Закон Ома для участка цепи. Вольт - амперная характеристика тока. Соединение проводников.

Электрический ток. Действие электрического тока. Условия существования электрического тока. Основные характеристики электрического тока.

Электрический ток — это упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц.

1. Направленное движение свободных зарядов в проводнике под действием сил тока называется электрическим током проводимости или электрическим током.
2. За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц,которое совпадает с направлением электрического поля.
Действия тока:
• Проводник, по которому течёт ток, нагревается.
• Электрический ток может изменять химический состав проводника.

• Ток оказывает силовое воздействие на соседние токи и намагниченные тела, что является основным свойством тока.
Условия существования электрического тока.
• Наличие свободных заряженных частиц
• Наличие электрического поля

Основные характеристики электрического тока
1. Характеристика тока (самая зависимая величина). Величина, измеряемая отношением заряда, проходящего через поперечное сечение проводника за какой-нибудь промежуток времени, к величине этого промежутка, называется силой тока. Если сила тока со временем не меняется, то ток называют постоянным.

I=g/t, кл/с=А

2. Характеристика источника питания(зависимая только от силы электрического поля). Напряжение - это физическая величина, характеризующая работу электрического поля по перемещению заряда

U=A/g, Дж/кл=В

З. Характеристика проводника. Электрическое сопротивление выражается в Омах.

Ом=В/А

Закон Ома для участка цепи. Вольт - амперная характеристика тока. Соединение проводников.

Когда по какому-либо участку протекает ток, то между силой тока и напряжением для этого участка существует определённая функциональная зависимость, которую называют вольт-амперной характеристикой.
Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах проводника и обратно пропорциональна его сопротивлению.

I=U/R

Соединение проводников
• Последовательное соединение
1. При последовательном соединении сила тока во всех участках цепи одинакова ‘

2. При последовательном соединении напряжение на внешней цепи равно сумме напряжений на отдельных участках
U=U+U+U
З. Напряжение на отдельных участках цепи при последовательном соединении прямо пропорциональны сопротивлениям участков

UUU=RRR
4. При последовательном соединении эквивалентное сопротивление всей цепи равно сумме сопротивлений отдельных участков цепи

R=R+R+R
• Параллельное соединение
1. При параллельном соединении напряжения на отдельных ветвях и на всём разветвлении одинаково

U=U=U=U
2. Ток до и после разветвления равен сумме токов в отдельных ветвях

I=I+I+I

3. Токи в отдельных ветвях разветвления обратно пропорциональны сопротивлениям этих ветвей
I+I+I=1/R+1/R+1/R

4. Проводимость всего разветвления равна сумме проводимостей. отдельных ветвей

1/R=1/R+1/R+1/R

3. Закон Ома для полной цепи. Физический смысл ЭДС. Внутренней и внешнее сопротивление цепи. Соединение одинаковых источников электрической энергии в батарею.

Сила тока в электрической цепи с одним источником ЭДС прямо пропорциональна электродвижущей силе и обратно пропорциональна сумме сопротивлений внешней и внутренней цепей.

I= ɛ/(R+r)

Величина, измеряемая отношением работы сторонних сил, совершаемой источником тока при перемещении заряда по замкнутой цепи, к величине заряда, называется электродвижущей силой источника (ЭДС)
ɛ=A/g - ЭДС численно равна энергии, полученной единичным электрическим зарядом во внутренней цепи, а напряжение равно той энергии, которую он теряет во внешней цепи.

Внутренней цепью является источник электрической энергии, а внешней — вся остальная часть.

 

4. Зависимость сопротивления проводника от температуры. Температурный коэффициент сопротивления. Сверхпроводимость.

Концентрация электронов проводимости в металлах практически не зависит от внешних условий, в частности от температуры. Время же свободного пробега и, следовательно, число соударений электронов с ионами решётки зависит от температуры. Поэтому удельное сопротивление металлов должно зависеть от температуры. При повышении температуры сопротивление всех металлов увеличивается приблизительно пропорционально их абсолютной температуре.
Каждое вещество можно характеризовать постоянной для него величиной, называемой температурным коэффициентом сопротивления.

Он показывает, во сколько раз увеличивается сопротивление проводника, относительно первоначальной температуры, при повышении температуры на один градус.

ρ=ρ(1+α∆T)

Сверхпроводимость - свойство многих проводников, состоящее в том, что их электрическое сопротивление скачком падает до нуля при охлаждении ниже определённой критической температуры Тк, характерной для данного материала.

5. Измерительные приборы электрического тока. Изменение цены деления измерительных приборов.

Измерительными приборами электрического тока являются: вольтметр и амперметр.

Чемсопротивление вольтметра меньше сопротивления измеряемого участка, тем точнее показания вольтметра.
Изменение цены деления вольтметра, или расширение его придела, производят так: к вольтметру последовательно включают добавочное сопротивление R=(n-1)R.

Чем сопротивление амперметра меньше сопротивления измеряемого участка, тем точнее показания амперметра.
Изменение цены деления амперметра, или расширение его предела, проводят так: к амперметру параллельно присоединяют шунт R=R/(n-1)

6. Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля - Ленца. Короткое замыкание электрической цепи.

Работа переноса электрического заряда в электрическом поле оценивается произведением величины перенесенного заряда на величину разности потенциалов между начальной и конечной точками переноса, т.е. на величину напряжения. А = [дж] или [кВт*ч] A=gU

Мощность тока на участке цепи измеряют работой тока за единицу времени P=A/t

Закон Джоуля – Ленца. Количество тепла, выделенного током в проводнике, прямо пропорционально сопротивлению проводника, квадрату силы тока и времени его прохождения. Q=I2Rt

Количество теплоты, выделенное током в каждом проводнике при последовательном соединении, прямо пропорционально сопротивлению этих проводников.

Количество теплоты, выделенной током в параллельно соединённых участках цепи без ЭДС, обратно пропорционально сопротивлению этих участков.
При последовательном соединении большее количество теплоты выделяется в проводнике с большим сопротивлением, а при параллельном соединении - с меньшим.

Короткое замыкание — электрическое соединение двух точек электрической цепи с различными значениями потенциала, не предусмотренное конструкцией устройства и нарушающее его нормальную работу. Короткое замыкание может возникать в результате нарушения изоляции токоведущих элементов или механического соприкосновения неизолированных элементов. Также коротким замыканием называют состояние, когда сопротивление нагрузки меньше внутреннего сопротивления источника питания.

7. Основные положения электронной теории проводимости металлов (работа выхода, потенциальная яма, термоэлектронная эмиссия).

Электронная теория металлов (Пауля Друде)
• Свободные электроны в металлах ведут себя как молекулы идеального газа

• движение свободных электронов в металлах подчиняется законам Ньютона.
• Свободные электроны в процессе хаотического движения сталкиваются преимущественно с нонами кристаллической решётки.
• двигаясь до следующего столкновения с ионами, электроны ускоряются электрическим полем и приобретают кинетическую энергию.

Потенциальная кривая имеет вид потенциальной ямы, где обозначается глубина потенциальной ямы, в которой находится электрон. Для выхода из металла электрон за счёт своей кинетической энергии должен совершить
работу, равную по величине потенциальной ямы А= ΔП. Такой скачок может совершить электрон только под действием электрического поля ΔП=eΔφ.
Минимальную работу, которую должен совершить электрон за счёт своей кинетической энергии для того, чтобы выйти из металла, называют работой выхода.

При нормальных условиях средняя кинетическая энергия хаотического движения электронов меньше работы выхода. При нагревании кинетическая энергия электронов возрастает, следовательно, у электрона появляется возможность вылететь из металла. Вылет свободных электронов из металла, вызванный его нагреванием, называется термоэлектронной эмиссией.

8. Контактная разность потенциалов, эффект Пельтье.

Причины электризации тел при соприкосновении:
- Различие в работе выхода электронов из металлов.
Разность потенциалов, возникающую между соприкасающимися металлами при подвижном равновесии потоков электронов, называют контактной разностью потенциалов (не зависит от температуры).

- Неодинаковая плотность электронного газа в металлах.

Такая контактная разность потенциалов не превышает нескольких сотых долей вольта и возрастает при повышении температуры, т.к. хаотическое движение электронов с повышением температуры увеличивается.

Обнаружено в 1834 г. французским учёным Жаном Пельтье. Если в цепь из двух разнородных металлов включить источник электрической энергии, создающий электрический ток, в спае электроны будут ускоряться, т.к. силы поля переходной области в этом контакте будут действовать на электроны в сторону их движения, а в другом спае тормозиться, т.к. они должны преодолевать контактную разность потенциалов. Таким образом, во втором контакте кинетическая энергия электронов будет переходить в потенциальную энергию (лишняя энергия выделяться), а в первом контакте, наоборот, их потенциальная энергия будет переходить в кинетическую (энергия поглощаться). Если изменить направление тока, то нагревание контактов меняется местами.

9. Природа электрического тока в электролитах (электролитическая диссоциация. электролиз. законы электролиза, применение электролиза).

Распад молекул на ионы под действием растворителя называют электролитической диссоциацией.

Прохождение электрического тока через электролиты, сопровождающееся химическими превращениями вещества и выделением его на электродах, называется электролизом.

Законы электролиза Фарадея. Масса вещества, выделяющегося при электролизе, прямо пропорциональна количеству электричества, протекшего через раствор m=kIt – 1 закон
Электрохимические эквиваленты различных веществ прямо пропорциональны их химическим эквивалента (2 закон Фарадея).

Применение: А) Рафинирование — очищение металлов под действием электролиза.
Б) Добывание алюминия (в 1881 г. алюминий стоил как золото).
В) Электроэкстракция — получение цинка и никеля.
Г) Гальваностегия — покрытие металлических предметов тонким слоем другого металла.
д) Гальванопластика — электролитическое осаждение металла на поверхность предмета для воспроизведения формы.

Е) Электрополировка — поверхность анода полируется.
Ж) Коррозия природный электролиз.

10. Электрический ток в газах. Ионизация газа, воль - амперная характеристика. Самостоятельный и несамостоятельный разряд.

Процесс протекания тока через газ называется газовым разрядом.

Ионизация газа — это отрыв от атомов или молекул газа одного или нескольких электронов. В результате ионизации в газе возникают свободные носители заряда и он приобретает способность проводить электрический ток.
Ионизаторами газов могут быть: Высокая температура; рентгеновское, ультрафиолетовое — излучение т.д.
Вольт-амперная характеристика тока в газах. Газ, находящийся между двумя заряженными пластинами, подвергается ионизации. Повышая напряжение на пластиках конденсатора и измеряя силу тока, можно получить зависимость силы тока от напряжения. При небольших напряжениях ток в газе подчиняется закону Ома

Первичная ионизация идёт за счёт внешних воздействий (несамостоятельный разряд); Вторичная ионизация идёт за счёт неупругого соударения электрона с атомом (самостоятельный разряд).

11. Катодные лучи и их свойства. Плазма, её свойства и применение.

Поверхность катода испускает особого рода лучи, распространяющиеся, подобно световым лучам, прямолинейно — катодные лучи.
Свойства: 1) сами невидимы, заставляют светиться другие вещества; 2) способны проходить сквозь тонкие металлические пластинки; З) ионизируют воздух; 4) действуют на фотографическую бумагу.
Плазма — частично или полностью ионизированный газ. Вещество в таком состоянии электрически нейтрально, но содержит равные количества положительных и отрицательных зарядов.
Свойства плазмы:
• Особое четвёртое состояние вещества.
• Легко перемещаются за счёт электрических и магнитных полей.
• Действуют кулоновские силы взаимодействия.
• Легко возбуждаются колебания и волны.
• По проводимости приближенно к сверхпроводникам

Плазма применение:
• Возникает при всех видах разряда.
• Газовые лазеры.
• Магнитодинамические генераторы.
• Маломощные, плазменные двигателя на космических кораблях.
• Плазмотрон — газоразрядное устройство для получения низкотемпературной плазмы.
• Для управляемых термоядерных реакций.

12. Электрический ток в вакууме. Односторонняя проводимость. Работа вакуумного диода и транзистора.

Полный вакуум является идеальным изолятором, для существования электрического тока в вакууме, нужно искусственно ввести в это пространство свободные электроны (с помощью эмиссионных явлений). Термоэлектронная эмиссия — процесс испускания электронов нагретыми металлами.

Односторонняя проводимость. При накаливании проволочки, которая служит катодом лампы, происходит термоэлектронная эмиссия и в лампе появляются свободные электроны, которые держаться вокруг катода и создают отрицательный пространственный заряд, называемый электронным облаком.
Увеличение пространственного заряда происходит за счёт увеличения температуры накала. Если анод лампы подсоединить с отрицательным полюсом, а катод — с положительным, тогда электрическое поле начнёт возвращать электроны обратно на катод и тока в анодной цепи не будет. Если с анодом лампы соединить с плюсом батареи, а катод — отрицательным, то в лампе начнёт перемещаться электроны к аноду, через лампу пойдёт ток.
Электронные лапы замечательны тем, что они пропускают ток только в одном направлении.
Применение: выпрямление переменного тока.
Недостатки: хрупкие; габаритные; трудоёмкие и дорогие; чувствительны к перепадам напряжения; требуют дополнительной энергии для нагрева лампы.

Диод. Баллон — стекло или керамика. Вакуум. Катод - нить накала в виде вертикального металлического цилиндра, покрытого слоем оксидов щелочноземельных металлов. Анод - круглый или овальный цилиндр.

Транзистор (триод). П отоком электронов, движущихся в электронной лампе, можно управлять с помощью электрических и магнитных полей, т. к. они являются самыми лёгкими подвижными зарядами. Прибор, в котором осуществляется управление потоком электронов, называется вакуумным триодом. Управление происходит при помощи дополнительного электрода - сетки (имеющей форму спирали). Сетку располагают близко к катоду, и поэтому даже при небольшом напряжении, подаваемом между сеткой и катодом, в зазоре между ними создаётся сильное электрическое поле, оказывающее сильное влияние на анодный ток лампы.
Если на сетку подаётся положительный потенциал относительно катода, то электрическое поле между сеткой и катодом способствует увеличению числа электронов, поступающих на анод. Т.к. сетка - это всего лишь тонкая проволока, то большинство отрицательно заряженных электронов пролетает мимо неё и движется к положительному аноду. В результате сила тока возрастает.
При подаче на сетку отрицательного потенциала относительно катода, электрическое поле между сеткой и катодом препятствует движению электронов от катода к аноду и сила тока анодного тока убывает
Применение: в радиоэлектронных схемах для усиления электрических сигналов.

13. Свойства электронного пучка. Работа электронно - лучевой трубки.

Свойства электронного пучка. Если в аноде электронной лампы сделать отверстие, то часть электронов, ускоренных электрическим полем, полетит в отверстие, образуя за анодом электронный пучок.
• Попадая на тела, вызывает их нагревание.
• При торможении быстрых электронов, попадающих на вещество, возникает рентгеновское излучение.
• Некоторые вещества (стекло, сульфиды цинка и кадмия), бомбардируемые электронами, светятся.
• Электронные пучки отклоняются электрическим и магнитным полем.
• Обладают кинетической энергией

Электронно - лучевая трубка -является основной частью телевизора. Электронно-лучевая трубка представляет собой герметически закрытую стеклянную колбу с широким дном, из которой удален газ. В узкой части трубки расположена электронная трубка, которая создает электронный луч.
При подогреве катода происходит термоэлектронная эмиссия. Электроны летят к аноду и по пути проходят через отверстие в управляющем электроде, который имеет форму полого цилиндра. Управляющий электрод позволяет регулировать число электронов, прилетающих к аноду, и помогает собирать их в узкий пучок, который и называют электронным лучом. Анод представляет собой несколько дисков с отверстиями. Эти диски помещаются в полый металлический цилиндр. Такое устройство анода тоже помогает фокусировке электронного луча на дне колбы. дно колбы является экраном.
Между анодом и катодом трубки создается напряжение в несколько тысяч вольт. Поле между анодом и катодом разгоняет электроны до больших скоростей; поэтому, когда электроны, пролетев колбу, ударяются об экран, покрытый люминофором, последний начинает светиться - на экране возникает светлое пятнышко.
Управлять движением электронного луча в трубке можно с помощью дополнительного поперечного электрического поля, создаваемого отклоняющими пластинами, для этого в трубку помещают две пары таких пластин, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях. Поле одной пары пластин отклоняет электронный луч в горизонтальном направлении, поле второй пары - в вертикальном направлении, таким способом можно перемещать светлое пятнышко по экрану электронно-лучевой трубки.

14. Электрический ток в полупроводниках (определение полупроводника). Образование свободных носителей зарядов в чистых полупроводниках. Примесная проводимость.

Вещества, удельное сопротивление которых убывает с повышением температуры, называют полупроводниками.
Это элементы 4 группы таблицы Менделеева, германий и кремний, соединения III группы с элементами 6.

Образование свободных носителей зарядов в чистых полупроводниках. 4 валентный атом германия или кремния устроен так, что каждый атом имеет четыре соседа, с которыми связан ковалентными связями. При низкой температуре электрон связан с атомами; свободных носителей зарядов нет. При увеличении температуры энергия электронов увеличивается, и они рвут связи, а на их месте образуется положительная дырка.
Таким образом, дырки, обладающие положительным зарядом, совершают в полупроводнике такое же хаотическое движение, как и свободные электроны. Поэтому дырки в полупроводнике условно считают подвижными носителями зарядов.
Собственная проводимость называется Электронно-дырочной.
Образование пары электрон - дырка называется генерацией (поглощение энергии), а процесс слияния пары в нейтральный атом называется рекомбинацией (идёт с выделением энергии).
При создании в полупроводнике электрического поля, дырки движутся преимущественно в том направлении, куда двигались бы положительные заряды, а электроны - в противоположном направлении. При повышении температуры полупроводника число электронов проводимости, следовательно, и число дырок резко возрастает. Этим объясняется уменьшение сопротивления полупроводника с повышением температуры.
Примесная проводимость. Д онорная (электронная) n – типа.

Примеси, поставляющие электроны проводимости без возникновения равного им количества дырок, называют донорными (давать, жертвовать). Полупроводниковые кристаллы, в которых электроны служат основными носителями
заряда, а дырки - не основными, называются электронными полупроводниками или полупроводниками n-типа.
Акцепторная (дырочная) p – типа.
Примеси, захватывающие электроны и создающие тем самым подвижные дырки, не увеличивая при этом электронов проводимости, называют акцепторными (приёмщик). Полупроводники в которых концентрация дырок превышает концентрацию электронов проводимости, называют полупроводниками р типа или дырочными полупроводниками.

15. Термисторы. Применение полупроводников (работа полупроводникового диода и транзистора, их достоинства и недостатки).

Термисторы. Освещение, повышение температуры приводят к интенсивности разрыва ковалентных связей и появлению большого числа носителей заряда. На этом основано устройство термо- и фоторезисторов. Зная показания амперметра и зависимость сопротивления термистора от температуры, можно найти температуру электрической цепи. Фоторезисторы используются в фотореле, аварийных выключателях и т.д.

Полупроводниковый диод - способность р — п — перехода пропускать ток в одном направлении и практически не пропускать его в противоположном направлении.
Назначение: выпрямлять переменный ток.
Достоинства:
• Малые размеры и масса;
• Длительный строк службы;
• Высокая механическая прочность;
Высокий коэффициент полезного действия (98 %);
* Устойчивость к перепадам напряжения;
• Отсутствие цепей накала (как в ламповом диоде);
• Упрощение схемы повышает их экономичность.
Недостатки: Зависимость параметров от температуры.
Полупроводниковый триод (транзистор) (слово транзистор происходит от английских слов переносить и сопротивление). Полупроводниковые приборы, предназначенные для усиления изменений напряжения и тока, называют полупроводниковыми триодами или транзисторами. Состоит из базы, эмиттера и коллектора.

16. Магнитное поле и его свойства. Вектор магнитной индукции. Силовые магнитного поля. Магнитная проницаемость среды.

1. Магнитное поле порождается током, т.е. движущимися электрическими зарядами.
2. Магнитное поле обнаруживается по действию на магнитную стрелку.
Всюду, где есть электрический ток, т.е. движущиеся электрические заряды, существует и магнитное поле.
Свойства магнитного поля:
1. Реально существует;
2. Порождается током;
3. Обнаруживается по действию на ток;
4. Механизм взаимодействия — поле - ток;
5. Убывает с расстоянием;
б. Имеет вихревой характер.
Вектор магнитной индукции -силовая характеристика магнитного поля. Направление вектора магнитной индукции совпадает с направлением магнитной стрелки от южного полюса S к северному N (внутри магнита) и с N на S (по воздуху).
Линии, вдоль которых в магнитном поле располагаются оси маленьких магнитных стрелок, называются силовыми линиями магнитного поля (линиями индукции).
Силовая линия проводится так, что касательная к ней в любой её точке указывает направление силы, действующей в этой точке на северный полюс магнитной стрелки.

Направление силовых линий магнитного поля связано с направлением тока в проводнике ПРОСТЫМ правилом, предложенным английским учёным Максвеллом: Если поступательное движение
буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения рукоятки
буравчика при этом совпадает е направлением силовых линий магнитного поля, существующего вокруг проводника.
• Через каждую точку пространства проходит только одна линия индукции. поэтому линии индукции нигде не пересекаются друг с другом.
• Линии индукции магнитного поля замкнуты, т.е. не имеют ни начала, ни конца и всегда охватывают проводник с током.
• Поле, линии. индукции. которого всегда замкнуты. называется вихревым.

Величину µ выражающую зависимость силы взаимодействия электрических токов от среды, называют магнитной проницаемостью среды. Относительная магнитная проницаемость среды. (Она показывает, во сколько раз сила взаимодействия токов в данной среде больше, чем в вакууме)

17. Действие магнитного поля на проводник с током (сила ампера, правило левой руки для определения силы Ампера, магнитный момент, работа по перемещению проводника с током в магнитном поле). Напряжённость магнитного поля.

Сила Ампера. Сила действия однородного магнитного поля на проводник с током прямо пропорциональна силе тока, длине проводника, модулю вектора индукции магнитного
поля, синусу угла между вектором индукции магнитного поля и проводником:
F=I*B*L*sinα - закон Ампера
Направление силы Ампера определяется правилом левой руки: Если расположить левую руку вдоль проводника так, чтобы четыре пальца указывали направление тока в нём, а линии магнитной индукции входили в ладонь, то отогнутый большой палец будет указывать направление силы, действующей ка проводник с током.

Магнитный момент контура с током. Величину Р, характеризующую магнитные свойства контура с током, которые определяют его поведение во внешнем магнит ном поле, называют магнитным моментом этого контура. P=I*S
Работа при перемещении проводника с током в магнитном поле. А=В*I*S или А=I*Ф.

Напряжённость магнитного поля. В =µ •Н. Величину Н, которая характеризует магнитное поле в какой- либо точке пространства, созданное макро токами в проводниках независимо от окружающей среды, называют напряжённостью магнитного тока в этой точке.

18. Действие магнитного поля на движущийся заряд (сила Лоренца. применение силы Лоренца).

Сила, действующая на заряженную движущуюся частицу в магнитном поле, называется силой Лоренца:
Fл=ϑgBsinα
Направление силы определяется по правилу левой руки.
Если левую руку расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно к ней, а четыре пальца были направлены по движению положительно заряженной частицы, то отставленный на 90° большой палец покажет направление действующей на частицу силы.
Данное явление находит своё применение в технике и играет важную роль в природе.

19. Магнитное поле в веществе, виды магнетиков, магнитный гистерезис.

Вещества, намагничивающиеся под влиянием магнитного поля, называются магнетиками.

У атомов одних веществ магнитные поля полностью скомпенсированы. У этих веществ при отсутствии внешнего магнитного поля атомы (и молекулы) не имеют собственного магнитного поля. Эти вещества называются диамагнетиками. Диамагнетики — вещества, которые слабо намагничиваются в направлении, противоположном индукции намагничивающегося поля, т.е. они ослабляют внешнее поле.

Если же поместить вещество в магнитное поле, то все маленькие магниты - атомы повернуться во внешнем магнитном поле подобно стрелкам компаса. Если поместить такое вещество в магнитное поле, то оно усилится. Такие вещества называются парамагнетиками. Парамагнетики - это вещества, которые слабо намагничиваются в направлении индукции внешнего магнитного поля

Ферромагнетики — вещества, у которых магнитная проницаемость больше 1 (Железо, сталь, чугун, никель, кобальт, гадолиний и т.д.).

Магнитный гистерезис. Магнитная проницаемость ферромагнетиков не является постоянной величиной, она зависит от индукции намагничивающегося поля. Кроме того, процесс намагничивания ферромагнетиков зависит от предыдущей истории намагничивания вещества. Это явление называется гистерезисом (от греч. запаздывание). Ферромагнетик с большой площадью петли гистерезиса называется жёстким, а с маленькой площадью — мягким. Постоянные магниты изготовляют из жёстких ферромагнетиков.

Их применение позволяет уменьшить потери энергии на перемагничивание.

20. Электромагнитная индукция. Опыты Фарадея. Направление индукционного тока. Правило Ленца.

Открытие явления электромагнитной индукции. Ещё в 1821 г. М. Фарадей высказал предположение, что если вокруг проводника с током возникает магнитное поле. То с помощью магнитного поля можно создать электрический ток в проводнике. Об этом свидетельствует запись в его дневнике за этот год:
«превратить магнетизм в электричество». Однако лишь через десять лет ему удалось решить эту задачу.

Опыты Фарадея. а) если намотать на какой-либо сердечник две проволочные обмотки и в одной из них менять силу тока, например замыкая или размыкая цепь первичной обмотки, то во вторичной обмотке возникает ток, несмотря на то, что обмотки изолированы друг от друга.
б) при движения магнита стрелка гальванометра отклоняется.
Явление возбуждения электрического тока в контуре с помощью магнитного поля называют электромагнитной индукцией. Возбуждённый таким образом ток назвали индуцированным током, ЭДС, которая определяет существование электрического тока в данном явлении, получила название ЭДС индукции.

Правило Ленца. Опыты показывают, что направление индукционного тока в контуре зависит от того, возрастает или убывает магнитный поток, пронизывающий контур. Наиболее общее правило определения направления индукционного тока было установлено в 1833 г. Ленцем.
Правило Ленца можно наглядно показать с помощью лёгкого алюминиевого кольца. При вдвигании магнита сплошное кольцо отталкивается от него, а при выдвигании притягивается к магниту. Результат опытов не зависит от полярности магнита.
Если же вдвигать (или выдвигать) магнит в кольцо с прорезью, то кольцо останется неподвижным.
При вдвигании магнита магнитный поток через кольцо возрастает; отталкивание кольца при этом показывает, что индукционный ток в нём имеет такое направление, что вектор индукции магнитного поля противоположен по направлению вектору индукции внешнего магнитного поля. Этим вызвано отталкивание кольца от магнита. При уменьшении магнитного потока через контур (выдвигание магнита) индукционный ток в нём имеет такое направление, что вектор индукции его магнитного поля совпадает по направлению с вектором индукции внешнего поля, и эти объясняется притяжение кольца к магниту.
Индукционный ток имеет всегда такое направление, что его магнитное поле препятствует любым изменениям магнитного потока, вызывающи м появление индукционного тока.

Правило правой руки. Направление индукционного тока, возникающего в прямолинейном проводнике при его движении в магнитном поле, определяется правилом правой руки: Если правую руку расположить вдоль проводника так, чтобы линии магнитной индук ции входила в ладонь, а отогнутый большой палец показывал направление движения проводника, то четыре вытянутых пальца укажут направление индукционного тока в проводнике.

21. Магнитный поток. Закон электромагнитной индукции. Правило правой руки для индукционного тока.

Магнитный Поток - поток вектора магнитной индукции В через какую-либо поверхность. через малую площадку dS, в пределах которой вектор В неизменен. Для замкнутой поверхности магнитный поток равен нулю, что отражает отсутствие в природе магнитных зарядов - источников магнитного поля.

Закон электромагнитной индукции - ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром.

Правило правой руки. Направление индукционного тока, возникающего в прямолинейном проводнике при его движении в магнитном поле, определяется правилом правой руки: Если правую руку расположить вдоль проводника так, чтобы линии магнитной индук ции входила в ладонь, а отогнутый большой палец показывал направление движения проводника, то четыре вытянутых пальца укажут направление индукционного тока в проводнике.

22. Вихревое электрическое поле. Индукционные тока в массивных проводниках (токи Фуко).

Вихревые токи. Возьмём катушку с выступающим сердечником из мягкого ферромагнетика и наденем на него алюминиевое кольцо. Если кольцо держать, то оно сильно нагреется, а если не держать, то при выключении
катушки в сеть оно соскакивает с сердечника. Это объясняется тем, что переменное магнитное поле вокруг сердечника создаёт электрическое поле, поэтому в теле и в кольце возникают сильные индукционные
токи, т.к. сопротивление тела и кольца мало. Соскакивает кольцо, т.к. индукционный ток противоположен току в катушке.
Индукционные токи, возникающие в сплошных металлических массах, называют вихревыми токами (тока Фуко). Вихревые токи образуются во всех проводниках, движущихся в магнитном поле тока или находящихся в переменном магнитном поле.
Для ослабления вредного действия вихревых токов тела, которые должны находиться в переменном магнитном поле, делают из отдельных листов, изолированных друг от друга.
Используют: плавка металлов в вакууме.
Вредное действие: бесполезная потеря энергии в сердечниках трансформаторов и генераторах.

23. Явление самоиндукции. Индуктивность и её зависимость. Энергия магнитного поля тока.

Если замкнуть цепь, то можно заметить, что лампа, включенная последовательно с электромагнитом, загорается не сразу. А волосок её будет медленно раскаляться, пока не достигнет нормальной яркости, другая же лампа загорится практически сразу.
Самоиндукция - возбуждение электродвижущей силы индукции (эдс) в электрической цепи при изменении электрического тока в этой цепи; частный случай электромагнитной индукции. Электродвижущая сила самоиндукции прямо пропорциональна скорости изменения тока; коэффициент пропорциональности называется индуктивностью.

Величина, характеризующая связь между скоростью изменения тока в цепи и возникающей при этом ЭДС самоиндукции, называется индуктивностью. ∆Ф=L∆I

Индуктивность зависит от:
• Размера проводника;
• Формы проводника;
• Магнитных свойств среды.

Энергия магнитного поля цепи прямо пропорциональна квадрату силы тока в ней и и ндуктивности.

24. Сравнительные характеристики электрического и магнитного полей.

	Электрическое поле	Магнитное поле
источник	Электрический заряд, неподвижный относительно наблюдателя	Электрический ток
индикатор	Пробный электрический заряд, помещенный в данную точку поля	Рамка или виток с током, магнитная стрелка
Графическое изображение	С помощью силовых линий. Силовые линии имеют начало и конец: условно начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных. НИКОГДА НЕ ПЕРЕСЕКАЮТСЯ! Густота силовых линий характеризуется напряженностью поля	С помощью линий магнитной индукции. Они всегда замкнуты. Условие: выходят из северного магнитного полюса, входят в южный. Направление определяется правилом буравчика. НИКОГДА НЕ ПЕРЕСЕКАЮТСЯ!

25. Механические колебания (условия возникновения колебания, виды колебаний, параметры колебательного движения, уравнения колебательного движения, математический и физический маятники, резонанс).

Механическими колебаниями называют периодически повторяющееся движение материальной точки по какой – либо траектории, которую эта точка проходит поочередно в противоположных направлениях.

Условия: - наличие у материальной точки избыточной энергии

- действие на материальную точку возвращающей силы

- избыточная энергия, полученная материальной точкой при смещении из положения равновесия, не должна полностью расходоваться на преодоление возникающей силы сопротивления.

Виды: - колебания, которые совершает материальная точка под действием только одной возвращающей силы, называются собственными колебаниями

- колебания, которые совершаются под действием возвращающей силы и силы сопротивления среды, называются свободными

- колебания тела, которые создаются периодически действующей на тело внешней силой, называют вынужденными колебаниями.

Параметры: период – время одного полного колебания T=t/n

Частота – число колебаний за определенный промежуток времени

Амплитуда – это величина, характеризующая наибольшее смещение тела от положения равновесия.

Маятником называется твёрдое тело совершающее под действием приложенных сил колебания около неподвижной точки или вокруг оси: математический маятник (материальная точка, колеблющаяся на не меняющемся со временем расстоянии от точки подвеса); физический маятник (все маятники, для которых не выполняется условие, а именно, размеры колеблющихся тел малы по сравнению с расстоянием от точки подвеса до центра тяжести).

Совпадение периода собственного колебания системы с периодом внешней силы, действующей на систему, называется резонансом.

26. Механические волны (волновой процесс, виды волн, длина волны, свойства механической волны).

Волновой процесс - это процесс распространения колебаний в сплошной среде, т.е. Непрерывно распространённой в пространстве и обладающей упругими свойствами. Распространение колебаний в упругой среде называют волновым движением.

Причины возникновения волн:1) Существование сил взаимодействия между молекулами. 2) Инертность частиц среды 3) Вибратор(колеблющееся тело, создающее волновое движение в окружающей среде). Волны в которых происходит перемещение фазы с определённой скоростью, называют бегущими, но все точки среды в волне колеблются около своего положения равновесия и вместе с фазой не переремещаются. Распространение бегущих волн связанно с передачей энергии от одной колеблющейся точки к другой. Энергия, переносимая волной, прямо пропорциональна плотности среды, квадрату амплитуды колебаний и квадрату их частоты.

Виды волн. Поперечные волны (деформация сдвига- в твердых телах и на поверхности жидкости.). Продольные волны (деформация сжатия- в газообразных твёрдых и жидких телах). Поперечные - частицы в этих волнах колеблются в направлении, перпендикулярном распространению волны. Продольны е- частицы в этих волнах колеблются вдоль направления распространения волны. Длина волны есть расстояние, на которое распространяются колебания в среде за время, равное одному периоду колебания.

27. Звуковые волны и их характеристики.

Происхождение звука: причины: вибрации; упругие свойства среды. Челов. ухо воспринимает звуки от 20(инфразвук) до 20 000 Гц (ультразвук).

Классификация звуков: 1) Звуковые удары возникают при выстреле, взрыве, электр. искре. 2) Шумы представляют собой последовательность непериодических ударов (шум ветра в листьях деревьев) 3) Музыкальные звуки вызываются периодическими колебаниями источников звуков (муз. Инструменты). Муз. Тоны, характеризуются высотой, громкостью и тембром. Чем меньше период и больше частота колебаний,тем выше тон, и наоборот. Чем больше амплитуда колебаний, тем сильнее звук; чем меньше амплитуда, тем звук слабее. Сила звука изменятся обратно пропорционально квадрату расстояния от источника звука. Звуки одной и той же высоты, воспроизведенные на скрипке, кларнете, отличаются друг от друга тембром. За тембр отвечает частота колебания вибратора.

28. Электромагнитные колебания (свободные и вынужденные колебания, работа колебательного контура, аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями)

Электромагнитные колебания это периодически или почти периодически изменения заряда, силы тока и напряжения.

Работа колебательного контура Разрядный ток нарастает постепенно. причиной этого явления служит возникновения в цепи ЭДС самоиндукции, которая препятствует любому изменению электрического тока в этой цепи. После того как ток в катушке достигает наибольшего значения и напряжения на обкладках конденсатора упадёт до нуля, ток, продолжая течь, начнёт перезаряжать конденсатор. Возникшее при этом электрическое поле, направленное против тока, начнёт уменьшать величину заряда. Уменьшение тока вызовет появление в катушке индуктивности ЭДС самоиндукции. Поддерживаемый ЭДС самоиндукции ток в катушке, постепенно ослабевая,будет течь до тех пор, пока не закончится переразрядка конденсатора. Это приведет к тому, что ток будет равен 0, напряжение на конденсаторе достигнет максимума. С окончанием переразрядки конденсатора энергия магнитного поля катушки окажется превращённой в энергию электрического поля, причём направление напряжённости будет противоположно начальному. Далее конденсатор вновь разряжаясь, создаёт ток противоположного направления. Энергия электрического поля постепенно начнёт убывать, превращаясь в энергию магнитного поля, которая будет превращаться про повторной перезарядке конденсатора в энергию электрического поля. Т.о. в цепи состоящей из конденсатора и катушки индуктивности, будет переменный ток. П ериодически повторяющиеся изменения силы тока в электрической цепи, сопровождающиеся периодическими превращениями энергии электрического поля(и наоборот), происходящие без потребления энергии от внешних источников, называется свободными электромагнитными колебаниями. Вынужденными электро - магнитными колебаниями называют периодические изменения силы тока и напряжения в эл. цепи, происходящие под действием переменной ЭДС от внешнего источника.

29. Переменный электрический ток (условия возникновения вынужденных электромагнитных колебаний, виток в однородном магнитном поле, гармонический характер колебания).

Вынужденными электромагнитными колебаниями называют периодические изменения силы тока и напряжения в электрической цепи, происходящие под действием переменной ЭДС от внешнего источника.

Виток в однородном магнитном поле. Поместим в однородное ипостоянное магнитное поле виток проволоки. При равномерном вращении этого витка вокруг оси магнитный поток. Пронизывающий его площадь, будет непрерывно меняться как по величине, так и по направлению. Вследствие этого в витке возникает переменная по величине и направлению ЭДС индукции. Когда плоскость вращающего витка становится перпендикулярна силовым линиям магнитного поля, то магнитный поток наибольший, скорость изменения =0. ЭДС индукции, возникшая в витке, которая пропорциональна скорости изменения потока, будет =0. Когда плоскость параллельна силовым линиям,поток,=0, скорость изменения наибольшая. Гармонический характер колебания. Пусть виток ограничивает поверхность площадью и вектор индукции однородного магнитного поля расположен под углом к перпендикуляру плоскости витка. Тогда магнитный поток Ф=B*S* cos a. При вращении витка с периодом угол изменяется по закону a= 2п/T, т.к. 2п/T=w(омега), для магнитного потока получаем

Ф=B*S* cos w(омега)*t

30. Действующее значение силы тока и напряжения. Мощность переменного тока. Активное сопротивление цепи переменного тока.

Действующем значением силы тока называют величину, в √2 раз меньшую её амплитудного значения I=I_m/ √2. Действующее значение силы тока равно силе такого постоянного тока, при котором средняя мощность, выделяющаяся в проводнике в цепи переменного тока, равна мощности, выделяющейся в том же проводнике в цепи постоянного тока. Действующее значение переменного напряжения в √2 раз меньше его амплитудного значения U=U_m/√2. Средняя мощность переменного тока при совпадении фаз колебаний силы тока и напряжение равна произведению действующих значений силы тока и напряжения.

Мощность переменного тока При совпадении фазы колебаний силы тока и напряжения мгновенная мощность переменного тока равна p=i*u=I_m*U_m cos²w(омега)*t. Среднее значение квадрата косинуса за период равно 0,5, поэтому среднее значение мощности равно P=I_m*U_m/2=I_m² *R/2.

Активное сопротивление. Сопротивление элемента электрической цепи (резистора), в котором происходит превращение электрической энергии во внутреннюю энергию, называют активным сопротивлением. Активное сопротивление участка цепи можно определить как частное от деления средней мощности на квадрат действующего значения силы тока. При небольших значениях частоты переменного тока активное сопротивление проводника не зависит от частоты и практически совпадает с его электрическим сопротивление в цепи постоянного тока.

31. Цепи переменного тока и их особенности. Закон Ома для полной цепи переменного тока.

32. Автоколебательные системы. Ток высокой частоты и его особенности.

Для того чтобы получить незатухающие колебания нужно иметь посторонний источник энергии.,

удовлетворяющий 2 условиям: Поступление энергии за период должно быть точно ее убыли из системы.

Внешняя сила должна действовать в «такт» с собственными колебаниями.

33. Производство электрической энергии. Генератор.