампер (А).

.

Носителями заряда являются элементарные частицы. Электрический заряд любого тела состоит из целого числа n элементарных зарядов

,

где - элементарный заряд.

Заряд электрона – е, заряд протона +е.

Точечным зарядом называют заряженное тело, размерами которого можно пренебречь. Закон взаимодействия неподвижных точечных зарядов экспериментально установил Кулон.

Закон Кулона:

Сила электрического взаимодействия между двумя точечными электрическими зарядами прямо пропорциональна произведению величин зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и направлена вдоль прямой, соединяющей эти заряды.

,(3.1)

где - для вакуума;

- для среды;

- электрическая постоянная,

- относительная диэлектрическая проницаемость среды.

Одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются .

Закон сохранения электрического заряда.

Алгебраическая сумма электрических зарядов замкнутой системы тел остается постоянной при любых процессах в этой системе:

.

Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Электрическое поле точечного заряда. Принцип суперпозиции полей.

Электрические заряды не действуют друг на друга непосредственно. Каждый из них создает в окружающем пространстве электрическое поле.

Электрическое поле – вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие электрических зарядов. Если электрические заряды неподвижны, то поле является электростатическим.

Напряженность поля – физическая величина, равная отношению силы, с которой поле действует на точечный положительный (пробный) заряд q, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда:

(3.2)

вектор напряженности совпадает по направлению с вектором силы. Единица измерения напряженности или (вольт на метр).

Напряженность электростатического поля точечного заряда Q можно определить, используя закон Кулона:

и формулу (3.2):

(3.3)

Здесь r – расстояние от заряда до точки, в которой определяется напряженность. Для изображения поля используют линии напряженности (силовые линии), касательные к которым в каждой точке дают направление вектора напряженности.

На рис. показаны силовые линии точечного положительного заряда, на рис. – отрицательного заряда. Густота силовых линий там больше, где больше напряженность поля.

Каждый электрический заряд создает электрическое поле независимо от наличия других зарядов.

Принцип суперпозиции:

напряженность поля, созданная двумя и более зарядами, находится как векторная сумма полей, созданных каждым зарядом в отдельности.

3.3 Электромагнитная индукция. Магнитный поток

В 1831 г. Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, заключающееся в возникновении тока под действием переменного магнитного поля. Схема опытов Фарадея приведена на рисунках. Он установил, что ток в первой катушке возникает:

• при движении постоянного магнита относительно катушки (рис.);

• при изменении тока во второй катушке ;

• при движении катушек относительно друг друга (во второй при этом существует постоянный ток).

Отсюда можно сделать вывод:

в замкнутом контуре возникает ток при изменении магнитного потока, пронизывающего контур.

Магнитным потоком Ф через поверхность площадью S называется скалярная величина, равная произведению модуля вектора магнитной индукции на площадь S и косинус угла между нормалью к поверхности и вектором (рис.):

Магнитный поток можно наглядно истолковать как величину, пропорциональную числу линий магнитной индукции, пронизывающих контур.

Единица измерения потока – вебер:

Величина индукционного тока пропорциональна скорости изменения магнитного потока, отсюда с учетом закона Ома следует закон для ЭДС индукции.

ЭДС индукции равна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего контур (производной от потока по времени):

(3.20)

Знак минус в правой части отражает правило Ленца.

Правило Ленца гласит:

возникающий в замкнутом контуре ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он был вызван (то есть) противодействует причине, его породившей).

На рис. показан опыт с внесением магнита в замкнутое кольцо. Возникающий в кольце индукционный ток создает магнитное поле, препятствующее внесению магнита, и отталкивает кольцо от магнита. При внесении магнита в разрезанное кольцо эффект отсутствует.

Явление самоиндукции. Энергия магнитного поля

Явление возникновения ЭДС в проводнике с током при изменении собственного магнитного потока, создаваемого этим током, называется самоиндукцией, а возникающую ЭДС – ЭДС самоиндукции.

Магнитный поток, создаваемый магнитным полем любого проводника, пропорционален силе тока в проводнике (как и магнитная индукция – см. (3.18) и (3.19)):

где L – индуктивность проводника, величина, зависящая от его длины и формы.

С учетом закона электромагнитной индукции (3.20) получим:

(3.21).

Индуктивность численно равна ЭДС самоиндукции, возникающей в данном проводнике при изменении в нем тока за единицу времени, и в СИ измеряется в генри:

.

Для увеличения индуктивности проводник наматывается в виде катушки, индуктивность которой зависит:

• от числа витков

• магнитной проницаемости сердечника (если он помещен в катушку).

Явление самоиндукции можно наблюдать на опыте (рис.3.31).

При замыкании цепи лампа, включенная в цепь с катушкой индуктивности, загорается позже вследствие возникновения ЭДС самоиндукции, препятствующей быстрому нарастанию тока.

Для создания в проводнике с индуктивностью L силы тока I источник тока должен совершить работу против ЭДС самоиндукции. Из закона сохранения энергии следует, что при этом энергия источника тока превращается в энергию магнитного поля.

Эту энергию определяют по формуле:

После размыкания цепи ток не исчезнет мгновенно, а какое-то время существует за счет этой энергии.

Магнитные свойства вещества. Магнитная проницаемость.

Ферромагнетики

Электроны в атомах вещества представляют собой замкнутые токи, создающие собственное магнитное поле. Хаотические направления полей отдельных атомов дают в сумме собственное нулевое поле. Если вещество находится во внешнем магнитном поле, то электронные поля частично поворачиваются в направлении внешнего поля и усиливают его. Этот процесс называется намагничивание.

Индукция общего поля

где и - векторы индукции внешнего и внутреннего полей.

Магнитная проницаемость – отношение модулей векторов индукции

показывает, во сколько раз поле в веществе больше внешнего поля.

Ферромагнетики:

• железо,

• кобальт,

• никель и др.

В ферромагнетиках существуют области сильного самопроизвольного намагничивания размерами порядка 0,01 мм (домены). При появлении внешнего поля направления полей доменов переключаются на направление поля и значительно его усиливают (в 10000 – 100000 раз). У ферромагнетиков результирующее внешнее поле может сохраняться и при =0 (постоянные магниты). Ферромагнетики относятся к сильномагнитным веществам.

Большинство веществ в природе являются слабомагнитными. К парамагнетикам, к которым относятся:

• кислород;

• алюминий;

• платина и др.

У парамагнетиков магнитная проницаемость чуть больше единицы (на величину ).

К диамагнетикам относятся:

• азот;

• серебро;

• висмут и др.

У диамагнетиков магнитная проницаемость чуть меньше единицы (на величину ).

В диамагнетиках магнитное поле меньше, чем в вакууме. Атомы диамагнетика при отсутствии внешнего поля не создают собственного магнитного поля (магнитные поля «кольцевых токов» электронов в таких атомах компенсируют друг друга). При появлении внешнего поля движение электронов изменяется таким образом, как будто возник дополнительный индукционный ток, создающий в соответствии с правилом Ленца магнитное поле, противоположное внешнему.

Электрический ток. Сила тока.Электродвижущая сила

Электрический ток – это упорядоченное движение электрических зарядов. В металлах носителями заряда являются электроны, в электролитах – ионы, в газах – ионы и электроны.

Силой тока называется физическая величина, численно равная заряду, переносимому за единицу времени через поперечное сечение проводника

.

Силу тока в СИ измеряют в амперах. Один ампер – это основная единица в СИ, она определяется по силе магнитного взаимодействия токов.

За единицу силы принимают силу такого тока, при котором отрезки параллельных проводников длиной 1 м, находящиеся на расстоянии 1 м в вакууме, взаимодействуют с силой .

Через единицу силы тока определяются другие электрические единицы, например

.

Если сила тока и его направление со временем не меняются, то такой ток называют постоянным.

Для поддержания тока в замкнутой цепи необходимо наличие сил неэлектростатической природы (сторонних сил), способных совершать работу по переносу заряда в замкнутой цепи.

Сторонние силы действуют обычно лишь на части замкнутой цепи – в источнике тока. Происхождение этих сил в разных источниках различно:

• в гальванических элементах и аккумуляторах эти силы имеют химическую природу,

• в фотоэлементах разделение зарядов происходит в результате действия света на полупроводник,

• в генераторах – за счет движения проводников в магнитном поле.

Чем больший заряд перемещается по проводнику, тем большая работа совершается.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов книги