Напряженность магнитного поля тороида.

Емкость уединенной сферы.

Уединенным будем называть проводник, размеры которого много меньше расстояний до окружающих тел. Пусть это будет шар радиусом r. Если потенциал на бесконечности принять за 0, то потенциал заряженного уединенного шара равен: , где - диэлектрическая проницаемость окружающей среды. Следовательно,

14) Конденсаторы – система длянакопления электрического заряда.

Конденсатор состоит из двух проводников (обкладок), которые разделены диэлектриком. На емкость конденсатора не должны влиять окружающие тела, поэтому проводникам придают такую форму, чтобы поле, которое создается накапливаемыми зарядами, было сосредоточено в узком зазоре между обкладками конденсатора. Этому условию удовлетворяют: 1) две плоские пластины; 2) две концентрические сферы; 3) два коаксиальных цилиндра. Поэтому в зависимости от формы обкладок конденсаторы делятся на плоские, сферические и цилиндрические.

Емкость плоского конденсатора – физическая величина, равная отношению заряда конденсатора q к разности потенциала между его обкладками φ1- φ2=U

Учитывая наличие диэлектрика между обкладками: где ε — диэлектрическая проницаемость. найдем выражение для емкости плоского конденсатора. Для определения емкости цилиндрического конденсатора , . Емкость сферического конденсатора ,

15) Диэлектрики (изоляторы) — вещество (материал), практически не проводящее электрический ток. Все заряды связаны с друг другом в атоме и не могут свободно перемещаться под действием внешнего электрического поля. Бывают полярные (дипольные) – состоят из полярных молекул, обладающие дипольным моментом, центры масс положительных и отрицательных зарядов не совпадают. Неполярные (нейтральные) – состоят из неполярных молекул, центр масс положительных и отрицательных зарядов совпадают, следовательно, не обладают дипольным моментом.

Поляризация диэлектриков – явление, связанное с возникновением или поворотом электрических диполей под действием внешнего электрического поля. Ориентационная или дипольная поляризация возникает в случае полярных диэлектриков. При отсутствии внешнего электрического поля оси молекулярных диполей из – за тепловые движения ориентиров. Поляризация полярных диэлектриков зависит от температуры, а неполярных не зависит. При поляризации в объеме диэлектрика возникает отличный от нуля результат – дипольный момент. P_i – дипольный момент одной молекулы. Для количественной оценки поляризации диэлектриков используют вектор величину. Вектор поляризации или поляризованность равен дипольному моменту единицы объема диэлектрика.

16) Дипольный момент диэлектрика (P) - векторная физическая величина, характеризующая, наряду с суммарным зарядом, электрические свойства системы заряженных частиц в смысле создаваемого ею поля и действия на неё внешних полей. Диэлектрическая восприимчивость вещества - физическая величина, мера способности вещества поляризоваться под действием электрического поля. Диэлектрическая восприимчивость — коэффициент линейной связи между поляризацией диэлектрика P и внешним электрическим полем E в достаточно малых полях:

17) Вектор электрического смещения – величина определяемая отношением, где – вектор поляризации, χ – диэлектрическая восприимчивость среды, характеризующая поляризацию единичного объема среды.

18) Сегнетоэлектрики - диэлектрики, обладающие в определенном интервале температур спонтанной (самопроизвольной) поляризованностью, т. е. поляризованностью в отсутствие внешнего электрического поля. Сегнетоэлектрические свойства сильно зависят от температуры. Для каждого сег­нетоэлектрика имеется определенная температура, выше которой его необычные свой­ства исчезают, и он становится обычным диэлектриком. Диэлектрическая проницаемость e (а, следовательно, и диэлектрическая восприимчивость) сегнетоэлектриков зависит от напряженности Е поля в веществе, а для других диэлектриков эти величины являются характеристиками вещества.

19) Сила тока – скалярная физическая величина, равная отношению заряда , переносимое через поперечное сечение проводника(некоторую поверхность) за интервал времени . Сила тока равна отношению заряда Δq, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени Δt, к этому интервалу времени. Если сила тока со временем не меняется, то ток называют постоянным. В СИ силу тока выражают в амперах (А). Эту единицу устанавливают на основе магнитного взаимодействия токов. Измеряют силу тока амперметрами.

Плотность тока – векторная величина, равная силе тока, протекающего через единицу площади поперечного сечения.

Закон Ома для участка цепи -цепи сила тока прямо пропорциональна приложенному напряжению U и обратно пропорциональна сопротивлению проводника R:

— сила тока в цепи,

— сопротивление всех внешних элементов цепи,

— напряжение

20) Закон Ома в дифференциальной форме. Здесь – удельная электропроводность. Плотность тока можно выразить через заряд электрона е, количество зарядов n и дрейфовую скорость: Обозначим , тогда ;

Теперь, если удельную электропроводность σ выразить через е, n и b: то вновь получим выражение закона Ома в дифференциальной форме:

σ – удельная проводимость

- напряженность электрического поля

21) Электродвижущая сила (ЭДС) – Это физическая величина, равная отношению работы, совершенной сторонними силами при перемещении электрического заряда по замкнутой цепи, к этому заряду (ε) [В]

Закон Ома для полной цепи: Зако́н О́ма — физический закон, определяющий связь электродвижущей силы источникаили электрического напряжения с силой тока и сопротивлением проводника.

E- ЭДС, R - сопротивление цепи, r- Внутреннее сопротивление источника

22) Правила Кирхгофа. 1 правило (для узлов): алгебраическая сумма токов в каждом узле любой цепи равна нулю. Правило знаков для тока: ток, входящий в узел является «+», выходящий «–». 2 правило (для независимых замкнутых контурах): алгебраическая сумма падении напряжения в замкнутом контуре равна алгебраической сумме ЭДС в этом контуре. Замкнутый – контур, в котором выйдя из любой точки можно вернуться в эту точку 1 раз. Независимый – контур в котором есть хотя бы один элемент не вошедший в уже рассматриваемый контур. Правило знаков для напряжений: Если направление тока через сопротивление совпадает с направлением обхода контура, то напряжение считается «+». Правило знаков ЭДС: если при обходе контура мы проходим сначала «-», а потом «+», то будет «+».

23) Законы Вольта.

1) При контакте 2 разнородных металлов между ними возникает разность потенциалов. Контактная разность потенциалов зависит от химического состава контактных веществ и их температуре. 2) Для нескольких контактных веществ контактная разность определяется первым и последним потенциалом. В металлах равная концентрация свободных электронов, но металлы имеют разную работу выхода.

 

Потоки электронов в начальный момент. Потоки электронов сравнялись, возникло электрическое поле. Создался внешний контакт разность постулатов. Электрон – вольт – единица измерения работы выхода, которую приобретает электрон при свободном движение в электрическом поле при разности потенциал в 1 Вольт.

24) Контактные явления – явления, возникающие при прохождении электрического тока через контакт полупроводника с металлом или через контакт двух различных полупроводников с разным типом носителей заряда и их концентрацией. Работа выхода: Электроны в металле про хаотическом тепловом движение выбрасывают из металлов на расстоянии не превышающим атомных размеров и втягивают обратно. Электрон, выходя за пределы металла, должен преодолевать задерживающее его электрического поля двойного слоя.

25) Работа тока - это работа электрического поля по переносу электрических зарядов вдоль проводника.

Мощность тока - отношение работы тока за время t к этому интервалу времени.

Закон Джоуля-Ленца – закон, дающий количественную оценку теплового действия электрического тока. Q – полное количество теплоты выделенное за промежуток времени t, I — сила тока, R — сопротивление. Количество тепла, выделяемого в проводнике равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени протекания.

26) Полупроводник - вещество, которое по своей удельной проводимости занимает промежуточное место между проводником и диэлектриком. (проводники обычно металлы, полупроводники, диэлектрики - изоляторы). 1. Электропроводимость меньше, чем металлов. 2. Ток перемещается не только по свободным электронам, но и по дыркам. 3. Электропроводимость полупроводников быстро растет с ростом температуры. 4. Электропроводимость полупроводников растет с внесением примесей. 5. Проводимость зависит от освещенности, при подаче света увеличивается проводимость. При нагревании или освещении кристаллов некоторые электроны и становятся свободными электронами нарушение валентных связей приводок к одновременному образованию свободных электронов и пуст мест – дырок.

Собственная проводимость полупроводников - проводимость полупроводника, обусловленная электронами, возбуждёнными из валентной зоны в зону проводимости и дырками, образовавшимися в валентной зоне.

27) Примесная проводимость проводников – проводимость полупроводников, вызванная примесными атомами. (примесная и дырочная проводимость). Примесная проводимость – проводимость, вызванная примесями, добавками. В полупроводнике существует электронная проводимость (движение свободных электронов) и дырочная проводимость (движение связанных электронов по вакансиям – дыркам).

28) p – n переход (n — отрицательный, электронный, p — положительный, дырочный) - тонкий слой, образованный в месте контакта полупроводников p – n типа. Если привести в контакт друг с другом два полупроводника p и n типов, то через зону контакта (называемую p – n – переходом) начнут диффундировать основные носители зарядов: электроны в полупроводник p – типа и «дырки» в полупроводник n – типа. Тогда начнется «перекачка» электронов из полупроводника n – типа в полупроводник p – типа, а дырок – наоборот. При этом одна часть контакта будет заряжаться отрицательно, а другая – положительно.

29) Магнитное поле – особый вид материи, одна из форм проявления электромагнитного поля. Источники магнитного поля: движущийся электрические заряды (проводник с током); тела, обладающие магнитном моментом; изменяющиеся во времени электрические поля. Магнитное поле обнаруживается под действием: на электрический ток; на магнитную стрелку. Магнитное поле оказывает ориентирующие действие на рамку с током и магнитную стрелку. Существует такое положение рамки при котором магнитное поле оказывает вращательный момент максимальный и существует такое положение, когда вращательный момент равен нулю.

Характеристики:

- Вектор магнитной индукции (В) [Тл]– векторная физическая величина, являющийся силовой характеристикой магнитного поля в точке.

M max – max механический момент сил, I – сила тока, S – Площадь тока

Тесла – индукция такого однородного поля, в котором на рамку площадью 1 м², по которой протекает ток в 1 А действует max вращательный механический момент сил равна 1H*м

- Магнитный поток (Ф) [Вб] — скалярная физическая величина числено равная произведению магнитной индукции на площадь поверхности ограниченной замкнутым контуром.

Φ_max= B · S

- Напряженность (H) [А/м] – это векторная величина независящая от магнитных свойств среды. - магнитная постоянная; µ — относительная магнитная проницаемость — табличная величина (для вакуума = 1)

Принцип суперпозиции магнитных полей – векторная сумма индукции, создаваемых каждым источником в отдельности.

30) Закон Био-Савара-Лапласа - физический закон для определения вектора индукции магнитного поля, порождаемого постоянным электрическим током. Смысл закона прежде всего понять или представить себе, что проводник с током разбивается на бесконечно маленькие отрезки, которые называются элементами тока. Общая магнитная индукция, создаваемая всем проводником находящегося принципа суперпозиции магнитных полей.

31) Напряженность магнитного поля прямолинейного проводника с током

Направление магнитных индукционных линий вокруг проводника с током можно определить по «правилу буравчика:»

всякий элемент тока создает на некотором расстоянии от себя магнитное поле, магнитная индукция которого прямо пропорциональна длине этого элемента, величине протекающего тока, синусу угла, а между направлением тока и радиусом-вектором, соединяющим интересующую нас точку поля с данным элементом тока, и обратно пропорциональна квадрату длины этого радиуса-вектора r:

 

32 ) Напряженность магнитного поля в центре кругового тока

- магнитная индукция

 

33) Напряженность магнитного поля соленоида

внутри соленоида

 

Вне соленоида:

де n – число витков на единицу длины, I – ток в соленоиде (в проводнике). произведение nI – называется число ампер витков на метр.

Напряженность магнитного поля тороида.

Тороид – тор, с намотанными на него витками проволоки. В отличие от соленоида, у которого магнитное поле имеется как внутри, так и снаружи, у тороида магнитное поле полностью сосредоточено внутри витков, т.е. нет рассеивания энергии магнитного поля.

- магнитное поле бесконечно длинного соленоида

 

35) Теорема Гаусса для магнитного поля.

Фв- магнитный поток

Для любого магнитного поля и произвольной замкнутой поверхности S имеет место условие.

Эта формула выражает теорему Гаусса для вектора В: поток вектора магнитной индукции через любую замкнутую поверхность равен нулю.

36) Закон Ампера – закон взаимодействия электрических токов.

α - угол между векторами магнитной индукции и тока.

Из опытов, следует, что на проводник с током находящийся в магнитном поле, действует сила, которой называют силой Ампера (F_A). Правило буравчика: «Если направление поступательного движения буравчика (винта) совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением вектора магнитной индукции». Определяет направление индукционного тока в проводнике, движущемся в магнитном поле

Взаимодействие параллельных токов.

Проводник (1) создает магнитное поле с вектором магнитной индукции В1. На проводник (2) действует сила Ампера со стороны магнитного поля проводника (1).

37) Сила Лоренца – Сила, действующая на заряженную частицу, движущуюся в магнитное поле со скоростью U. Следствия:

- Сила Лоренца перпендикулярно скорости и не изменяет модуль скорости, а изменяет направление скорости.

- Сила Лоренца не совершает работы.

Сила Лоренца определяется по правилу правого винта: («Если большой палец правой руки расположить по направлению тока, то направление обхвата проводника четырьмя пальцами покажет направление линий магнитной индукции».)

38) Движение заряженной частицы в магнитном поле

 

39) Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле.

Работа по перемещению проводника с током в МП, равна произведению силы тока на магнитный поток, пересеченный движущимся проводником:

Работа по перемещению замкнутого контура с током в МП равна произведению силы тока в контуре на приращение магнитного потока, сцепленного с контуром.

.

40) Самоиндукция - это явление возникновения ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении протекающего через контур тока.

L - Коэффициентом самоиндукции или индуктивностью контура.

ε -ЭДС самоиндукции

i- Сила тока в соленойде

Взаимная индукция – явление возникновения ЭДС в одном из контуров при изменении силы тока.[Гн]

Коэффициенты и называются взаимной индуктивностью, или коэффициентами взаимной индукции. Причём I – ток

Энергия магнитного поля – поле обладает энергией.

Энергия Wм магнитного поля катушки с индуктивностью L, создаваемого током I