Научная Петербургская Академия

Шпора: Physics

Шпора: Physics

РАЗМЕРЫ МОЛЕКУЛ

V = Sd – толщина слоя, где

d – диаметр молекулы

Vкапли = 1 мм3

Шпора: Physics (молекула)

10-8 см (атома)

ЧИСЛО МОЛЕКУЛ

Шпора: Physics

МАССА МОЛЕКУЛЫ ВОДЫ

Шпора: Physics ,

где N – число молекул.

Шпора: Physics - относительная молекулярная масса

Количество вещества

и постоянная Авогадро

Один моль – это кол-во в-ва, в котором содержится столько же молекул или

атомов, сколько атомов содержится в углероде массой 0,012 кг.

Шпора: Physics

Шпора: Physics - кол-во в-ва

МОЛЯРНАЯ МАССА

Молярной массой М в-ва называют в-во, взятое в кол-ве одного моля.

Шпора: Physics Шпора: Physics молярная масса

Шпора: Physics . Шпора: Physics - кол-во в-ва.

Шпора: Physics Шпора: Physics - число молекул

МАССА В-ВА, СОДЕРЖАЩЕГОСЯ

В ЛЮБОМ КОЛ-ВЕ В-ВА

Шпора: Physics Шпора: Physics Шпора: Physics

БРОУНОВСКОЕ ДВИЖЕНИЕ

Броуновское движение – это тепловое движение взвешенных в жидкости (или газе)

частиц.

Причина Броуновского движения закл-ся в том, что удары молекул жидкости о

частицу не компенсируют друг друга, хаотичное, беспорядочное движение самой

жидкости.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МОЛЕКУЛ

На расстояниях, превышающих 2-3 диаметра молекул, действуют силы притяжения.

По мере уменьшения расстояния между молекулами сила притяжения сначала

увеличивается, а затем начинает убывать и убывает до нуля, когда расстояние

между двумя молекулами становится равным сумме радиусов молекул.

ИДЕАЛЬНЫЙ ГАЗ

Ид. газ – это газ, взаимодействие между молекулами которого пренебрежимо

мало. В нем:

1. Отсутствуют силы межмолекулярного взаимодействия;

2. Взаимодействие молекул происходит только при их соударении и является

упругим;

3. Молекулы идеального газа не имеют объема, представляют собой

материальные точки.

Давление (ид. газа) создается ударами молекул о стенки сосуда Шпора: Physics ~n,

где n – концентрация молекул.

Шпора: Physics Шпора: Physics ~ Шпора: Physics Шпора: Physics

СРЕДНЕЕ ЗНАЧЕНИЕ КВАДРАТА

СКОРОСТИ МОЛЕКУЛ

Шпора: Physics средн.значен. кв. скорости

где N – число молекул в газе.

Шпора: Physics квадрат модуля любого вектора

Шпора: Physics среднее значение Шпора: Physics

Шпора: Physics сред. значен. квадр. проекций скорости

Шпора: Physics средн. квадрат проекции скорости

ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ГАЗА

Шпора: Physics ; Шпора: Physics ;

Шпора: Physics - основн. уравнен. МКТ газов.

Шпора: Physics ; Шпора: Physics .

Давление идеального газа пропорционально произведению концентрации молекул на

среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекул.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ

Шпора: Physics

АБСОЛЮТНАЯ ТЕМПЕРАТУРА

Шпора: Physics ~T , где Т – абсолютная температура

Шпора: Physics = kТ , где k- коэф. пропорциональности

Шпора: Physics

Предельн. тем-ру, при котор. давление идеал. газа обращается в нуль при пост.

объеме или объем ид. газа стремится к нулю при неизменном давлении, называют

абсолютным нулем температуры

ПОСТОЯННАЯ БОЛЬЦМАНА

Шпора: Physics Шпора: Physics постоянная Больцмана

Постоянная Больцмана связывает температуру Шпора: Physics

в энергетических единицах с температурой Т в кельвинах.

T = t+273

ТЕМПЕРАТУРА

МЕРА СРЕДНЕЙ КИНЕТИЧЕСКОЙ

ЭНЕРГИИ МОЛЕКУЛ.

Абсолютная температура есть мера средней кинетической энергии движения молекул.

Шпора: Physics и Шпора: Physics ; Шпора: Physics

p = nkT, где n – концентрация молекул [Шпора: Physics

В равных объемах газов при одинаковых температурах и давлениях содержится

одинаковое число молекул.

СРЕДНЯЯ СКОРОСТЬ ТЕПЛОВОГО

ДВИЖЕНИЯ МОЛЕКУЛ

Шпора: Physics ; Шпора: Physics , где Шпора: Physics - масса молекул тела

Шпора: Physics - средняя квадратичная скорость

УРАВНЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ИДЕАЛ. ГАЗА

Идеальный газ – это газ, взаимодействие между молекулами которого

пренебрежимо мало.

Шпора: Physics , где

NA – постоянная Авогадро

m – масса газа

М – его молярная масса

Шпора: Physics

Произведение постоянной Больцмана k и постоянной Авогадро NA

называют универсальной (молярной) газовой постоянной и обозначают буквой R.

R = Шпора: Physics

Шпора: Physics - уравнение Менделеева-Клапейрона

Шпора: Physics Шпора: Physics Шпора: Physics и Шпора: Physics

начальное состояние газа конечное состояние

Шпора: Physics - уравнение Клапейрона.

ГАЗОВЫЕ ЗАКОНЫ

1. Изотермический процесс («изос» - от греч. равный)

Закон Бойля-Мариотта

Процесс изменения состояния термодинамической системы макроскопических тел при

постоянной температуре называют изотермическим.

PV = const при T = const

Шпора: Physics Шпора: Physics Шпора: Physics ~ Шпора: Physics

I

II

Графиком является изотерма (гипербола)

Т1>T2, т.к. R1>R2

R1V1 = R2V2

2. Изобарный процесс («барос» - вес, тяжесть)

закон Гей- Люссака

Процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном давлении

называется изобарным

Шпора: Physics при P=const

Шпора: Physics Шпора: Physics Шпора: Physics Шпора: Physics V = T const; V ~ T; Шпора: Physics .

Шпора: Physics V P1

Шпора: Physics V1 P2

V2

O T

Графиком является изобара (прямая)

V1>V2 , P1<P2

В области низких температур все изобары идеального газа сходятся в точке Т=0. Но

это не означает, что объем реального газа действительно обращается в нуль. Все

газы при сильном охлаждении превращаются в жидкости, а к жидкостям уравнение

состояния (PV=Шпора: Physics ) не

применимо.

3. Изохорный процесс («хорема» - вместимость) -

(закон Шарля)

Процесс изменения термодинамической системы при постоянном объеме называют

изохорным.

Шпора: Physics Шпора: Physics Шпора: Physics при V=const; P ~ T

P V1

Шпора: Physics

Шпора: Physics P1

V2

Шпора: Physics P2

Шпора: Physics

O T

Графиком является изохора (прямая)

P2<P1 , V2>V1

В соответствии с уравнением p=const . T

все изохоры начинаются в точке Т=0. Значит, давление идеального газа при

абсолютном нуле равно нулю.

НАСЫЩЕННЫЙ ПАР

Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется

насыщенным паром.

Давление пара Р0, при котором жидкость находится в равновесии со

своим паром, называют давлением насыщенного пара.

ЗАВИСИМОСТЬ ДАВЛЕНИЯ НАСЫЩЕННОГО

ПАРА ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ

Шпора: Physics

Р С

В

А

О Т

С ростом t давление растет.

Давление насыщенного пара не зависит от объема, то, следовательно, оно

зависит только от температуры.

АВ – рост давления, увеличение температуры.

Ро=nkT; P ~ n, Po ~ T.

BC - жидкость испарилась и превратилась в пар.

Давление насыщенного пара растет не только вследствие повышения температуры

жидкости, но и вследствие увеличения концентрации молекул (плотности) пара.

ВЛАЖНОСТЬ ВОЗДУХА

Шпора: Physics - влажность воздуха

где р - порциальное давление водяного пара,

ро – давление насыщенного пара при той же температуре.

Шпора: Physics - абсолютное удлинение

Ɛ = Шпора: Physics Шпора: Physics - относительное удлинение,

где lo – начальная длина

l - конечная длина стержня

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ ТЕЛ

Ϭ (сигма) – механическое напряжение.

F=kx,

где k – коэф. жесткости

x = Δ l – абсолютное удлинение

Ϭ = Шпора: Physics Шпора: Physics - механическое напряжение

Ϭ =E/ Ɛ/ - закон Гука,

где Е – коэф. упругости или модуль Юнга

Ɛ – относительное удлинение.

Шпора: Physics ƐШпора: Physics ; Шпора: Physics

Шпора: Physics

Шпора: Physics

E = Шпора: Physics

ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ

U - внутренняя энергия [Дж]

U = Шпора: Physics ; Шпора: Physics ; Шпора: Physics ; Шпора: Physics ;

Шпора: Physics - значен. внутр. энергии ид. газа

Т ~ U; U = Шпора: Physics .

ИЗМЕНЕНИЕ ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИИ

Шпора: Physics ; U ~ m; U ~ Шпора: Physics ; Шпора: Physics ~ Шпора: Physics .

РАБОТА В ТЕРМОДИНАМИКЕ

Шпора: Physics Шпора: Physics Шпора: Physics

При расширении газа работаA'>0, а при сжатии А'<0.

Работа внешней силы при расширении газа<0, т.е. А>0,а при сжатии А>0.

Шпора: Physics Шпора: Physics

Шпора: Physics p

Шпора: Physics

p

V2-V1

V1 V2 V

Шпора: Physics

Шпора: Physics

Шпора: Physics

КОЛИЧЕСТВО ТЕПЛОТЫ

1.Нагревание и охлаждение

Шпора: Physics Шпора: Physics

Q- количество теплоты [Дж]

c- удельная теплоемкость вещества Шпора: Physics

m-масса тела [кг]

Шпора: Physics -средняя температура

При нагреванииQ>0

При охлажденииQ<0

2.Плавление и кристаллизация

Шпора: Physics Шпора: Physics ,

где λ – уд. теплота плавления [Шпора: Physics ]

Кол-во теплоты, необходимое для превращения 1 кг кристаллического в-ва при

температуре плавления в жидкость той же to, называют

удельной теплотой плавления.

3. Парообразование и конденсация

Q = rm; Q = rm

r, L – уд. парообразование [Дж/кг]

Количество теплоты, необходимое для превращения при постоянной температуре 1

кг жидкости в пар называют удельной теплотой преобразования.

При парообразовании Q>0

При конденсации Q<0

ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ

Закон превращения и сохранения энергии, распространенный на тепловые явления,

носит название первого закона термодинамики.

U = A+Q – первый закон термодинамики

A¢ = A ; Q = ΔU = A¢

1. Изохорный процесс

Шпора: Physics ; V=const, ΔV=0.

A=PΔV=0; ΔU=Q; ΔT>0; ΔU>0 увеличивается

2. Изотермический процесс

T = const ΔT = 0

ΔU=0; Q= - A ; Q = A¢

3. Изобарный процесс

P = const; ΔU = Q+A; Q = ΔU = A'

4. Адиабатный процесс

Процесс, протекающий в системе (теплоизолированной), которая не обменивается

теплом с окружающими телами.

Q = 0 ; ΔU = A.

Q1 + Q2 + Q3 + . = 0 – уравнение теплового баланса

где Q1, Q2, Q3, . - кол-ва теплоты, полученные или отданные телами.

ВТОРОЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ

Второй закон термодинамики указывает направление возможных энергетических

превращений и тем самым выражает необратимость процессов в природе.

Принципы действия тепловых двигателей

Температуру Т1 называют температурой нагревателя.

Температуру Т2 называют температурой холодильника

A' =|Q1|-|Q2|, где

Q1 – кол-во тепла, полученное от нагревателя, а

Q2 – кол-во теплоты отданное холодильнику.

Коэф. полезного действия теплового двигателя называют отношение работы А'

, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя:

Шпора: Physics .

Так как у всех двигателей некоторое количество теплоты передается холодильнику,

то h < 1.

Максимальное значение КПД тепловых двигателей.

Шпора: Physics

Реальная тепловая машина, работающая с нагревателем, имеющим температуру Т1

, и холодильником с температурой Т2, не может иметь КПД, превышающий

КПД идеальной тепловой машины.

Закон сохранения электрического заряда.

При электризации тел выполняется закон сохранения электрического заряда.

Этот закон справедлив для замкнутой системы. В замкнутой системе

алгебраическая сумма зарядов всех частиц остается неизменной. Если

заряды частиц обозначить через q1, q2 и т.д., то

q1 + q2 + q3 + . + qn = const.

Основной закон электростатики – закон КУЛОНА

Если расстояние между телами во много раз больше их размеров, то ни форма, ни

размеры заряженных тел существенно не влияют на взаимодействия между ними. В

таком случае эти тела можно рассматривать как точечные.

Сила взаимодействия заряженных тел зависит от свойств среды между заряженными

телами.

Сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме

прямо пропорциональна произведению модулей заряда и обратно пропорциональна

квадрату расстояния между ними. Эту силу называют кулоновской.

Шпора: Physics , где

|q1| и |q2| - модули зарядов тел,

r – расстояние между ними,

k – коэффициент пропорциональности.

F- сила взаимодействия

Шпора: Physics

Силы взаимодействия двух неподвижных точечных заряженных тел направлены вдоль

прямой, соединяющей эти тела.

Шпора: Physics

Единица электрического заряда

Единица силы тока – ампер.

Один кулон (1 Кл) – это заряд, проходящий за 1 с через поперечное

сечение проводника при силе тока 1 А

g [Кулон=Кл]

Шпора: Physics

е=1,6×10-19 Кл Шпора: Physics

Шпора: Physics -электрическая постоянная

Шпора: Physics

БЛИЗКОДЕЙСТВИЕ И ДЕЙСТВИЕ НА РАССТОЯНИИ

Предположение о том, что взаимодействие между удаленными друг от друга телами

всегда осуществляется с помощью промежуточных звеньев (или среды), передающих

взаимодействие от точки к точке, составляет сущность теории близкодействия.

Распр. с конечной скоростью.

Теория прямого действия на расстоянии непосредственно через пустоту.

Согласно этой теории действие передается мгновенно на сколь угодно большие

расстояния.

Обе теории являются взаимно противоположными друг другу. Согласно теории

действия на расстоянии одно тело действует на другое непосредственно через

пустоту и это действие передается мгновенно.

Теория близкодействия утверждает, что любое взаимодействие осуществляется

с помощью промежуточных агентов и распространяется с конечной скоростью.

Существования определенного процесса в пространстве между взаимодействующими

телами, который длится конечное время, - вот главное, что отличает теорию

близкодействия от теории действия на расстоянии.

Согласно идее Фарадея электрические заряды не действуют друг на друга

непосредственно. Каждый из них создает в окружающем пространстве

электрическое поле. Поле одного заряда действует на другой заряд, и наоборот.

По мере удаления от заряда поле ослабевает.

Электромагнитные взаимодействия должны распространятся в пространстве с

конечной скоростью.

Электрическое поле существует реально, его свойства можно исследовать опытным

путем, но мы не можем сказать из чего это поле состоит.

О природе электрического поля можно сказать, что поле материально; оно сущ.

независимо от нас, от наших знаний о нем;

Поле обладает определенными свойствами, которые не позволяют спутать его с

чем-либо другим в окружающем мире;

Главное свойство электрического поля – действие его на электрические заряды с

некоторой силой;

Электрическое поле неподвижных зарядов называют электростатическим. Оно

не меняется со временем. Электростатическое поле создается только

электрическими зарядами. Оно существует в пространстве, окружающем эти заряды,

и неразрывно с ним связано.

Напряженность электрического поля.

Отношение силы, действующей на помещенный в данную точку поля заряд, к этому

заряду для каждой точки поля не зависит от заряда и может рассматриваться как

характеристика поля.

Шпора: Physics Напряженность поля

равна отношению силы, с которой поле действует на точечный заряд, к этому

заряду.

Шпора: Physics Шпора: Physics

Напряженность поля точечного заряда.

Шпора: Physics .

Модуль напряженности поля точечного заряда qo на расстоянии r от него равен:

Шпора: Physics .

Если в данной точке пространства различные заряженные частицы создают

электрические поля, напряженности которых Шпора: Physics Шпора: Physics Шпора: Physics

и т. д., то результирующая напряженность поля в этой точке равна:

Шпора: Physics

СИЛОВЫЕ ЛИНИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛ.

НАПРЯЖЕННОСТЬ ПОЛЯ ЗАРЯЖЕННОГО ШАРА

Электрическое поле, напряженность которого одинакова во всех точках

пространства, называется однородным.

Густота силовых линий больше вблизи заряженных тел, где напряженность поля

также больше.

Шпора: Physics -напряженность поля точечного заряда.

Внутри проводящего шара (r > R) напряженность поля равна нулю.

ПРОВОДНИКИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ.

В проводниках имеются заряженные частицы, способные перемещаться внутри

проводника под влиянием электрического поля. Заряды этих частиц называют

свободными зарядами.

Электростатического поля внутри проводника нет. Весь статический заряд

проводника сосредоточен на его поверхности. Заряды в проводнике могут

располагаться только на его поверхности.

ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ ЭЛЕКТПРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД

Шпора: Physics -заряд капельки; е=1,6×10-19Кл

Два вида диэлектриков

Нейтральную систему зарядов называют электрическим диполем.

Полярные, состоящие из молекул, у которых центры распределения

положительных и отрицательных зарядов не совпадают.

Неполярные, состоящие из атомов или молекул, у которых центры

распределения положительных и отрицательных зарядов совпадают.

Поляризация диэлектриков.

Диэлектрическая проницаемость.

Смещение положительных и отрицательных связанных зарядов диэлектрика в

противоположные стороны называют поляризацией.

Диэлектрическая проницаемость среды – это физическая величина,

показывающая, во сколько раз модуль напряженности электрического поля Шпора: Physics

внутри однородного диэлектрика меньше модуля напряженности поля Шпора: Physics

о в вакууме.

Шпора: Physics , Шпора: Physics - физич. вел-на, характ. эл-кие св-ва среды

Данная формула справедлива только для однородной среды.

Е= kШпора: Physics -для точечного заряда и шара

Шпора: Physics - закон Кулона для зарядов, находящихся в однородном диэлектрике.

Силы между заряженными телами зависят от свойств среды, в которой эти тела

находятся.

Потенциальная энергия заряженного тела в однородном электростатическом поле.

Шпора: Physics ; Шпора: Physics

Шпора: Physics Шпора: Physics

E

Шпора: Physics

Шпора: Physics
Шпора: Physics

d1-d2 = Dd - на этом участке пути электрич. поле совершит положит. работу.

Шпора: Physics ; Шпора: Physics F=qE;

A = qE (d1-d2) = qEd1-qEd2 = -(qEd2-qEd1) = - (Ep2 – Ep1) = - DEp

Если работа не зависит от формы траектории, то она равна изменению

потенциальной энергии, взятому с противоположным знаком.

A = -(Wp2-Wp1) = -DWp

Потенциальная энергия заряда в однородном электрическом поле равна:

Wp = qEd

Заряд q в отличие от массы может быть как положит., так и отриц. Если A > 0,

то DWp < 0, DWk > 0. Если A < 0, то DWp > 0, DWk

< 0. Потенциальная энергия растет, а кинетическая энергия уменьшается.

A = DWk

На замкнутой траектории, когда заряд возвращается в начальную точку, А = 0: А =

-DWp = -(Wp1-Wp1) = 0

Wp = qEd – qEd2

Физический смысл имеет не сама потенциальная энергия, а разность ее значений,

определяемая работой поля при перемещении заряда из начального положения в

конечное.

Шпора: Physics , где

e - диэлектрическая проницаемость среды

Ео – напряженность поля в вакууме

Е – напряженность электрического поля внутри однородного диэлектрика

ПОТЕНЦИАЛ ЭЛЕКТРОПОЛЯ И РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ

На замкнутой траектории работа электростатического поля всегда равна 0. Поля,

обладающие таким свойством, называют потенциальными. Работу

потенциального поля можно выразить через изменение потенциальной энергии. А = -

(Wp2 – Wp1).

Wp ~ q. Шпора: Physics - потенциал эл. поля

φ (фи) – скаляр, энергетическая характеристика электрического поля.

Шпора: Physics - потенциал однородного поля.

А = - (Wp2 – Wp1) = - q(φ2- φ1)=q(φ1- φ2)=qU

U = φ1 - φ2 =Шпора: Physics – разность потенциалов (напряжение)

Разность потенциалов между двумя точками равна 1, если при перемещении зарядов в

1 Кл из одной точки в другую эл. поле совершает работу в 1 Дж. Эту единицу

называют вольтом (В); 1В = 1Дж/1 Кл

СВЯЗЬ МЕЖДУ НАПРЯЖЕННОСТЬЮ ЭЛ. ПОЛЯ И РАЗНОСТЬЮ ПОТЕНЦИАЛОВ.

ЭКВИПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ПОВЕРХНОСТИ.

А= qEDd – электрическое поле совершает работу

А = q(φ1 – φ2) = qU

Шпора: Physics [1В/м] - модуль вектора напряженности поля

Формула показывает: чем меньше меняется потенциал на расстоянии Dd, тем

меньше напряженность электрического поля; если потенциал не меняется совсем,

то напряженность поля равно 0.

При перемещении положительного заряда в направлении напряженности Шпора: Physics

электрическое поле совершает положительную работу А = q(φ1 –

φ2), то потенциал φ1 больше потенциала φ

2. Напряженность электрического поля направлена в сторону убывания

потенциала.

E = 1, если разность потенциалов между двумя точками на расст. 1 м в

однородном поле = 1 В.

Шпора: Physics

Все точки поверхности, перпендикулярные силовым линиям, имеют один и тот же

потенциал. Все точки внутри проводника имеют один и тот же потенциал.

Напряженность поля внутри проводника равна 0.

Шпора: Physics

A=0; φ1= φ2

ЭЛЕКТРОЕМКОСТЬ. ЕДИНИЦЫ ЭЛ.ЕМКОСТИ.

В сильном электрическом поле (при большом напряжении) диэлектрик становится

проводящим. Чем меньше увеличивается напряжение между проводниками, тем

больший заряд можно на них накопить.

Физическую величину, характеризующую способность двух проводников накапливать

электрический заряд, называют электроемкостью.

Отношение заряда q одного из проводников к разности потенциалов между этим

проводником и соседним не зависит от заряда. Оно определяется геометрическими

размерами проводников, их формой и взаимным расположением, а также

электрическими св-вами окр. среды.

Шпора: Physics - электроемкость

Чем меньше напряжение, тем больше электроемкость проводников.

Электроемкость двух проводников = 1, если при сообщении им зарядов + 1 Кл и –

1Кл между ними возникает разность потенциалов 1В. Эту единицу называют

фарад (Ф); 1Ф = 1 Кл / В.

Микрофарад (мкФ) = 10-6 Ф

Пикофарад (пФ) = 10-12 Ф

Шпора: Physics , где

q – заряд пластины

S – площадь пластины

Е – напряженность

e - физическая величина, характеризующая эл. св-ва среды

eо – электрическая постоянная (8,854 . 10-12 Ф . м-1)

КОНДЕНСАТОРЫ

Шпора: Physics ~Шпора: Physics ; U = EDd; Шпора: Physics

Dd – расстояние между пластинами

Шпора: Physics , где

С – емкость конденсатора с диэлектриком

Со – емкость конденсатора без диэлектрика

ЭНЕРГИЯ ЗАРЯЖОННОГО КОНДЕНСАТОРА.

Шпора: Physics - для потенциальной энергии заряда в однородном поле энергии конденсатора, где

q – заряд конденсатора,

d – расстояние между пластинами

Еd = U, где

U – разность потенциалов между обкладками конденсата

Шпора: Physics -энергия конденсатора

Шпора: Physics - электроемкость конденсатора

Шпора: Physics - энергия каждого элемента

Шпора: Physics ~E2

Шпора: Physics - для плотности энергии

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК. СИЛА ТОКА

Электрическим током называют упорядоченное (направленное) движение

заряженных частиц. Возникает при упорядоченном перемещении свободных электронов

или частиц. За направление тока принимают направление движения положительно

заряженных частиц.

Действия тока: тепловое, магнитное, химическое.

Заряд, перенесенный в единицу времени, служит основной количественной

характеристикой тока, называемой силой тока.

Шпора: Physics , где

Dq – переносимый через поперечное сечение проводника заряд

Dt – промежуток времени

I – сила тока, скаляр [ 1A = 1 Кл / с]

Сила тока может быть как положительной, так и отрицательной величиной. Знак силы

тока зависит от того, какое из направлений вдоль проводника принять за

положительное. I > 0, если направление тока совпадает с условно выбранным

положительным направлением вдоль проводника.

I = Шпора: Physics

Шпора: Physics , где

е – модуль заряда электрона

n – концентрация частиц

УСЛОВИЯ, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ СУЩЕСТВОВАНИЯ ЭЛ. ТОКА.

1. Необходимо наличие свободно заряженных частиц

2. Необходима сила, действующая на частицы со стороны электрического поля

в определенном направл

Шпора: Physics

Если разность потенциалов =0, то поля нет.

Если разность потенциалов не изменилась, то ток будет считаться постоянным.

ЗАКОН ОМА ДЛЯ УЧАСТКА ЦЕПИ.

СОПРОТИВЛЕНИЕ

1 Для каждого проводника – твердого, жидкого и газообразного –

существует определенная зависимость силы тока от приложенной разности

потенциалов на концах проводника; эту зависимость выражает т.н. вольт –

амперная характеристика проводника

1 Зависимость силы тока от напряжения носит название закон Ома.

Согласно закону Ома, для участка цепи сила тока прямо пропорциональна

приложенному напряжению U и обратно пропорциональна сопротивлению проводника

R.

Шпора: Physics

1 Основная электрическая характеристика проводника – сопротивление.

Сопротивление зависит от материала проводника и его геометрических размеров.

Шпора: Physics , где

S – площадь поперечного сечения (м2, мм2 )

l – длина проводника (м)

r - уд. сопротивление проводника

Удельное сопротивление численно равно сопротивлению проводника, имеющего

форму куба с ребром 1 м, если ток направлен вдоль нормали к двум

противоположным граням куба.

Шпора: Physics

ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ

Для измерения силы тока в проводнике амперметр включают последовательно с

этим проводником.

Для того, чтобы измерить напряжение на участке цепи с сопротивлением R, к

нему параллельно подключают вольтметр.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ И ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ

СОЕДИНЕНИЕ ПРОВОДНИКОВ.

ПоследовательноеПараллельное

1. Сила тока

1. I = I1 + I2

I = I1 = I2

2. U = U1 = U2

2. Напряжение

Шпора: Physics ; Шпора: Physics

Шпора: Physics ; U1 = IR1

Шпора: Physics ; Шпора: Physics

U2 = IR2

Шпора: Physics

3. Шпора: Physics

U =U1 + U2

Шпора: Physics

3. Сопротивление

R = R1 + R2

Если R1 =R2=R3=.=Rn, где n – число элемента

Шпора: Physics

РАБОТА И МОЩНОСТЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

А = DqU ; A = IUDt = I2RDt = Шпора: Physics

Шпора: Physics - при параллельном соед.

Шпора: Physics - при последоват. соед

Шпора: Physics - закон Джоуля-Ленца

Мощность тока равна отношению работы тока за время Dt к этому интервалу времени.

Шпора: Physics - закон Ома для участка цепи

Шпора: Physics - для последовательного соед.

Шпора: Physics - для параллельного соед.

ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА

Одно лишь электрическое поле заряженных частиц (кулоновское поле) не способно

поддерживать постоянный ток в цепи.

Любые силы, действующие на электрически заряженные частицы, за исключением

сил электростатического происхождения (т.е. кулоновских), называют сторонними

силами.

Внутри источника тока заряды движутся под действием сторонних сил против

кулоновских сил (электроны от положительно заряженного электрода к

отрицательному).

ЭДС в замкнутом контуре представляет собой отношение работы сторонних сил при

перемещении зарядов вдоль контура к заряду: ℰ =Шпора: Physics

[Вт]

ЗАКОН ОМА ДЛЯ ПОЛНОЙ ЦЕПИ

R – внешнее сопротивление цепи

r- внутреннее сопротивление цепи (сопротивление источника тока)

Rоб = R + r ; ℰ=Шпора: Physics => Aст = ℰDq

Шпора: Physics => Шпора: Physics ; Aст = ℰIDt

Шпора: Physics ; A = Q

ℰIDt = I2RDt + I2rDt; Шпора: Physics ℰ = Шпора: Physics ;

ℰ = Шпора: Physics ; I =ℰ/R+r

Если при обходе цепи переходят от отрицательного полюса источника к

положительному, то ЭДС ℰ > 0. Сторонние силы внутри источника

совершают при этом положительную работу.

ℰ = ℰ1 + ℰ2 + ℰ3 = |ℰ1|-|ℰ2| + |ℰ3|

Если ℰ > 0, то I > 0, т.е. направление тока совпадает с направлением

обхода контура. При ℰ < 0, направление тока противоположно направлению

обхода контура. Полное сопротивление цепи Rп равно сумме всех

сопротивлений:

Rп = R + r1 + r2 + r3

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТОКОВ. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ.

1. Взаимодействие между проводниками с током, т.е. взаимодействие между

движущимися электрическими зарядами, называют магнитными.

2. Силы, с которыми проводники с током действуют друг на друга, называют

магнитными силами.

3. В пространстве, окружающем токи, возникает поле, называемое магнитным.

4. Магнитное поле представляет собой особую форму материи, посредством

которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически

заряженными частицами.

5. Основные свойства:

а) магнитное поле порождается электрическим током (движущимися зарядами)

б) магнитное поле обнаруживается по действию на электрический ток (движущиеся

заряды)

Подобно электрическому полю, магнитное поле существует реально, независимо от

нас, от наших знаний о нем.

Результирующая сила, действующая со стороны магнитного поля на эти

проводники, будет равна 0.

Магнитное поле создается не только электрическим током, но и постоянными

магнитами.

ЛИНИИ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

Силовой характеристикой магнитного поля явл-ся вектор магнитной индукции.

Шпора: Physics - вектор магнитной индукции

За направление вектора магнитной индукции принимается направление от южного

полюса S к северному N магнитной стрелки, свободно устанавливающейся в

магнитном поле. Это направление совпадает с направлением положительной

нормали к замкнутому контуру с током.

Шпора: Physics - положительная нормаль.

Правила буравчика: если направление поступательного движения буравчика

совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки

буравчика совпадает с направлением вектора магнитной индукции.

Линиями магнитной индукции называют линии, касательные к которым

направлены также, как и вектор Шпора: Physics

в данной точке поля.

Важная особенность линий магнитной индукции состоит в том, что они не имеют

ни начала, ни конца. Они всегда замкнуты.

СИЛА АМПЕРА.

Сила ампера – это магнитная сила, действующая со стороны магнитного поля на

проводник с током.

Сила достигает максимального значения, когда магнитная индукция

перпендикулярна проводнику.

Шпора: Physics , если Шпора: Physics ^I.

Шпора: Physics ; Fm = IDlB - максимальная сила

Ампера

F = B|I|Dlsina - закон Ампера

Если левую руку расположить так, чтобы перпендикулярная к проводнику

составляющая вектора магнитной индукции входила в ладонь, а четыре вытянутых

пальца были направлены по направлению тока, то отогнутый на 900

большой палец покажет направление силы, действующей на отрезок проводника.

За единицу магнитной индукции можно принять магнитную индукцию однородного поля,

в котором на участок проводника длиной 1 м при силе тока в 1 А действует со

стороны поля максимальная сила, равная 1 Н. Одна единица магнитной индукции = 1

Н/А . м.

СИЛА ЛОРЕНЦА

Силу, действующую на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного

поля, называют силой Лоренца.

Шпора: Physics , где

F – модуль силы,

N – число заряженных частиц

Шпора: Physics , где

Шпора: Physics - скорость их упорядоченного движения

q – заряд

S – площадь

n – концентрация

Шпора: Physics

Шпора: Physics - число заряженных частиц в рассматриваемом объеме

Шпора: Physics

Шпора: Physics ; Шпора: Physics ; Шпора: Physics ; Шпора: Physics , поэтому Fлmax, т.к. sina = 1; Fл = |q|Шпора: Physics

Если левую руку расположить так. Чтобы составляющая магнитной индукции,

перпендикулярная скорости заряда, входила в ладонь, а четыре пальца были

направлены по движению положительного заряда (против движения отрицательного),

то отогнутый на 90о большой палец покажет направление силы Лоренца.

Так как сила Лоренца перпендикулярна скорости частицы, то она не совершает

работу. Сила Лоренца не меняет кинетическую энергию частицы и, следовательно,

модуль ее скорости. Под действием силы Лоренца меняется лишь направление

скорости частицы.

Шпора: Physics ; Шпора: Physics ; Шпора: Physics

Шпора: Physics - удельный заряд частицы

МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА

ОтношениеШпора: Physics ,

характеризующее магнитные свойства среда, получило название магнитной

проницаемости среды.

Шпора: Physics

m - магнитная проницаемость данной среды.

Магнитные свойства тела можно объяснить циркулирующими внутри него токами.

Магнитные св-ва любого тела опр-ся замкнутыми электрическими токами внутри него.

Магнитные взаимодействия – это взаимодействия токов.

Ферромагнетики (железо, кобальт, никель. Редкоземельные элементы и многие

сплавы) – тела с большой магнитной проницаемостью.

Температура Кюри – это температура, больше некоторой определенной для

данного ферромагнетика, ферромагнитные свойства его исчезают.

ЗАВИСИМОСТЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ

ПРОВОДНИКА ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ

Шпора: Physics R~t, где

Ro – сопротивление проводника

R – сопротивление проводника после нагревания

Шпора: Physics - относительное изменение сопротивления проводника

Шпора: Physics Шпора: Physics = at, где

a - коэф. пропорциональности, называемый температурным коэф. сопротивления.

Для металлов a =Шпора: Physics

Шпора: Physics ; R~ Шпора: Physics

Шпора: Physics ; a > 0; Шпора: Physics

Очень сильное магнитное поле разрушает сверхпроводящее состояние.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ПОЛУПРОВОДН.

Электрическая проводимость при наличии Примесей

Удельное сопротивление с увеличением температуры не растет, а наоборот,

чрезвычайно резко уменьшается. Такие в-ва и называются полупроводниками.

При температурах, близких к абсолютному нулю, удельное сопротивление

полупроводников очень велико. При низких температурах полупроводник ведет

себя как диэлектрик.

Ковалентная связь – это когда взаимодействие пары соседних атомов

осуществляется с помощью парноэлектронной связи.

Полупроводники при низкой температуре не проводят электроток.

Удельное сопротивление с увеличением температуры у металлов увеличивается.

Проводимость полупроводников, обусловленную наличием у них свободных электронов,

называют электронной проводимостью.

При разрыве связи образуется вакантное место с недостающим электроном. Его

называют дыркой. В дырке имеется избыточный положительный заряд по

сравнению с остальными, нормальными связями.

П/проводники обладают не только электронной, ро и дырочной проводимостью.

Проводимость при этих условиях называют собственной проводимостью

полупроводников.

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОВОДИМОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВ ПРИ НАЛИЧИИ ПРИМЕСЕЙ.

В полупроводниках при наличии примесей наряду с собственной проводимостью

возникает дополнительная – примесная проводимость.

Примеси, легко отдающие электроны и. следовательно, увеличивающие число

свободных электронов, называют донорными (отдающими) примесями. Их

называют полупроводниками n- типа (от слова negativ – отрицательный). В

полупроводнике n-типа электроны являются основными носителями заряда, а

дырки – неосновными.

Число дырок в кристалле равно числу атомов примеси. Такого рода примеси называют

акцепторными (принимающими). При наличии электрического поля дырки перемещаются

по полю, и возникает дырочная проводимость. Эти проводники называют

проводниками p-типа (от слова positiv – положительный). Основными

носителями заряда в полупроводнике p-типа явл-ся дырки, а неосновными

электроны.

ЭЛЕКТРОТОК ЧЕРЕЗ КОНТАКТ

ПОЛУПРОВОДНИКОВ p- И n- ТИПОВ.

Контакт двух полупроводников называют p-n- переходом.

При образовании контактов электроны частично переходят из полупроводника n-

типа в полупроводник p-типа, а дырки – в обратном направлении. В результате

полупроводник n-типа заряжается положительно, а p-типа – отрицательно.

Свойства p-n- перехода используют для выпрямления переменного тока.

Электрический ток в вакууме. Диод.

Процесс, основанный на свойстве тел, нагретых до высокой температуры, испускать

электроны, называется термоэлектронной эмиссией.

Анод – положительно заряженный, холодный электрод.

Катод – отрицательно заряженный, нагретый электрод.

ЭЛЕКТРОННЫЕ ПУЧКИ.

ЭЛЕКТРОНН-ЛУЧЕВАЯ ТРУБКА.

Электронный пучок:

1. попадая на тела, вызывает их нагревание;

2. при торможении быстрых электронов, попадающих на вещество,

возникает рентгеновское излучение.

3. некоторые в-ва, бомбардируемые электронами, светятся.

4. отклоняются электрическим полем

5. отклоняются в магнитном поле

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ЖИДКОСТЯХ

При растворении электролитов под влиянием электрического поля полярных молекул

воды происходит распад молекул электролитов на ионы. Этот процесс наз-ся

электролитической диссоциацией.

Степень диссоциации зависит от температуры, концентрации раствора и

диэлектрической проницаемости растворителя.

Ионы разных знаков при встрече могут снова объединиться в нейтральные молекулы -

рекомбинировать.

Перенос заряда в водных растворах или расплавах электролитов осуществляется

ионами, такую проводимость называют ионной.

На аноде отрицательно заряженные ионы отдают свои лишние электроны, а на катоде

положительные ионы получают недостающие электроны (восстановительная реакция).

Процесс выделения на электроде вещества, связанный с

окислительно-восстановитель-ными реакциями, называют электролизом.

При помощи электролиза осуществляют очистку металлов от примесей.

ЗАКОН ЭЛЕКТРОЛИЗА

m = moi . Ni ; Шпора: Physics ;

Шпора: Physics , где n – валентность.

Шпора: Physics ; Шпора: Physics , где

I – сила тока

Dt – время

Шпора: Physics

Шпора: Physics - закон Фарадея, где

k – коэф. пропорциональности

Шпора: Physics ; Шпора: Physics

Величину k называют электрохимическим эквивалентом данного вещества и

выражают в кг/Кл

Шпора: Physics - число Фарадея

Чем больше разность потенциалов между электродами, тем больше напряженность

электрического поля.

Плазма – это частично или полностью ионизованный газ, в котором плотности

положительных и отрицательных зарядов практически совпадают.

Шпора: Physics

Как изменится внутренняя энергия идеального газа при адиобатном расширении ?

(уменьшится)

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ГАЗАХ

Вследствие нагревания или воздействия излучением часть атомов ионизируется

– распадается на положительно заряженные ионы и электроны. В газе могут

образовываться и отрицательные ионы, которые появляются благодаря присоединению

электронов к нейтральным атомам.

По мере нагревания молекулы движутся быстрее. При этом некоторые молекулы

начинают двигаться так быстро, что часть их них при столкновениях

распадается, превращаясь в ионы.

После прекращения действия ионизатора газ перестает быть проводником. Ток

прекращается после того, как все ионы и электроны достигнут электродов. Кроме

того, при сближении электрона и положительно заряженного иона они могут вновь

образовать нейтральный атом. Такой процесс называют рекомбинацией

заряженных частиц.

НЕСАМОСТОЯТЕЛЬНЫЙ И

САМОСТОЯТЕЛЬНЫЙ РАЗРЯДЫ.

Если действие ионизатора прекратить, то прекратится и разряд, так как других

источников ионов нет. По этой причине разряд называют несамостоятельным

разрядом.

Если убрать внешний ионизатор, то разряд не прекратится. Так как разряд не

нуждается для своего поддержания во внешнем ионизаторе, его называют

самостоятельным ионизатором.

Чем больше разность потенциалов между электродами, тем больше напряженность

электрического поля.

При столкновении электрона с атомом происходит ионизация.

РАЗЛИЧНЫЕ ТИПЫ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО

РАЗРЯДА:

1. Тлеющий разряд

2. Электрическая дуга

3. Коронный разряд

4. Искровой разряд

Плазма может быть высокотемпературной и низкотемпературной

Шпора: Physics

Шпора: Physics Шпора: Physics Шпора: Physics Шпора: Physics Шпора: Physics

Шпора: Physics Шпора: Physics

A

Шпора: Physics Шпора: Physics

q1 > 0 q2 > 0

q1 = q2

Шпора: Physics Шпора: Physics Шпора: Physics Шпора: Physics Шпора: Physics q1 > 0 C Шпора: Physics

Шпора: Physics E

Шпора: Physics

q2 < 0



(C) 2009