Поле двух одноименных зарядов

Принцип суперпозиции

Если электрическое поле в какой – то точке создаётся несколькими зарядами (q 1 ,q 2 , …), то вектор напряжённости данной системы зарядов равен векторной сумме напряжённостей полей, создаваемых каждым зарядом в отдельности.

5. Линии вектора напряжённости, поток вектора напряжённости электростатического поля

Пусть имеются 2 заряда q 1 иq 2 .

Договоримся проводить линию в каждую точку которой результирующий вектор напряжённости направлен по касательной.

Такую линию называют силовая линия или линия напряжённости.

Силовые линии проводятся по определённому правилу: там, где гуще силовые линии, там напряжённость больше, и наоборот.

Пусть имеется однородное электрическое поле, силовые линии

п

араллельны друг другу.

Ф - число силовых линий

N ~∆ S

N ~ E

N =Ф= E ∙∆ S

- как проекция на нормаль

- поток через элементарную площадку

- полный поток

- такой поток будет через любую замкнутую площадь.

Учебные наглядные пособия:

Демонстрации:

1. Силовые линии электрического поля. Одиночный заряд

Подготовка и проведение опыта

Вставить султан в штатив. Соединить султан с электрофорной машиной. Развести кондукторы электрофорной машины на расстояние 5 – 10 см. Вращать ручку электрофорной машины, подавая заряд на султан. Заряженные лепестки султана, отталкиваясь друг от друга, располагаются радиально в виде своеобразного шара. Расположение лепестков султана совпадает с силовыми линиями электрического поля одиночного заряда, что дает возможность представить картину электрического поля одиночного заряда.

2. Силовые линии электрического поля двух разноименных зарядов

Подготовка и проведение опыта

Закрепить султаны в штативах. Соединить один султан с положительным кондуктором электрофорной машины, а другой с отрицательным. Развести кондукторы электрофорной машины на расстояние 5­­–10 см. Вращать ручку электрофорной машины, подавая заряды на султаны. Заряженные лепестки султанов располагаются в определенном порядке (см. рис.) Расположение лепестков султанов совпадает с силовыми линиями электрического поля двух разноименных зарядов, что дает возможность представить картину электрического поля этих зарядов.

3. Силовые линии электрического поля двух одноименных зарядов

Подготовка и проведение опыта

Закрепить султаны в штативах. Соединить оба султана с одним кондуктором электрофорной машины на расстояние 5–10 см. Вращать ручку электрофорной машины, подавая заряд на султаны. Заряженные лепестки султанов располагаются в определенном порядке (см. рис.) Расположение лепестков султанов совпадает с силовыми линиями электрического поля двух одноименных зарядов, что дает возможность представить картину электрического поля этих зарядов.

Раздел: Электричество и магнетизм

Лекция № 12

Электростатика

Основные вопросы, рассматриваемые на лекции:

1. Теорема Остроградского-Гаусса и её применение.

2. Потенциал и работа сил электростатического поля.

3. Связь между напряжённостью и потенциалом.

4. Электроёмкость. Конденсаторы.

5. Энергия и плотность энергии электрического поля.

Краткое содержание лекции

1. Теорема Остроградского-Гаусса и её применение

Пусть имеется система зарядов: q 1 ,q 2, q 3 …

Определим поток, который создают эти заряды через замкнутую поверхность, окружающую эти заряды.

;

;

…

;

- теорема Гаусса

Поток вектора напряжённости электрического поля через замкнутую поверхность равен алгебраической сумме зарядов, заключённых внутри этой поверхности, делённое на Е 0 Е.

Домножим на Е 0 Е =>

Е 0 ЕЕ n =D n – физическая величина электрического смещения или индукция электрического поля.

–теорема Остроградского–Гаусса

Применение теоремы:

1) Заряженная плоскость

Возьмём замкнутую поверхность – цилиндр.

-плотность заряда.

Найти напряжённость.

;

-так определяется напряжённость поля заряженной плоскости. Напряжённость не зависит от расстояния.

r-расстояние от центра до точки, где находится напряжённость

Е n =0, т.к.Ф =0 заряды внутри отсутствуют

Ф= ES =E 4 πr 2 =>

=>

-напряжённость шара.

2. Потенциал и работа сил электростатического поля.

Пусть электрическое поле создаётся q 1 ,q 2, q 3 …

[φ]==1B

φ-потенциал

W- потенциальная энергия заряда которой обладает пробный заряд, помещённый в точку электрического поля.

Рассмотрим работу сил электростатического поля

Определим работу на участке 1-2-А 12 ;

=>

=>

,

;

-потенциал поля точечного заряда

Потенциал – это скалярная величина. Она не имеет направления.

по дисциплине электротехника

тема: «Электрическое поле»

Выполнил:

Секин Д.А.

Проверил: преподаватель

Торпищин А.А.

Электрическое поле - особый вид материи, существующий вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом, а также в свободном виде при изменении магнитного поля (например, в электромагнитных волнах). Электрическое поле непосредственно невидимо, но может наблюдаться благодаря его силовому воздействию на заряженные тела.

Электрическое поле можно рассматривать как математическую модель, описывающую значение величины напряжённости электрического поля в данной точке пространства Дуглас Джанколи писал так: «Следует подчеркнуть, что поле не является некой разновидностью вещества; правильнее сказать, это чрезвычайно полезная концепция… Вопрос о „реальности“ и существовании электрического поля на самом деле - это философский, скорее даже метафизический вопрос. В физике представление о поле оказалось чрезвычайно полезным - это одно из величайших достижений человеческого разума».

В классической физике, применимой при рассмотрении крупномасштабных (больше размера атома) взаимодействий электрическое поле рассматривается как одна из составляющих единого электромагнитного поля и проявление электромагнитного взаимодействия. В квантовой электродинамике - это компонент электрослабого взаимодействия.

Эффект поля заключается в том, что при воздействии электрического поля на поверхность электропроводящей среды в её приповерхностном слое изменяется концентрация свободных носителей заряда. Этот эффект лежит в основе работы полевых транзисторов.

Основным действием электрического поля является силовое воздействие на неподвижные (относительно наблюдателя) электрически заряженные тела или частицы. Если заряженное тело фиксировано в пространстве, то оно под действием силы не ускоряется. На движущиеся заряды силовое воздействие оказывает и магнитное поле (вторая составляющая силы Лоренца).

Для количественного определения электрического поля вводится силовая характеристика - напряженность электрического поля. Обозначается буквой E и находится по формуле:

Напряженностью электрического поля называют векторную физическую величину, равную отношению силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд, помещённый в данную точку пространства, к величине этого заряда. Направление вектора совпадает в каждой точке пространства с направлением силы, действующей на положительный пробный заряд. В Международной системе единиц (СИ) напряженность электрического поля измеряется в вольтах на метр: в/м .

Напряженность электрического поля как любая механическая сила характеризуется как численным значением, так и направлением в пространстве (рис. 1), т. е. является векторной величиной.

Она изображается на чертеже отрезком, длина которого в определенном масштабе выражает числовое значение величины E ., а стрелка указывает ее направление. Если в формуле Кулона один из зарядов принять равным единице, то мы получим силу, действующую на единицу заряда, т. е. напряженность электрического поля

На рис. 2а графически показана напряженность электрического поля в точках А и В, удаленных на расстояние r 1 и r 2 от положительного заряда q, помещенного в какой-либо среде.

Как видно из чертежа, напряженность поля достаточно малого (точечного) положительного заряда направлена от заряда вдоль радиуса. Напряженность поля в точках А и В, разноудаленных от заряда q, различна и убывает по мере удаления от заряда q обратно пропорционально квадрату расстояния. На рис. 2б графически показана напряженность электрического поля в точках А и В, удаленных на расстояние r 1 и r 2 от одиночного отрицательного заряда-q, находящегося в какой-либо среде. Напряженность поля в этом случае направлена вдоль радиуса к заряду.

Рассмотрим теперь, чему равна напряженность поля, созданного двумя электрическими зарядами +q 1 и -q 2 в некоторой точке А (рис. 3).

Рис. 3 Определение напряженности поля, образованного двумя зарядами

Если убрать заряд -q 2 , то напряженность поля в точке А, созданная зарядом +q 2 , будет E 1 , Наоборот, если убрать заряд +q 1 . то напряженность поля в точке А, созданная зарядом -q 2 , будет E 2 . Так как напряженности E 1 и E 2 направлены под углом одна к другой, то для получения результирующей напряженности поля E от совместного действия зарядов +q 1 и -q 2 необходимо напряженности E 1 и E 2 сложить по правилу параллелограмма. Тем же способом можно вычислить и построить напряженность в любой точке поля при любом числе электрических зарядов.

Положительный электрический заряд, внесенный в поле положительно заряженного тела шарообразной формы, будет отталкиваться по прямой линии, являющейся продолжением радиуса заряженного тела. ­

Помещая электрический заряд в различные точки поля заряженного шара и отмечая траектории движения заряда под действием его электрических сил, мы получим ряд радиальных прямых, расходящихся от шара во все стороны. Эти воображаемые линии, по которым стремится двигаться положительный, лишенный инерции заряд, внесенный в электрическое поле, как было указано выше, называются электрическими силовыми линиями. Ясно, что в электрическом поле можно провести любое число силовых линий. С помощью силовых линий можно графически изобразить не только направление, но и величину напряженности электрического поля в данной точке. Если условиться проводить силовые линии так, чтобы через квадратный сантиметр поверхности, перпендикулярной к этим линиям в данной точке поля, проходило такое их количество, которое было бы равно напряженности поля в этой точке, то этот графический прием позволит нам судить о величине напряженности в данной точке поля по густоте силовых линий.

На рис. 4а дано электрическое поле положительно заряженного шара, удаленного от других зарядов, а на рис. 4б дано поле отрицательно заряженного шара.

а) б)

Рис 4 Силовые линии а) положительно и б) отрицательно заряженного шара

Рассмотрим более сложное электрическое поле между двумя разноименными точечными зарядами (рис. 5а ). Возьмем точку А и построим для нее вектор напряженности с учетом одновременного действия двух заряженных тел.

На конце вектора напряженности E 1 ставим точку Б и строим вектор напряжения в этой точке. В точке В , установленной на конце вектора напряженности E 2 строим вектор напряженности и т. д. Ломаная линия АБВГД показывает направление электрического поля в точках А, Б, В, Г и Д. При большем числе промежуточных точек (рис. 5 б ) ломаная линия, соединяющая эти точки, будет точнее передавать направления поля.

Точное представление о направлении поля даст линия с бесконечно большим числом этих точек на ней. При этом ломаная линия переходит в некоторую плавную кривую (рис. 5 в ). Направление поля в данной точке совпадает с вектором напряженности и может быть указано направлением касательной к силовой линии в этой же точке.

На рис. 6а дано изображение электрического поля двух физически точечных разноименных зарядов, а на рис. 6б - двух одноименных зарядов.

Рис. 6 Электрические поля двух разноименных(а) и двух одноименных(б)

Электрическое поле, напряженность которого в разных точках пространства одинакова по величине и по направлению, называется однородным, или равномерным. Практически однородное поле получается между большими параллельными пластинами (рис. 7).

Рис 7 Однородное электрическое поле

Однородное электрическое поле изображается параллельными линиями, расположенными на одинаковых расстояниях одна от другой.

Так как одноименные заряды взаимно отталкиваются, то электрический заряд сосредоточивается только на внешней поверхности проводника. Количество электричества, приходящееся на единицу поверхности заряженного тела, называется поверхностной плотностью электрического заряда. Величина плотности электрического заряда зависит от количества электричества на теле, а также от формы поверхности проводника. На телах правильной формы (шар, очень длинные проводники круглого сечения) электрический заряд распределяется равномерно. Поэтому поверхностная плотность электрического заряда во всех точках поверхности таких тел будет одинакова.

На проводниках неправильной формы заряд распределяется неравномерно. Большая плотность электричества будет на выступах, выпуклостях, меньшая - во впадинах, углублениях.

Особенно велика плотность электричества на остриях. Поэтому части заряда, находящиеся на острие тела неправильной формы, будут испытывать силы отталкивания, стремящиеся удалить эти части заряда с поверхности тела. Большая часть заряда, скопившаяся на острие проводника, может образовать в этом месте сильное электрическое поле, под влиянием которого воздух (или другой диэлектрик) будет ионизирован и станет проводящим. В этом случае электрический заряд, как говорят, начинает стекать с острия. Во избежание этого в электротехнике высоких напряжений на проводниках тщательно устраняют острые углы, концы, выступы.

Наблюдение электрического поля в быту

Для того, чтобы создать электрическое поле, необходимо создать электрический заряд. Натрите какой-нибудь диэлектрик о шерсть или что-нибудь подобное, например, пластиковую ручку о собственные чистые волосы. На ручке создастся заряд, а вокруг - электрическое поле. Заряженная ручка будет притягивать к себе мелкие обрывки бумаги. Если натирать о шерсть предмет большей ширины, например, резиновую ленту, то в темноте можно будет видеть мелкие искры, возникающие вследствие электрических разрядов.

Электрическое поле часто возникает возле телевизионного экрана при включении или выключении телеприёмника. Это поле можно почувствовать по его действию на волоски на руках или лице.

Электрическое поле внутри проводников с избыточными зарядами

Из опытов, приводимых в электростатике, известно, что избыточные заряды привнесённые в проводник извне, перемещаются к поверхности проводника и остаются у поверхности проводника. Само перемещение избыточных зарядов к поверхности проводника свидетельствует о наличии электрического поля внутри проводника в период перемещения к поверхности проводника.

Некоторые авторы признают наличие электрического поля внутри проводника в период перемещения зарядов к поверхности, но считают, что после периода перемещения избыточных зарядов к поверхности электрического поля нет. Если бы это было так, то избыточные заряды находились бы в состоянии безразличного равновесия и беспорядочно перемещались бы по всему объёму проводника подобно броуновскому движению молекул, но этого не происходит.

Литература

1. И.А. Данилов, П.М. Иванов
Общая Электротехника с основами электроники – Москва «Высшая Школа» 2000

2. Я.П. Терлицкий, Ю.П. Рыбаков

ЭлектроДинамика - Москва «Высшая школа» 1982

3. Л.А. Бессонов

Теоритеческие основы электротехники.Электромагнитное поле Москва «Гардарики» 2001

Электрический заряд – скалярная физическая величина, определяющая интенсивность электромагнитных взаимодействий.

Электрический заряд бывает отрицательным и положительным. Одноименные заряды отталкиваются, разноименные притягиваются.

При нормальных условиях тела содержат одинаковое количество положительных и отрицательных зарядов, т.е тела являются электрически нейтральными.

Электризация – явление, сопровождающееся перераспределением зарядов на телах, а тело, обладающее избытком или недостатком зарядов, называется наэлектризованным телом.

Простейший способ электризации тел- электризация трением, при котором электризуются оба тела, и притом разноименно.

Закон сохранения электрического заряда:

В любой замкнутой(электрически изолированной) системе сумма электрических зарядов остается постоянной при любых взаимодействиях внутри ее.

Полный электрический заряд q системы равен алгебраической сумме ее положительных и отрицательных зарядов:

Для исследования заряженных тел используют модель точечного заряда и модель непрерывного распределения заряда.

Точечный заряд – заряженное тело, размерами которого в данной задачи можно пренебречь.

Элементарный заряд – абсолютное значение заряда электрона.

Заряд частиц и тел кратны элементарному заряду e= 1,6 *10 -19 Кл.

Носители элементарных зарядов – элементарные частицы: электроны(-е) и протоны (+е). для обнаружения электрического заряда используется электроскоп. Для измерения величины электрического заряда используется электрометр.

Закон взаимодействия точечных зарядов. Закон Кулона.

При помощи крутильных весов кулон установил количественный закон электростатических взаимодействий, называемый в нас тоящее время законом кулона:

Сила взаимодействия F двух точесных зарядов прямо пропорциональна их величинам q1 и q2, обратно пропорциональна квадрату расстояний между ними r и направлена вдоль прямой, соединяющей эти заряды.

k- коэффициент пропорциональности в вакууме записывается так:

k= . Где Е 0 = 8,85 *10 -12 Кл/Н* м 2

наиболее простой вид закон взаимодействия заряженных тел имеет в случае точечных зарядов. В СИ единицей заряда является Кулон.

1 кулон – заряд, проходящий за одну секунду через поперечное сечение проводника при постоянной силе тока.

[q]= 1Кл=1А*1с

Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции электрических полей. Графическое изображение электрического поля.

Электрическое поле – вид материи, посредством которого осуществляется взаимодействие электрических зарядов.

Св-ва электрического поля:

Оно материально, обладает импульсом, энергией

Порождается электрическим зарядом

Обнаруживается по действию на заряд с некоторой силой

Электростатическое поле – поле, создаваемое неподвижным электрическим зарядом.

Сила, действующая на заряд q записывается в виде:

E- cиловая характеристика электрического поля, называемая напряженностью электрического поля.

Напряженность электрического поля – векторная физическая величина, являющаяся динамической характеристикой электрического поля, определяется отношением силы, действующей со стороны поля на точечный электрический заряд, к величине этого заряда

Силовая линия – направленная линия в пространстве, касательная к которой в каждой точке совпадает по направлению с вектором напряженности электрического поля в данной точке

Электрические поля точечных зарядов

А) положительный, б) отрицательный

Электрическое поле двух точечных разноименных зарядов

Электрическое поле двух одноименных зарядов

Принцип суперпозиции

Напряженность элетрического поля системы точечных зарядов в некоторой точке пространства равна геометрической сумме напряженности полей, создаваемая каждым из этих зарядов в отдельности в этой точке

Е=Е1+Е2+Е3…

Работа электрического поля при перемещении заряда.

Работа сил системы равна изменению потенциальной энергии, взятой с противоположным знаком.

На заряд q, помещенный в электростатичское поле напряженностью Е,действует сила F. Поэтому при его перемещении из А в В полем будет совершаться работа.

А=F*S=FS cosα=F(d1-d2)=-F(d2-d1)=-Fd= -qEd

Где S – вектор перемещения.

Scosα=-d1-d2 > 0 – проекция вектора. Перемещения на ось Ох, направленную вдоль поля Е.

Потенциал. Разность потенциалов. Эквипотенциальная поверхность.

Потенциал электростатического поля- физическая скалярная величина, характеризующая потенциальную энергию единичного заряда в данной точке пространства

В СИ за единицу потенциала принимается 1 вольт.

Если при перемещении заряда q из точки 1 в точку 2, поле совершает работу А 1-2 , то разность потенциалов

Потенциал электростатического поля в данной точке простарнства численно равен работе, которую совершают сила тока при перемещении единичного положительного заряда из данной точки на бесконечность.

Потенциал поля, создаваемого точечным зарядом в точке, стоящей на расстоянии от заряда, определяется по формуле

Следовательно работа по перемещению заряда между точками 1 и 2 на расстоянии r1 b r2 от точечного заряда может быть вычислен по формуле.

Для вычисления потенциала электростатического поля используется принцип суперпозиции потенциалов:

Потенциал поля нескольких точечных зарядов равен алгебраической сумме потенциалов отдельных зарядов

1 + 2 + 3 +…

Для графического изображения полей, кроме силовых линий электрического поля, удобно использовать эквипотенциальные поверхности(линии) равного потенциала.

Связь между напряжением и напряженностью для однородного электрического поля.

Разность потенциалов называют еще электрическим напряжением U.

Связь между напряждением и напряженностью однородного электростатического поля

A =qU=q ( 1-2) = - q = qE (d 1- d 2)

Напряженность электрического поля можно измерять как в ньютонах на кулон, так и вольтах на мерт.

Единицы эквиваленты: [Е]=

Формулы для напряжения поля также позволяют выражать работу и энергию во внешних единицах – электрон-вольт

Электрон-вольт(1эв) – энергия, которую приобретает частица с зарядом, равным элементарному заряду е=1,6*10 -19 кл, при перемещении под действием поля между двумя точками с разностью потенциалов 1 В

1эв = 1,6*10 -19 кл * 1в=1,6*10 -19 Дж

Проводники в электростатическом поле. Электростатическая индукция. Электростатическая защита.

Проводниками называются вещества, по которым могут свободно перемещаться электрические заряды, например переходить с одного тела на другое.

Проводники: металлы, электролиты, плазма

Заряды, возникшие на поверхности проводника во внешнем электрическом поле, называют индуцированными

Явление разделения зарядов в проводнике, помещенное в электрическое поле, называется электростатической индукцией.

Условие Е =0 выполняется для всех точек внутри проводника независимо от того, заряжен он сам или помещен во внешнее электростатическое поле

Получение заряда необходимого знака с помощью заземления.ᶓ

Поверхностная плоскость заряда , гдеq- заряд, s- площадь поверхности.

Электростатическая защита – замкнутая проводящая оболочка защищает все, что находится внутри ее действия внешнего электростатического поля.

Диэлектрики в электростатическом поле. Диэлектрическая проницаемость веществ.

Диэлектрики(изоляторы)- вещества, в которых практически отсутвсуют свободные носители зарядов.

Диэлектрики- воздух, азот, углекислый газ, некоторые жидкости(дистиллированная вода, спирт) и твердые тела(стекло, эбонит, фарфор, шелк)

На поверхности диэлектрика возникают заряды – их называют связанными.

Явление смещения связанных положительных и отрицательных зарядов в противоположные стороны под действием приложенного внешнего электростатического поля называется поляризацией.

Диэлектрическая проницаемость ᶓ - скалярная физическая величина, характеризующая способность диэлектрика поляризоваться под действием электрического поля и равная отношению модуля напряженности ᶓ 0 однородного электрического поля в вакууме к модулю напряженности Е электрического поля в однородном диэлектрике, внесенном во внешнее поле

диэлектрики бывают: неполярные- состоят из атомов или молекул, у которых центры распределения положительных зарядов и отрицательных совпадают.(инертные газы, кислород, водород, бензол)

Полярные- состоят из молекул, у которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов не совпадают(спирты, воды)

Электроемкость проводника. Конденсаторы. Емкость плоского конденсатора. Соединение конденсаторов в батареи.

Увеличение заряда проводников приводит к увеличению напряжения между ними. Отношение для пары проводников остается постоянным

Электроемкость

Электроемкость численно равна заряду, коротый надо сообщить проводнику, чтобы изменить его потенциал на единицу

В СИ единицей электроемкости является фарат(1Ф)

1 Ф – емкость уединенного проводника, потенциал которого увеличивается на 1 В при сообщении ему заряда у Кл

[C]=1Ф = 1 Кл/В

Конденсатор – система проводников, разделенных диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с линейными размерами проводника. Проводники, образующие конденсатор, называются его обкладками.

Плоский конденсатор состоит из двух параллельных металлических пластин(обкладок), расположенных на небольшом расстоянии друг от друга, разделенных слоем диэлектрика, находящихся в вакууме.

Электроемкость (емкоть) конденсатора- скалярная физическая величина, определяемая отношение заряда конденсатора q к разности потенциалов между его обкладками:

Емкость плоского конденсатора прямо пропорциональна площади его обкладок, диэлектрической проницаемостью вещества между обкладками и обратно пропорциональна расстоянию между ними

По типу используемого диэлектрика конденсаторы делятся на буажные, воздушные, керамические, электролические.

По рабочему напряжению различают низковольтные(электролитические, с напряжение пробоя до 100 в) высоковольтные(больше 100 вольт)

Соединение конденсаторов:

Параллельное

Напряжение на обкладках одно и то же

Суммарный заряд равен сумме зарядов на каждом из конденсаторов

Емкость батареи равна сумме емкостей всех конденсаторов.

Оно применяется для увеличения электроемкости системы

Последовательное

При этом соединении электроемкость батареи всегда превышает наименьший из электроемкостей конденсаторов. Используется.для увеличения предельного рабочего напряжения батареи.

Энергия заряженного конденсатора. Плотность энергии электрического поля.

Энергия заряженного конденсатора определяется работой, затраченной на его зарядку, т.е на перемещение заряда с одной обкладки на другую для создания заданной разности потенциалов , которую называют напряжением U между обкладками конденсатора

Работа А, совершаемая электрическим полем при разрядке конденсатора, определяется по формуле

Изменение энергии электрического поля равно работе, совершенной при разрядке конденсатора

Плотность энергии

Плотность энергии поля численно равна энергии поля в единичном объеме. поле-особый вид материи.

Электрический ток. Сила тока. Плотность тока. Условия существования тока.

Электрический ток- упорядоченное движение заряженных частиц, которые называют насителями тока.

Вещества, проводящие электрический ток, называются проводниками

Направление, в котором упорядоченно движутся положительные и отрицательные заряженные частицы- направление электрического тока.

Для существования электрического тока в замкнутой электрической цепи необходимо:

Наличие свободных заряженных частиц

Существование внешнего электрического поля, действующего на заряженные частицы.

Наличие сил неэлектрической природы, действующих на свободные заряды

Сила тока I – скалярная физическая величина, равная отношению заряда q , прошедшего через поперечное сечение проводника за промежуток времени к этому промежутку.

Постоянный ток – если за любые равные промежутки времени через поперечное сечение проводника проходят равные заряды и направление тока не изменяется со временем.

Единицей силы тока в си является 1 ампер(1А)

Плотность тока j – векторная физическая скалярная величина, равная по модулю отношению силы тока I к площади поперечного сечения S проводника,которое расположено перпендикулярно направлению движения зарядов

Прибор для измерения силы тока- амперметр.

Электродвижущая сила источника. Закон Ома для замкнутой цепи. Ток короткого замыкания.

Величина R() получила название электрического сопротивления, аG- электричкой проводимости данного проводника.

Напряжением U называется скалярная физическая величина, численно равная полной работе А, которая совершается силами при перемещении вдоль участка цепи единичного положительного заряда q

Закон Ома для замкнутой цепи:

Сила тока на однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах данного участка и обратно пропорциональна его сопротивлению

Зависимость между силой тока и напряжение I=f(U) называется вольт - амперной характеристикой.

Схема включения вольтметра в цепь.

Электрический ток в металлах. Зависимость сопротивления металлических проводников от температуры. Сверхпроводимость.

В металлах имеется большое количество свободных электронов(n=10 28 м 3), способных перемещаться по всему объему проводника, они получили название электронов проводника.

Скорость упорядоченного движения электронов составляет величину порядка 10 -4 м/с- движение электричества в металлах. каждое вещество характеризуется температурным коэффициентом сопротивления, который равен относительному изменению удельного сопротивления проводника при его нагревании на 1’С

Где p 0-\ - удельное сопротивление проводника (t=0), р- сопротивление при температуре t,

Сопротивление проводника(металлического)

При температуре близкой к -273(абсолютный ноль), наблюдается явление сверхпроводимости.

Электрический ток в жидкостях. Электролиз, его техническое применение. Законы Фарадея для электролиза.

Жидкости по степени электропроводности делятся на: диэлектрики (дистиллированная вода), проводники (электролиты), полупроводники (расплавленный селен).

Электролит - это проводящая жидкость (растворы кислот, щелочей, солей и расплавленные соли).

Электролитическая диссоциация (разъединение) - при растворении в результате теплового движения происходят столкновения молекул растворителя и нейтральных молекул электролита. Молекулы распадаются на положительные и отрицательные ионы. Например, растворение медного купороса в воде.

Ион - атом или молекула, потерявшая или присоединившая к себе один или несколько электронов; - существуют положительные (катионы) и отрицательные (анионы) ионы.Рекомбинация ионов Наряду с диссоциацией в электролите одновременно может происходить процесс восстановления ионов в нейтральные молекулы.

Между процессами электролитической диссоциации и рекомбинации при неизменных условиях устанавливается динамическое равновесие . Степень диссоциации - доля молекул, распавшихся на ионы; - возрастает с увеличением температуры; - еще зависит от концентрации раствора и от электрических свойств растворителя.

Электропроводимость электролитов Ионная проводимость- упорядоченное движение ионов под действием внешнего эл.поля; существует в электролитах; прохождение эл.тока связано с переносом вещества.

Электронная проводимость - также в небольшой мере присутствует в электролитах, но в основном характеризует электропроводимость жидких металлов.Ионы в электролите движутся хаотически до тех пор, пока в жидкость не опускаются электроды, между которыми существует разность потенциалов. Тогда на хаотическое движение ионов накладывается их упорядоченное движение к соответствующим электродам и в электролите возникает эл. ток.

Зависимость сопротивления электролита от температуры Температурная зависимость сопротивления электролита объясняется в основном изменением удельного сопротивления. , где альфа - температурный коэффициент сопротивления. Для электролитов всегда

Поэтому Сопротивление электролита можно рассчитать по формуле:

Я вление электролиза - сопровождает прохождение эл.тока через жидкость; - это выделение на электродах веществ, входящих в электролиты; Положительно заряженные анионы под действием электрического поля стремятся к отрицательному катоду, а отрицательно заряженные катионы - к положительному аноду. На аноде отрицательные ионы отдают лишние электроны (окислительная реакция) На катоде положительные ионы получают недостающие электроны (восстановительная реакция).

Закон электролиза 1833г. - Фарадей

Закон электролиза определяет массу вещества, выделяемого на электроде при электролизе за время прохождения эл.тока. k - электрохимический эквивалент вещества, численно равный массе вещества, выделившегося на электроде при прохождении через электролит заряда в 1 Кл. Зная массу выделившегося вещества, можно определить заряд электрона.

Электрический ток в газах. Зависимость тока в газах от напряжения. Электрический ток в вакууме. Термоэлектронная эмиссия.

Проводниками могут быть только ионизированные газы, в которых содержатся электроны, положительные и отрицательные ионы.

Прохождение тока через газ называется газовым разрядом.

Разряды, вызванные действием внешнего ионизатора, называются несамостоятельными газовыми разрядами

Напряжение, при котором несамостоятельный разряд переходит в самостоятельный, называют напряжением пробоя, а сам процесс – электрическим пробоем газа.

Газовый разряд, который продолжается после прекращения действия внешнего ионизатора, называется самостоятельным разрядом.

Термоионизация – процесс возникновения свободных электронов и положительных

ионов в результате столкновений молекул при высокой температуре

Вакуумные приборы, работа которых основана на явлении термоэлектронной эмиссии, называются электронными лампами. Простейшая из них- вакуумный диод.

Двухэлектродная лампа (диод). Триод.

Вакуумный диод содержит два электрода. Один- в виде спирали из тугоплавкого материала, например, вольфрама, называется катодом. Второй- ходоный электрод, собирающий термоэлектроны, называется анодом и чаще всего имеет форму цилиндра, внутри которого расположен накаливаемые катод.

Для управления током внутри лампы вводят дополнительные электроды, которые называются сетками. В зависимости от общего числа сеток такие лампы называют триодами(анод, катод, управляющая сетка)

Вакуумный триод: в нем управляющая сетка расположена вблизи катода, что позволяет управлять током триода с помощью малых напряжений

Сравнительная характеристика диэлектриков, проводников и полупроводников.

Полупроводники - вещества, которые по своей удельной проводимости занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками и отличаются от проводников сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и различных видов излучения.

Проводимость полупроводников сильно зависит от температуры. Вблизи абсолютного нуля температуры полупроводники имеют свойства изоляторов

Проводник - вещество, проводящее электрический ток.

Проводники бывают первого и второго рода. К проводникам первого рода относят те проводники, в которых имеется электронная проводимость (посредством движения электронов). К проводникам второго рода относят проводники с ионной проводимостью (электролиты)

Диэлектрик (изолятор) - вещество, плохо проводящее или совсем не проводящее электрический ток. Основное свойство диэлектрика состоит в способности поляризоваться во внешнем электрическом поле.

Физическим параметром, который характеризует диэлектрик, является диэлектрическая проницаемость.

Диэлектрики используются не только как изоляционные материалы.

Ряд диэлектриков проявляют интересные физические свойства.

Строение полупроводников. Зависимость проводимости полупроводников от температуры и освещенности.

Как было уже сказано, полупроводники представляют собой особый класс кристаллов. Валентные электроны образуют правильные ковалентные связи. Такой идеальный полупроводник совершенно не проводит электрического тока (при отсутствии освещения и радиационного облучения) .

Так же как и в непроводниках электроны в полупроводниках связаны с атомами, однако данная связь очень непрочная. При повышении температуры (T>0 K), освещении или облучении электронные связи могут разрываться, что приведет к отрыву электрона от атома. Такой электрон является носителем тока. Чем выше температура полупроводника, тем выше концентрация электронов проводимости, следовательно, тем меньше удельное сопротивление. Таким образом, уменьшение сопротивления полупроводников при нагревании обусловлено увеличением концентрации носителей тока в нем.

С повышением температуры возрастает число разрывов ковалентных связей и увеличивается количество свободных электронов и дырок в кристаллах чистых полупроводников, а следовательно, возрастает удельная электропроводность и уменьшается удельное сопротивление чистых полупроводников. График зависимости удельного сопротивления чистого полупроводника от температуры приведен на рис. 3.

Кроме нагревания, разрыв ковалентных связей и, как следствие, возникновение собственной проводимости полупроводников и уменьшение удельного сопротивления могут быть вызваны освещением (фотопроводимость полупроводника), а также действием сильных электрических полей.

Собственная и примесная проводимость полупроводников.

Различают полупроводники собственные (т.е. беспримесные) и примесные. Примесные делят на донорные и акцепторные.

Проводимость собственных полупроводников

Рассмотрим механизм на примере кремния. Кремний обладает атомной пространственной решеткой с ковалентным типом связи между атомами. При абсолютных температурах, близких к абсолютному нулю, все связи являются заполненными, т.е. свободных заряженных частиц в кристалле нет. При нагревании или облучении некоторые парноэлектронные связи разрываются, появляются свободные электроны и вакантные места, называемые дырками.

У собственных полупроводников число появившихся при разрыве связей электронов и дырок одинаково, т.е. проводимость собственных полупроводников в равной степени обеспечивается свободными электронами и дырками.

Проводимость примесных полупроводников

Если внедрить в полупроводник примесь с валентностью большей, чем у собственного полупроводника, то образуется донорный полупроводник.(Например, при внедрении в кристалл кремния пятивалентного мышьяка. Один из пяти валентных электронов мышьяка остается свободным). В донорном полупроводнике электроны являются основными, а дырки неосновными носителями заряда. Такие полупроводники называют полупроводниками n- типа, а проводимость электронной.

Если внедрять в полупроводник примесь с валентностью меньшей, чем у собственного полупроводника, то образуется акцепторный полупроводник. (Например, при внедрении в кристалл кремния трехвалентного индия. У каждого атома индия не хватает одного электрона для образования парноэлектронной связи с одним из соседних атомов кремния. Каждая из таких незаполненных связей является дыркой). В акцепторных полупроводниках дырки являются основными, а электроны неосновными носителями заряда. Такие полупроводники называются полупроводниками p- типа, а проводимость дырочной

Электронно-дырочный переход. Полупроводниковый диод. Транзистор.

Перехо́д (n- отрицательный, электронный, p - положительный, дырочный), или электронно-дырочный переход - область пространства на стыке двух полупроводников p- и n-типа, в которой происходит переход от одного типа проводимости к другому. p-n-Переход является основой для полупроводниковых диодов, триодов и других электронных элементов с нелинейной вольт-амперной характеристикой.

Полупроводниковый диод - полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом и двумя выводами (электродами). В отличие от других типов диодов, принцип действия полупроводникового диода основывается на явлении p-n-перехода.

Плоскостные p-n-переходы для полупроводниковых диодов получают методом сплавления, диффузии и эпитаксии

Транзи́стор (полупроводниковый триод) - радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, позволяющий входным сигналом управлять током в электрической цепи. Обычно используется для усиления, генерации и преобразования электрических сигналов. В общем случае транзистором называют любое устройство, которое имитирует главное свойство транзистора - изменения сигнала между двумя различными состояниями при изменении сигнала на управляющем электроде.