Шпоры по физике 1 курс. шпоры физика. Физика наука изучающая общие свойства и законы движения вещества и поля

• Название: Физика наука изучающая общие свойства и законы движения вещества и поля
• Анкор: Шпоры по физике 1 курс
• Дата: 06.09.2022
• Размер: 381.57 Kb.
• Имя файла: шпоры физика.docx
• Тип: Закон; #665168
• страница: 3 из 3

Свойства силовых линий электрического поля

• 
  Силовые линии электрического поля имеют начало и конец. Они начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных.
  
• 
  Силовые линии электрического поля всегда перпендикулярны поверхности проводника.
  
• 
  Распределение силовых линий электрического поля определяет характер поля. Поле может быть радиальным (если силовые линии выходят из одной точки или сходятся в одной точке), однородным(если силовые линии параллельны) и неоднородным (если силовые линии не параллельны).
  

47



Напряжение равно 1 В, если при перемещении положительного заряда в 1 Кл вдоль силовых линий поле совершает работу в 1 Дж.

Для установления связи между силовой характеристикой электрического поля -напряжённостью и его энергетической характеристикой - потенциаломрассмотрим элементарную работу сил электрического поля на бесконечно малом перемещении точечного заряда q: dA = q E dl, эта же работа равна убыли потенциальной энергии заряда q: dA = - dW_п = - q d , где d - изменение потенциала электрического поля на длине перемещения dl. Приравнивая правые части выражений, получаем: E dl = -d  или в декартовой системе координат

E_x dx + E_y dy + E_z dz = -d

48

Эквипотенциальные поверхности это такие поверхности каждая из точек, которых обладают одинаковым потенциалом. То есть на эквипотенциальной поверхности электрический потенциал имеет неизменное значение. Такой поверхностью является поверхности проводников, так как их потенциал одинаков.

1. 
   работа по перемещению заряда по эквипотенциальной поверхности равна нулю;
   
2. 
   линии вектора напряжённости всегда перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям;
   
3. 
   эквипотенциальные поверхности не пересекаются, так как одна и та же точка поля не может иметь два разных значения потенциала;
   
4. 
   густота эквипотенциальных поверхностей пропорциональна модулю потенциала, т. е. она характеризует пространственное распределение потенциала.
   

Работа сил электростатического поля при перемещении заряда из одной точки поля в другую не зависит от формы траектории, а определяется только положением начальной и конечной точек и величиной заряда.

Теорема о циркуляции в электростатике: циркуляция вектора напряжённости



49

Электрическим диполем (диполем) называют

систему, состоящую из двух равных, но противоположных по знаку точечных электрических зарядов, расположенных на некотором расстоянии друг от друга (плечо диполя).

Плечом диполя -  называется вектор, направленный по оси диполя от отрицатель-ного заряда к положительному, модуль которого равен расстоянию между ними.

Электри́ческий ди́польный моме́нт — векторная физическая величина, характеризующая, наряду с суммарным зарядом (и реже используемыми высшими мультипольными моментами), электрические свойства системы заряженных частиц(распределения зарядов) в смысле создаваемого ею поля и действия на неё внешних полей. Главная после суммарного заряда и положения системы в целом (её радиус-вектора) характеристика конфигурации зарядов системы при наблюдении её издали.

Однородное поле. Внесем диполь в однородное внешнее электрическое поле с напряженностью Е. На заряды диполя будут действовать силы F1 = F2 = qE . Разложим их на составляющие F1¢, F1¢¢ и F2¢, F2¢¢ (см. рис.). Составляющие F1¢¢ и F2¢¢ стремятся растянуть диполь, а составляющие F1¢ и F2¢ создают вращающие моменты и поворачивают диполь (по часовой стрелке) до тех пор, пока он не расположится вдоль силовой линии.

	М1 = М2 – вращающие моменты (моменты сил), векторы моментов направлены от нас ^ чертежу; результирующий момент равен М = М1 + М2= 2qE(l/2)sina. Учитывая, что рэл = ql, получим:
	вращающий момент (момент сил), действующий на диполь во внешнем полев скалярной и векторной формах

Таким образом, в однородном внешнем электрическом поле диполь одновременно будет растягиваться и поворачиваться до тех пор, пока не окажется в положении равновесия, при этом его дипольный момент станет параллельным вектору напряженности внешнего поля.
50

К полярным диэлектрикам (H₂O, NH_3, СО и др.) относятся вещества, молекулы которых имеют асимметричное строение, т.е. центры «тяжести» положительных и отрицательных зарядов не совпадают. К неполярным диэлектрикам относят вещества (N₂, CO₂, H₂ и др.), молекулы которых имеют симметричное строение, т.е. центры «тяжести» положительных и отрицательных зарядов совпадают. Третью группу диэлектриков составляют вещества (NaCl, KCl, KBr и др.), молекулы которых имеют ионное строение. 

Поляризация диэлектриков- явление, связанное с поляризацией связанных зарядов в диэлектрике и поворотом электрических диполей под воздействием внешнего электрического поля. Поляризацию диэлектриков характеризует вектор электрической поляризации.

51

Поляризованность определяется как электрический момент единицы объема диэлектрика



Напряженность электрического поля в диэлектрике – это сумма напряженности Е0 поля сторонних зарядов в данной точке в отсутствие диэлектрика и напряженности Е′ от всех связанных зарядов, возникших в результате поляризации диэлектрика: Е = Е0 + Е′. Если поляризация вызвана сторонними зарядами, то поле индуцированных связанных зарядов направлено так, что всегда уменьшает напряженность поля сторонних зарядов, т.е. Е < Е0. Поэтому это поле часто называют деполяризующим полем.

52

Для описания электрических полей в диэлектриках удобно ввести понятие электрического смещения. Электрическое смещение иногда называют еще электрической индукцией. Вектор электрического смещения D в простейшем случае связан с вектором напряженности электрического поля Е соотношением

D = ε

0 E +F

Теорему Остроградского-Гаусса при наличии диэлектрика можно записать в интегральном виде:

∮_S→D⋅d→S=∑_Ni=1q_i=Q∮SD→·dS→=∑i=1Nqi=Q, где QQ является суммарным свободным зарядом, находящийся внутри объема, который ограничен поверхностью SS.

53

Электроемкость (емкость) – величина, равная отношению заряда переданного проводнику к потенциалу этого проводника.



Конденса́тор (от лат. condensare — «уплотнять», «сгущать», или от лат. condensatio — «накопление») — двухполюсник с определённым или переменным значением ёмкости^[1] и малой проводимостью; устройство для накопления заряда и энергии электрического поля

С=Q/UЭлектрическая ёмкость — характеристика проводника (конденсатора), мера его способности накапливать электрический заряд



54

Выразим энергию заряженного конденсатора через величины, характеризующие электрическое поле, локализованное в пространстве между его обкладками – напряженность поля Е и объем V, занятый полем. Имеем для напряженности поля:

E=(φ₁-φ₂)/(d₂-d₁)=U/d, где U=Ed .

Воспользовавшись формулой для емкости плоского конденсатора C=ε₀*ε*S/d, находим:

W_C=CU²/2=(ε₀*ε*S*E²*d²)/2d=((ε₀*ε*E²)/2)*V

где V=S*d - объём конденсатора, откуда следует, что W_E =1/2*ε₀*ε*E²*V

Мы видим, что энергия электрического поля прямо пропорциональна квадрату его напряженности Е иобъёму V, занятому полем. Величину энергии поля, отнесенной к единице объема, называют плотностью энергии:

- плотность энергии электрического поля.

55

Постоя́нный ток — электрический ток, который с течением времени не изменяется по величине и направлению. Для существования постоянного электрического тока необходимо наличие свободных заряженных частиц и наличие источника тока. в котором осуществляется преобразование какого-либо вида энергии в энергию электрического поля. 1. Сила тока I - скалярная величина, равная отношению заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника, промежутку времени, в течение которого шел ток. Сила тока показывает, какой заряд проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени. Ток называют постоянным, если сила тока не меняется со временем. Для того чтобы ток через проводник был постоянным необходимо, чтобы разность потенциалов на концах проводника была постоянной.

2. Напряжение U. Напряжение численно равно работе электрического поля по перемещению единичного положительного заряда вдоль силовых линий поля внутри проводника.

3. Электрическое сопротивление R - физическая величина, численно равная отношению напряжения (разности потенциалов) на концах проводника к силе тока, проходящего через проводник.
56



- закон Ома в интегральной форме



– закон Ома в дифференциальной форме.

57

Электри́ческое сопротивле́ние — физическая величина, характеризующая свойство проводника препятствовать прохождению электрического тока и равная отношению напряжения на концах проводника к силе тока, протекающего по нему.

Электри́ческая проводи́мость — способность тела (среды) проводить электрический ток, свойство тела или среды, определяющее возникновение в них электрического тока под воздействием электрического поля.

Последовательное и параллельное соединения в электротехнике — два основных способа соединения элементов электрической цепи. При последовательном соединении все элементы связаны друг с другом так, что включающий их участок цепи не имеет ни одного узла. При параллельном соединении все входящие в цепь элементы объединены двумя узлами и не имеют связей с другими узлами, если это не противоречит условию.

При последовательном соединении проводников сила тока во всех проводниках одинакова. При этом общее напряжение в цепи равно сумме напряжений на концах каждого из проводников.

При параллельном соединении падение напряжения между двумя узлами, объединяющими элементы цепи, одинаково для всех элементов. При этом величина, обратная общему сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям параллельно включённых проводников.

58

Закон Ома для неоднородного участка цепи имеет вид: 

закону Ома для замкнутой(или полной) цепи:



Величина, равная работе сторонних сил А_ст, отнесенная к единице положительного заряда, называется электродвижущей силой(ЭДС).

Силы неэлектростатического происхождения, действующие на заряды со стороны источников тока называются сторонними силами.

59

Работа электрического тока на участке цепи равна произведению напряжения на концах этого участка на силу тока и на время, в течение которого совершалась работа.

Формула: A= U*I*t

1 Джоуль = 1 Вольт * 1 Ампер * 1 секунда

Мощность электрического тока на участке цепи равна произведению напряжения на концах этого участка на силу тока.

Формула: P=UI

1 Ватт = 1 Вольт * 1 Ампер

Если ток изменяется со временем, то

Q= ²dt.

Это закон Джоуля–Ленца в интегральной форме.

Отсюда видно, что нагревание происходит за счет работы, совершаемой силами поля над зарядом.

Соотношение имеет интегральный характер и относится ко всему проводнику с сопротивлением R, по которому течет ток I. Получим закон Джоуля-Ленца в локальной-дифференциальной форме, характеризуя тепловыделение в произвольной точке.

Согласно закону Ома в дифференциальной форме j=dE(векторные) . Отсюда закон Джоуля - Ленца в дифференциальной форме характеризующий плотность выделенной энергии:

ω=dE(векторный),

Так как выделенная теплота равна работе сил электрического поля

A=IUt,

то мы можем записать для мощности тока:

W=UI=RI².


60

Электрическая цепь, содержащая в себе узлы, называется разветвленной. 

Для расчета разветвленных цепей применяют правила Кирхгофа (Kirchhoff G.,1824-1887), являющиеся прямым следствием основных законов теории электричества. Этих правил два.

1алгебраическая сумма всех токов в любом узле произвольной цепи равняется нулю. Или, выражаясь более понятным языком, количество тока, втекающего в узел, равно количеству тока, вытекающего из него. В виде формулы это выглядит так: I₁+I₂+..I_n=0

2лгебраическая сумка падений напряжений, на всех ветвях произвольного замкнутого контура, равняется алгебраической сумме ЭДС (электродвижущих сил) ветвей этого контура. Если в данном контуре нет источников ЭДС (идеальных источников напряжения), то сумма падение напряжений в этом контуре равна нулю. В виде формулы это выглядит так: E₁+E₂+…+E_n=R₁*I₁+R₂*I₂+…+R_nI_n