Шпаргалка по "Физике"

Характер температурной зависимости  ε - диэлектриков с различными видами поляризации часто определяют с  помощью температурного коэффициента диэлектрической проницаемости  T_kε = 1/ε • dε/dT, K ^-1. Сегнетоэлектрики — диэлектрики, обладающие в определенном интервале температур спонтанной (самопроизвольной) поляризованностью, т. е. поляризованностью в отсутствие внешнего электрического поля. К сегнетоэлектрикам относятся сегнетова соль и титанат бария. При отсутствии внешнего электрического поля сегнетоэлектрик представляет собой мозаику из доменов — областей с различными направлениями поляризованности Свойства сегнетоэлектриков:1.имеют аномально большие значения диэлектрической проницаемости (для сегнетовой соли, например, e_max » 10⁴).

2.Для каждого сегнетоэлектрика - определенная температура, выше  которой его необычные свойства  исчезают (становится обычным диэлектриком). Эта температура -точкой Кюри. Сегнетоэлектрики имеют только одну точку Кюри.

3.Диэлектрическая проницаемость e (и диэлектрическая восприимчивость æ) сегнетоэлектриков зависит от напряженности E поля в веществе

4. В сегнетоэлектриках наблюдается  явление диэлектрического гистерезиса  («запаздывания»). Электрострикция — эффект изменения линейных размеров вещества при приложении к нему электрического поля. Наблюдается абсолютно во всех веществах. Пьезоэлектрический эффект — эффект возникновения поляризации диэлектрика под действием механических напряжений (прямой пьезоэлектрический эффект). Существует и обратный пьезоэлектрический эффект — возникновение механических деформаций под действием электрического поля.  Прямой пьезоэффект используется: *в датчиках в качестве чувствительного к силе элемента (чем больше сила, тем выше напряжение на контактах); *в качестве чувствительного элемента в микрофонах; *в контактном пьезоэлектрическом взрывателе (например к выстрелам РПГ-7). Обратный пьезоэлектрический эффект используется: *в пьезоизлучателях,ультразвуковых излучателях; *в системах сверхточного позиционирования, например в системе позиционирования иглы в сканирующем туннельном микроскопе или позиционер перемещения головки жёсткого диска *для подачи чернил в широкоформатных принтерах, печатающих на сольвентных чернилах и *в пьезоэлектрических двигателях; *в адаптивной оптике, для изгиба отражающей поверхности деформируемого зеркала. Электрет — диэлектрик, длительное время сохраняющий поляризованное состояние после снятия внешнего воздействия, которое привело к поляризации (или заряжению) этого диэлектрика, и создающий в окружающем пространстве квазипостоянное электрическое поле. Используется в: запоминающих устройствах, электродвигателях, генераторах; фильтрах и мембранах; противокоррозионных конструкциях; системах герметизации; медицинских аппликаторах

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9. Электрический ток и условия его возникновения. Законы Ома и Джоуля -Ленца в интегральной форме. Вектор плотности тока. Дифференциальная форма законов Ома и Джоуля – Ленца. Мощность тока. Электрический ток — упорядоченное по направлению движение электрических зарядов. За направление тока принимается направление движения положительных зарядов.  Для возникновения и поддержания тока в какой-либо среде необходимо выполнение двух условий: наличие в среде свободных электрических зарядов, создание в среде электрического поля. Уравнение выражает собой закон Ома в интегральной форме для участка цепи, содержащего эдс и формулируется следующим образом: падение напряжения на участке цепи равно сумме падений электрического потенциала на этом участке и эдс всех источников электрической энергии, включённых на участке. Плотностью тока называется величина, равная силе тока, протекающего через единичное поперечное сечение проводника: j = I/S. Полезно переписать закон Ома в так называемой дифференциальной форме, в которой зависимость от геометрических размеров исчезает, и тогда закон Ома описывает исключительно электропроводящие свойства материала. Для изотропных материалов имеем: где: — вектор плотности тока, — удельная проводимость, — вектор напряжённости электрического поля. Мощность тока (изм. в ваттах)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10. Разность потенциалов,  Э.Д.С., напряжение. Законы Ома для  неоднородного участка цепи. Законы  Киргофа для разветвлённых электрических цепей. Примеры использования законов Киргофа.  Напряжение — разность значений потенциала в начальной и конечной точках траектории. Напряжение численно равно работе электростатического поля при перемещении единичного положительного заряда вдоль силовых линий этого поля. Разность потенциалов (напряжение) не зависит от выбора системы координат.

Электродвижущая сила (ЭДС) — скалярная  физическая величина, характеризующая  работу сторонних (непотенциальных) сил в источниках постоянного или переменного тока. ЭДС измеряется в вольтах. Величина ЭДС индукции в контуре определяется выражением где   — поток магнитного поля через замкнутую поверхность , ограниченную контуром. Знак «−» перед выражением показывает, что индукционный ток, созданный ЭДС индукции, препятствует изменению магнитного потока в контуре. Закон Ома для неоднородного участка цепи в интегральной форме, который является обобщенным законом Ома -

Первое правило Киргофа : алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю. Второе правило Кирхгофа: в любом замкнутом контуре, произвольно выбранном в разветвленной электрической цепи, алгебраическая сумма произведений сил токов I_i на сопротивления R_i соответствующих участков этого контура равна алгебраической сумме э.д.с. , встречающихся в этом контуре: Пример: Например, для приведённой на рисунке цепи, в соответствии с первым законом выполняются следующие соотношения: Обратите внимание, что для каждого узла должно быть выбрано положительное направление, например здесь, токи, втекающие в узел, считаются положительными, а вытекающие — отрицательными. В соответствии со вторым законом, справедливы соотношения: .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11. Определение заряда  электрона. Опыт Милликена. Экспериментальные  доказательства электронной природы  тока в металлах. Опыты Мандельштама  и Папалекси, Стюарта и Толмана.  Основы классической теории электропроводности. Эксперимент американского физика, лауреата Нобелевской премии Роберта Милликена в котором был измерен заряд электрона. Непосредственно в эксперименте исследовалось поведение заряженных капель масла в электрическом поле конденсатора. Освещением рентгеновскими лучами можно слегка ионизировать воздух между пластинами конденсатора и изменять заряд капли. Милликен установил, что заряд капли изменялся дискретно на одну и ту же величину e. Металлы обладают электронной проводимостью. Экспериментальные доказательства: Опыт К. Рикке: пропускал ток в сотни ампер в течение длительного времени. Ожидал: в алюминии появится медь. Результат: отрицательный, т. е. ток не является направленным движением ионов. Опыт Стюарта-Толмена: 1913 r. — Мандельштам — Папалекси предложили,  1916 г. — Стюарт — Толмен  осуществили экспериментально.  Длина l провода=500 м (в катушке). Катушка вращалась с v =500 м/с: при резком торможении свободные частицы двигались по инерции. По отклонению стрелки гальванометра определяли удельный заряд, по направлению отклонения  - знак заряда.

Исходя из представлений о свободных  электронах как основных носителях  тока в металлах, Друде разработал классическую теорию электропровод-ности  металлов, которая затем была усовершенствована  Лоренцем

Основные положения этой теории сводятся к следующим: 1). Носителями тока в металлах являются электроны, движение которых подчиняется законом  классической механики. 2). Поведение  электронов подобно поведению молекул  идеального газа (электронный газ). 3). При движении электронов в кристаллической  решетке можно не учитывать столкновения электронов друг с другом. 4). При  упругом столкновении электронов с  ионами электроны полностью передают им накопленную в электрическом  поле энергию.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12. Магнитное поле. Вектор магнитной индукции. Закон  Ампера. Виток с током в магнитном  поле. Магни́тное по́ле — силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения, магнитная составляющая электромагнитного поля. Магнитное поле может создаваться током заряженных частиц и/или магнитными моментами электронов в атомах. Свойства: Создается движущимися электрическими зарядами или переменным электрическим полем;  Действует только на движущиеся электрические заряды; Возникнув, распространяется в пространстве с конечной скоростью равной скорости света. Вектор  магнитной индукции (В) – аналог напряженности электрического поля. Основной силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции. Направление этого вектора для поля прямого проводника с током и соленоида можно определить по правилу буравчика: если направление поступательного движения буравчика (винта с правой нарезкой) совпадает с направлением тока, то направление вращения ручки буравчика покажет направление линий магнитной индукции. Вектор магнитной индукции направлен по касательной к линиям. На практике удобно пользоваться следующим правилом: если большой палец правой руки направить по току, то направление обхвата тока остальными пальцами совпадет с направлением линий магнитной индукции. Таким образом, модуль вектора магнитной индукции есть отношение максимальной силы, действующей со стороны магнитного поля на участок проводника с током, к произведению силы тока на длину этого участка. Закон Ампера. Сила, с которой магнитное поле действует на элемент проводника с током, находящегося в магнитном поле, прямо пропорциональна силе тока  в проводнике и векторному произведению элемента длины проводника на магнитную индукцию :   Модуль силы ампера вычисляется по формуле : . Виток с током в магнитном поле. Если поместить в магнитное поле не проводник, а виток (или катушку) с током и расположить его вертикально, то, применяя правило левой руки к верхней и нижней сторонам витка, получим, что электромагнитные силы F, действующие на них, будут направлены в разные стороны. В результате действия этих двух сил возникает электромагнитный вращающий момент М, который вызовет поворот витка. Виток будет поворачиваться в магнитном поле до тех пор, пока он не займет положение, перпендикулярное магнитным силовым линиям поля. При таком положении через виток будет проходить наибольший магнитный поток. Следовательно, виток или катушка с током, внесенные во внешнее магнитное поле, всегда стремятся занять такое положение, чтобы через виток проходил возможно больший магнитный поток.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13. Закон Био-Савара-Лапласа, его применение для расчёта магнитных полей бесконечно длинного прямолинейного проводника конечных рамеров, кругового тока. Принцып супер позиции полей. Закон Био́—Савара—Лапла́са — физический закон для определения вектора индукции магнитного поля, порождаемого постоянным электрическим током. Аналогично электрическому, для магнитного поля выполняется принцип суперпозиции: магнитная индукция результирующего поля, создаваемого несколькими токами или движущимися зарядами, равна векторной сумме магнитных индукций складываемых полей, создаваемых каждым током или движущимся зарядом в отдельности:  Магнитное поле прямого тока — тока, текущего по тонкому прямому бесконечному проводу Магнитное поле в центре кругового проводника с током. каждый элемент кругового проводника с током создает в центре магнитное поле одинакового направления - вдоль нормали от витка.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14.Сила Лоренса.  Движение зарядов в магнитном  поле. Эффект Холла. Сила Лоренца — сила, с которой электромагнитное поле действует на точечную заряженную частицу. Fл = q υ B sin α. Определяется по правилу левой руки. В однородном магнитном поле на заряженную частицу, движущуюся со скоростью   перпендикулярно линиям индукции магнитного поля, действует сила  , постоянная по модулю и направленная перпендикулярно вектору скорости   (рис. 187). В вакууме под действием силы Лоренца   частица приобретает центростремительное ускорение и движется по окружности. Радиус r окружности, по которой движется частица, определяется из условия Период обращения частицы в однородном магнитном поле равен Последнее выражение показывает, что период обращения частицы в однородном магнитном поле при постоянной массе не зависит от скорости v и радиуса r траектории ее движения. Этот факт используется, например, в ускорителе заряженных частиц — циклотроне. Эффект Холла — это возникновение в металле (или полупроводнике) с током плотностью j, который помещен в магнитное поле В, электрического поля в направлении, перпендикулярном В и j.    
 
где Δφ — поперечная (холловская) разность потенциалов , а — ширина пластинки.  Учитывая, что сила тока I=jS=nevS (n — концентрация электронов, S — площадь поперечного сечения пластинки толщиной d, v — средняя скорость упорядоченного движения электронов), найдем  
 
 (1)  
 
т. е. холловская поперечная разность потенциалов прямо пропорциональна магнитной индукции В, силе тока I и обратно пропорциональна толщине пластинки d. В формуле (1) R=1/(en) — постоянная Холла, которая зависит от вещества.