шпори з фізики. 1 курс. 2 семестр. ЕКЗАМЕН. 59. Порівняння електричної та гравітаційної взаємодії. Закон Кулона

Название	59. Порівняння електричної та гравітаційної взаємодії. Закон Кулона
Анкор	шпори з фізики. 1 курс. 2 семестр. ЕКЗАМЕН.docx
Дата	07.06.2018
Размер	405.11 Kb.
Формат файла
Имя файла	шпори з фізики. 1 курс. 2 семестр. ЕКЗАМЕН.docx
Тип	Закон #20082
страница	2 из 6

1 2 3 4 5 6

За агрегатним станом діелектрики поділяють на

газоподібні (більшість газів);
рідкі (гліцерин, олія, хімічно чиста вода);
тверді (пластмаси, скло, полімерні смоли).

Основні електричні характеристики:

Питомий електричний опір,
Діелектрична проникність,
Тангенс кута діелектричних втрат,
Напруженість електричного поля за якої відбувається пробій.

Діелектрики поділяються на три типи.

І. Неполярні діелектрики – це діелектрики, які складаються з молекул, центри мас позитивних і негативних зарядів яких збігаються за відсутності електричного поля

IІ. Полярні діелектрики – це діелектрики, в яких центри мас позитивних і негативних зарядів не збігаються, тобто мають асиметричну будову

ІІІ Іонні діелектрики – це речовини, молекули яких мають іонну будову. Прикладом таких діелектриків є

та інші

Сегнетоеле́ктрики або фероеле́ктрики — речовина, яка має спонтанний дипольний електричний момент в одній із кристалічних фаз, що існує в певному діапазоні температур.

Прикладом сегнетоелектрика є сегнетова сіль, від назви якої походить назва класу речовин, а також титанат барію.

Особливістю сегнетоелектриків, яка визначає їхнє значення для електроніки, є аномально велике значення діелектричної проникності в полярній фазі.

Поляризовність сегнетоелектриків α в неполярній фазі зростає при наближенні до температури фазового переходу за законом: $\alpha = \frac{c}{t-t_0}$ ,

де С — константа для даного матеріалу, T — температура, а

інша стала, яка називається температурою Кюрі-Вейса й близька за значенням до температури Кюрі. Як видно, навіть у неполярній фазі в околі фазового переходу значення поляризовності аномально велике.
68.Провідники в електричному полі.

Провідник — матеріал, що проводить тепло або електрику (на противагу діелектрику). Для провідника характерні високі тепло- або електропровідність. Найчастіше провідник є речовиною, яка має багато вільних електронів (метали). Діелектрики, типу скла чи кераміки, мають мало вільних електронів. Вуглець — єдиний неметал, що є (у деяких формах) провідником тепла й електрики. Речовини типу кремнію і германію, електропровідність яких має проміжне значення у порівнянні з провідниками й діелектриками називаються напівпровідниками. Їх електропровідність може змінюватися у широкому діапазоні під впливом тепла, світла і напруги.

Якщо провідник внести в електричне поле, вільні електрони в провіднику під дією сил цього поля зміщатимуться в напрямі, протилежному напруженості поля. Внаслідок цього зміщення на одній частині провідника виникає надлишок негативного заряду, на другій частині - надлишок позитивного заряду. В цьому полягає явище електростатичної індукції (або електризації через вплив).Упорядковане переміщення електронів повністю припиняється, коли напруженості зовнішнього і внутрішнього полів виявляються однаковими за значенням.Електричного поля немає всередині як зарядженого, так і незарядженого провідника. Заряди розміщуються на зовнішній поверхні провідника. Найбільша кількість зарядів знаходиться на випуклостях і особливо на вістрях провідника.
69. Енергія електростатичного поля

Щоб зарядити провідник, треба виконати роботу проти кулонівських сил електростатичного відштовхування між однойменно зарядженими частинками. Так, для збільшення заряду на dq слід виконати роботу

, але

, тобто

. Отже, повна робота при електризації провідника від потенціалу 0 до потенціалу φ дорівнює:

.

За законом збереження енергії, робота з електризації йде на збільшення енергії зарядженого провідника, а отже

− є енергією електростатичного поля навколо провідника.

Енергія електричного поля для конденсатора може бути обрахована з останньої формули:

. Враховуючи, що

, а значить,

, маємо

. Але S·d=V − об’єм поля між пластинами конденсатора. Густина енергії − енергія, яка припадає на одиницю об’єму, тобто

.

Знаючи об’ємну густину енергії ω_Е , можна визначити загальну енергію довільного електростатичного поля. Так, якщо поле неоднорідне, то його можна розділити на нескінченно малі об’єми, в межах яких поле − однорідне. Тоді повна енергія електростатичного поля в довільному об’ємі V:

70.Різниця потенціалів. Напруга.

Різниця потенціалів — характеристика електричного поля, різниця електростатичних потенціалів у двох точках простору.

$\delta \varphi = \varphi_2 - \varphi_1$

Різниця потенціалів дорівнює роботі, яку потрібно здійснити проти електростатичних сил для того, щоб перемістити одиничний заряд із однієї точки простору в іншу.

Напруга на ділянці електричного кола дорівнює різниці потенціалів у тому випадку, якщо на ділянці немає джерел струму.

Напруга (U) на ділянці електричного кола — фізична величина, що визначається роботою, яка виконується сумарним полем електростатичних і сторонніх сил при переміщенні одиничного позитивного заряду на даній ділянці кола. Поняття напруги є узагальненим поняттям різниці потенціалів: напруга на кінцях ділянки кола дорівнює різниці потенціалів в тому випадку, якщо на цій ділянці не прикладена електрорушійна сила.

Напруга вимірюється у вольтах (B).

U=W_ст/Q, де W_ст - робота сторонніх сил по переміщенню заряду, Q- одиниця заряду U=φ₁-φ₂, де φ₁-φ₂- різниця потенціалів

Із закону Ома для неповного кола: U=I·R , де I-струм, R-опір провідника

Для вимірювання напруги використовуються прилади, які називаються вольтметрами, мілівольтметрами тощо.
71.Електроємність.Конденсатори.Зєднання конденсаторів.

Є́мність — здатність тіла накопичувати електричний заряд.Ємність визначається, як відношення заряду тіла Q до його потенціалу V. $c = \frac{q}{v}$ . Здебільшого ємність позначається латинською літерою C. Одиницею вимірювання ємності в системі СІ є Фарад.Ємність провідника залежить від його форми. Чим більша поверхня провідника, тим вища ємність. Це пояснюється тим, що на більшій поверхні віддаль між електричними зарядами зростає.Ємність також залежить від середовища, в яке поміщений провідник. Чим більша діелектрична проникність середовища, тим більша ємність.

Конденсáтор— система з двох чи більше електродів (обкладок), які розділені діелектриком, товщина якого менша у порівнянні з розміром обкладок. Така система має взаємну електричну ємність і здатна зберігати електричний заряд.Прикладання електричної напруги до обкладок конденсатора спричиняє накопичення на них електричного заряду. Після відключення від джерела напруги, заряд утримується на обкладках силами електростатики. Якщо конденсатор, як цілісний елемент, не є наелектризованим, то заряд, що накопичений на обох обкладках є однаковим за величиною і протилежний за знаком. Здатність конденсатора накопичувати заряд характеризує його електрична ємність:

$c = \frac q u$ де: C — ємність конденсатора у фарадах;

Q — електричний заряд, що накопичений на одній з обкладок в кулонах;

U — електрична напруга між обкладками у вольтах.Ємність виражається у фарадах. Одна фарада є досить значною одиницею, тому на практиці ємність конденсаторів виражається у піко-, нано-, мікро- та міліфарадах.

Існують конденсатори з обкладками різної геометричної форми (плоскі, сферичні, циліндричні).

Формула ємності плоского конденсатора

, де S — площа однієї пластини, d — відстань між пластинами.
Часто використовують не окремі конденсатори, а кілька з’єднаних між собою.

Послідовне і паралельне з'єднання в електротехніці — два основних (є ще інші, які походять з них) способи з'єднання елементів електричного кола. При послідовному з'єднанні всі елементи пов'язані один з одним так, що ділянка кола не має жодного вузла. При паралельному з'єднанні всі вхідні в коло елементи об'єднані двома вузлами і не мають зв'язків з іншими вузлами.

resistors in series.svg

При послідовному з'єднанні провідників сила струму у всіх провідниках однакова: $i_1 = i_2 = \ldots = i_n$ .Повна напруга в колі при послідовному з'єднанні, або напруга на полюсах джерела струму, дорівнює сумі напруг на окремих ділянках кола: $u = u_1 + u_2 + \ldots + u_n$

Загальний опір усієї ланки кола дорівнює сумі опорів $r = r_1 + r_2 + \ldots + r_n$ . resistors in parallel.svg

При паралельному з'єднанні падіння напруги між двома вузлами, що поєднують елементи кола, однакове для всіх елементів. При цьому величина, обернена загальному опору кола, дорівнює сумі величин, обернених опорам паралельно включених провідників.

Сила струму в нерозгалуженій частині кола дорівнює сумі сил струмів в окремих паралельно з'єднаних провідниках: $i = i_1 + i_2 + \ldots + i_n$

Напруга на ділянках кола і на кінцях всіх паралельно з'єднаних провідників одна й та ж: $u_1 = u_2 = \ldots = u_n$

Опір ділянки визначається із рівняння — провідність ділянки є сумою провідностей елементів: $\frac{1}{r} = \frac{1}{r_1} + \frac{1}{r_2} + \ldots + \frac{1}{r_n}$
72.Постійний електричний струм.Закон Ома.

Зако́н О́ма — це твердження про пропорційність сили струму в провіднику прикладеній напрузі.Закон Ома справедливий для металів і напівпровідників при не надто великих прикладених напругах. Якщо для елемента електричного кола справедливий закон Ома, то говорять, що цей елемент має лінійну вольт-амперну характеристику.

В електротехніці прийнято записувати закон Ома в інтегральному вигляді

$u = i \cdot r$

де U — прикладена напруга, I — сила струму, R — електричний опір провідника.

Проте опір є характеристикою провідника, а не матеріалу, й залежить від довжини та поперечного перерізу провідника. Тому в фізиці застосовують закон Ома у диференціальному вигляді:

$\mathbf{j} = \sigma \cdot \mathbf{e}$

де j — густина струму, σ — питома провідність матеріалу, E — напруженість електричного поля.

Питома провідність залежить від кількості вільних носіїв заряду в провіднику і від їхньої рухливості.

Пості́йний струм — електричний струм, незмінний в часі.Необхідно відзначити деяку некоректність терміну постійний струм: насправді для постійного струму незмінним є перш за все значення напруги (вимірюється у вольтах), а не значення струму (вимірюється в Амперах), хоча значення струму також може бути незмінним. Тому термін постійний струм слід розуміти як постійну напругу. Далі використовуватимемо термін саме в цьому значенні.Використання терміну постійний струм (так само, як і змінний струм) підкреслює «силовий» характер даного сигналу, тобто це електричний сигнал, що передає потужність, призначений для живлення електричних пристроїв. У інших значеннях використовують точніші терміни: напруга, сигнал тощоНерідко цим терміном називають також електричний струм, який з часом може і змінюється за величиною, але не змінюється за напрямом (наприклад, пульсуючий електричний струм). Останнє обумовлюється можливістю розкладу одержуваного сигналу в ряд Фур'є, у якого постійна складова буде не нульова.Постійний струм широко використовується в техніці: живлення переважної більшості електронних схем виконується постійним струмом. Змінний струм використовується переважно для зручнішої передачі від генератора до споживача. Перетворення постійного струму в змінний забезпечують інвертори.
73.Потужність.Закон Джоуля-Ленца.Електрорушійна сила.

Потужність (N, P, W) — робота, що виконана за одиницю часу, або енергія, передана за одиницю часу:

$n = \frac{da}{dt}$ ,

де N — потужність, А — виконана робота, t — проміжок часу, за який ця робота виконана.

В СІ питома теплота пароутворення вимірюється у Ватах. Іншою одиницею вимірювання, яка ще й досі широко використовується, є кінська сила (1 к.с. = 735,5 Вт).

Потужність є важливою характеристикою двигунів.

Закон Джоуля — Ленца — кількість теплоти, що виділяється струмом в провіднику, пропорційна силі струму, часу його проходження і падінню напруги.

$q = i u t = i^2 \cdot r \cdot t$ ,

де I — сила струму, R — опір, t — час.

Закон Джоуля-Ленца справедливий у межах застосованості закону Ома.

Електрорушійна сила — кількісна міра роботи сторонніх сил із переміщення заряду, характеристика джерела струму.

Позначається здебільшого літерою $\mathcal{e}$ , вимірюється в системі СІ у Вольтах. Зазвичай електрорушійна сила скорочується в текстах до е.р.с.

Електрорушійна сила ділянки кола дорівнює енергії, яку отримує одиничний заряд, пройшовши цю ділянку кола.

Для замкненого кола

$\mathcal{e} = \oint_c \mathbf{f} d\mathbf{l}$ ,

де $\mathbf{f}$ — стороння сила.

74.Зєднання опорів.Резистори.

Послідовне і паралельне з'єднання в електротехніці — два основних (є ще інші, які походять з них) способи з'єднання елементів електричного кола. При послідовному з'єднанні всі елементи пов'язані один з одним так, що ділянка кола не має жодного вузла. При паралельному з'єднанні всі вхідні в коло елементи об'єднані двома вузлами і не мають зв'язків з іншими вузлами.

resistors in series.svg

При послідовному з'єднанні провідників сила струму у всіх провідниках однакова: $i_1 = i_2 = \ldots = i_n$ Повна напруга в колі при послідовному з'єднанні, або напруга на полюсах джерела струму, дорівнює сумі напруг на окремих ділянках кола: $u = u_1 + u_2 + \ldots + u_n$

Загальний опір усієї ланки кола дорівнює сумі опорів: $r = r_1 + r_2 + \ldots + r_n$ . resistors in parallel.svg

1 2 3 4 5 6