~1 (732340), страница 5

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

Текст из файла (страница 5)

3.Электродинамика.

3.1.Элекростатика.

Электрические заряды.

Электрический заряд- количественная мера способности тел к электромагнитным взаимодействиям. Существует два вида зарядов: положительный и отрицательный, их суммы равны Þ тела нейтральны. Положительные (отрицательные) ионы- атомы с недостающими (избыточными) электронами. Величина заряда- избыток зарядов какого-либо типа; она всегда кратна заряду электрона.

Элементарный электрический заряд.

Элементарный заряд- заряженная частица, имеющая самый маленький заряд, далее неделимый. Опытным путем было установлено, что в природе не может существовать заряда, меньшего e=-1,6 10^-19Кл. Кулон- единица измерения электрического заряда в системе «СИ». Такую частицу назвали электрон. m_e=9,1 10^-31кг.

Проводники и диэлектрики.

Проводники- вещества, в которых электрические заряды могут свободно перемещаться. К ним относятся все металлы, уголь, растворы солей, кислот и щелочей. Непроводники (изоляторы или диэлектрики)- вещества, в которых электрические заряды не могут свободно перемещаться. К ним относятся стекло, фарфор, смола, вода, масла и т. д. Полупроводники- тела, занимающие промежуточное положение между проводниками и диэлектриками.

Закон сохранения электрического заряда.

Если какая-то изолированная система (система, из которой не выходят и в которую не входят заряды) обладает определенным зарядом, то его величина остается неизменной.

Взаимодействие электрически заряженных тел.

На основе опытов было выяснено, что одноименные электрические заряды взаимно отталкиваются, а разноименные - взаимно притягиваются. Созданы две теории: дальнодействия (моментальное изменение силы при перемещении заряда) и близкодействия (изменение силы за время t=s/c).

Электроскоп.

Электроскоп- прибор для обнаружения наэлектризованности тела. Его действие основано на законе взаимодействия зарядов. Простейший электроскоп состоит из стеклянной банки, закрытой эбонитовой или резиновой пробкой, сквозь которую проходит металлический стержень с шариком на верхнем конце и листочками алюминия. Если листочки взаимно отталкиваются, то тело заряжено. Угол, на который произошло отклонение, показывает величину заряда.

Точечный заряд.

Точечный заряд- заряженная материальная точка.

Закон Кулона.

Два неподвижных точечных заряда отталкиваются или притягивают друг друга с силой, пропорциональной произведению модулей зарядов и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. Сила направлена вдоль прямой, соединяющей эти заряды. F=1/4pe₀e*q₁q₂/r². e₀-электрическая постоянная. e₀=8,85 10^-12м^-3кг^-1с⁴А². Принцип суперпозиции для кулоновских сил: кулоновская сила, действующая на точечный заряд со стороны системы точечных зарядов, равна векторной сумме кулоновских сил, действующих на этот заряд со стороны каждого из зарядов системы. Точечный заряд- заряженная материальная точка.

Электрическое поле.

Электрическое поле- особый вид материи, в которой проявляется действие электрических сил. Оно обладает свойством действовать на внесенный в него электрический заряд. Вне проводника с током электрического поля нет. Однородное электрическое поле- поле, напряженность которого во всех точках одинакова. Силовые линии в таком поле параллельны и плотность их везде одинакова.

Напряженность электрического поля.

Напряженность- векторная физическая величина, равная отношению силы, с которой электрическое поле действует на пробный заряд к величине этого заряда. Напряженность численно равна силе, действующей на единичный пробный заряд. Пробный заряд всегда положителен, всегда точечный (чтобы не искажать поле основного заряда). E=F/q, E=[H/Kл].

Линии напряженности электрического поля (силовые линии).

Под действием сил электрического поля любой заряд, внесенный в поле будет перемещаться по некоторой линии. Такие линии называются электрическими силовыми линиями. За направление силовой линии принято такое направление, по которому стал бы двигаться положительный заряд, внесенный в поле. Электрические силовые линии начинаются у положительного заряда и заканчиваются у отрицательного или же могут уходить в бесконечность. Электрические силы разрывны. Две силовые линии поля никогда не пересекаются.

Однородное электрическое поле.

Если взять две равные параллельные металлические пластины и зарядить их равными, но противоположными по знаку зарядами, то они создадут простейший вид электрического поля, называемого однородным электрическим. Однородное электрическое поле- электрическое поле, напряженность которого во всех точках пространства имеет одну и ту же величину и направление. В однородном поле силовые линии параллельны между собой и перпендикулярны к пластинам, а густота линий всюду одинакова.

Напряженность электростатического поля точечного заряда.

Любой неподвижный заряд окружен электростатическим полем. Оно обладает свойством действовать на вносимый в это поле другой электрический заряд. Для того, чтобы найти напряженность электростатического поля точечного заряда, надо внести в это поле пробный заряд. F=kq₁q₂/r², разделим обе части наq₁, тогда E=kq₂/r²=q/4pee₀r².

Принцип суперпозиции полей.

В любой точке системы, содержащей несколько зарядов, напряженность равна сумме напряженностей полей, созданных каждым зарядом системы.

Поле проводящей сферы.

Внутри сферы поле отсутствует (так как сумма электрических полей уравновешивается). Вне шара поле будет таким же, как если бы весь заряд сферы был сосредоточен в центре. Напряженность определяется по формуле для точечного заряда E=Q/4pee₀r².

Работа сил электростатического поля.

Работа сил электрического поля не зависит от пути. Она определяется только его начальным и конечным положениями. Работа сил электрического поля при движении заряда по замкнутому контуру равна нулю. Потенциальные поля- поля, в которых работа сил не зависит от формы пути. A=E_P1-E_P2.

Потенциал и разность потенциалов.

Потенциальная энергия заряда q численно равна той работе, которую могут совершить силы поля, перемещая заряд q из данной точки поля в бесконечность. Потенциал- энергетическая характеристика точек электрического поля. Потенциал какой-либо точки электрического поля измеряется потенциальной энергией точечного заряда, находящегося в этой точке. j=E_P/q. j=q/4per. Разность потенциалов между двумя точками электрического поля измеряется работой, совершаемой полем при перемещении точечного заряда из одной точки поля в другую и называется напряжением. Вольт- такая разность потенциалов между двумя точками электрического поля, при которой силы поля, перемещая заряд в 1 Кл из одной точки в другую, совершают работу в один Джоуль. [В]=[Дж/Кл].

Потенциал поля точечного заряда.

A=Fs. A=E_K(СР)(r₂-r₁)=q(r₂-r₁)/r₁r₂=q(1/r₁-1/r₂)=j_A-j_B. Устремим точку В в бесконечность, тогда j_A=q(1/r₁-1/r₂).

Связь разности потенциалов с напряженностью электростатического поля.

А=Fd=Eqd=Uq Þ E=U/d=(j₁-j₂)/d. Напряженность электрического поля численно равна изменению потенциала на единицу длины силовой линии.

Эквипотенциальные поверхности.

Эквипотенциальная поверхность- совокупность точек, имеющих одинаковый потенциал. Каждая точка поверхности, расположенной перпендикулярно силовым линиям поля, имеет такой же потенциал как любая другая точка этой поверхности. E=F/q=A/qDl=(j₁-j₂)/Dl=-Dj/Dl.

Проводники и диэлектрики в электрическом поле.

Проводниками в электрическом поле могут являться только вещества, имеющие много свободных электронов. К ним относятся металлы, растворы солей и др. Вещества, в которых нет (или очень мало) свободных электронов, называются диэлектриками (или изоляторами). К ним относятся вода, смола и др. Существуют вещества, которые не принадлежат ни к проводникам, ни к изоляторам, они называются полупроводниками.

Диэлектрическая проницаемость вещества.

Абсолютная диэлектрическая проницаемость среды(eа)- величина, позволяющая учесть влияние изолирующей среды на силу взаимодействия наэлектризованных тел. F=q₁q₂/eaR². eа=ee₀. e₀- электрическая постоянная.e- диэлектрическая проницаемость среды. Она показывает во сколько раз сила взаимодействия между электрическими зарядами в данной среде меньше, чем в вакууме. Для вакуума e=1. F=q₁q₂/4pee₀R².

Электроемкость.

Электроемкость- коэффициент пропорциональности между зарядом уединенного проводника и его потенциалом (но не зависит от них). Она зависит только от формы, размеров и среды, в которую помещается проводник. За единицу емкости принимают емкость такого проводника, у которого потенциал возрастает на 1 Вольт при сообщении ему заряда в 1 Кулон, эту единицу называют Фарадом. [Ф]=[Кл/В]. 1 Фарад- емкость такого конденсатора, при сообщении которому заряда в 1 Кулон происходит возникновение разности потенциалов 1 Вольт.

C=q/j ü

j=q/4pe₀R ý Þ C=4pe₀R

j=q/C þ

Конденсаторы.

Конденсаторы- устройства, предназначенные для накопления зарядов. Образующие конденсатор проводники называют его обкладками. Емкость конденсатора определяется как отношение заряда конденсатора к разности потенциалов между его обкладками. C=Q/Dj=Q/U.

Поле плоского конденсатора.

Плоский конденсатор- конденсатор, имеющий две изолированные друг от друга пластины, разделенные слоем диэлектрика, причем геометрический размер пластин гораздо больше расстояния между ними. Поле между пластинами однородно, причем его напряженность не изменяется при изменении расстояния между пластинами (при условии, что расстояние между пластинами много меньше их размеров). E=-Dj/d.

Электроемкость плоского конденсатора.

Электроемкость конденсатора- физическая величина, определяемая отношением заряда конденсатора к разности потенциалов. С=ee₀S/d.

Последовательное и параллельное соединение конденсаторов.

При последовательном соединении конденсаторов Соб=Сi/n. При параллельном- Соб=nСi.

Энергия заряженного конденсатора.

Чтобы зарядить конденсатор, необходимо совершить работу. Две пластины обладают различным по модулю зарядом, положительная пластина создает поле E₀=Q/2Se₀; отрицательная пластина притягивается. Чтобы переместить отрицательную пластину от положительной на расстояние d, надо совершить работу A=Fd=QE₀d=QE_Pd/2=QU/2=Q²/2C=CU²/2=ee₀E²V/2=W.

Энергия электрического поля.

Электрическое поле обладает энергией, которую можно определить как работу по созданию этого поля. W_Э=_+¥ò⁰F(dr), где r- расстояние. W_Э=Uq/2-для поля постоянного тока.

3.2.Постоянный ток.

Электрический ток.

Электрический ток- упорядоченное движение электрических зарядов. Возникает при действии на проводник электрической силой. Источники тока- устройства, которые создают электрическое поле внутри проводника и поддерживают его достаточно длительное время. Скорость тока (скорость распространения электрического поля) равна скорости света.

Сила тока.

Сила тока- количество электричества, проходящее через поперечное сечение проводника в единицу времени. I=q/t. Ток измеряется в Амперах. 1 Ампер- сила такого неизменного тока, который, проходя по двум бесконечно длинным, параллельным и прямолинейным проводникам ничтожно малого кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м друг от друга в вакууме, вызывает между этими проводниками силу взаимодействия 2 10^-7 Н на каждый метр.

Условия существования тока в цепи.

Электрический ток возникает только при наличии свободных электронов и некоторой разности потенциалов, заставляющей их двигаться. Заряды двигаются от большего потенциала к меньшему. Для поддержания тока надо наличие сторонних сил, которые бы перемещали заряды обратно, против электрических сил. Такими силами являются источники тока.

Электродвижущая сила (ЭДС).

ЭДС- физическая величина, равная отношению работы сторонних сил внутри источника к величине положительного заряда, переносимого внутри источника от отрицательного к положительному полюсу. ЭДС- разность потенциалов на концах источника при разомкнутой цепи. Последовательное соединение источников: E=nEi, параллельное соединение источников: E=Ei.

Напряжение.

Напряжение- это скалярная физическая величина, численно равная работе по перемещению единичного положительного заряда из одной точки в другую. U=А/q=-Dj/q. Напряжение может быть только между двумя точками. 1 Вольт- такое напряжение между двумя точками, при котором перемещение положительного заряда, равного 1 Кулон, из одной точки в другую, сопровождается совершением работы, равной 1 Джоуль, силами электрического поля.

Закон Ома для участка цепи.

Протекающий в проводнике ток прямо пропорционален приложенному напряжению и обратно пропорционален сопротивлению проводника. I=U/R.

Характеристики

Список файлов реферата