ФизикаВопросы. Удельное сопротивление

• Название: Удельное сопротивление
• Дата: 29.01.2018
• Размер: 396.33 Kb.
• Имя файла: ФизикаВопросы.docx
• Тип: Документы; #35403

1)Высокая электропроводность металлов связана с тем, что в них имеется большое количество носителей тока — электронов проводимости, образующихся из валентных электронов атомов металла, которые не принадлежат определённому атому. Электрический ток в металле возникает под действием внешнего электрического поля, которое вызывает упорядоченное движение электронов. Движущиеся под действием поля электроны рассеиваются на неоднородностях ионной решётки (на примесях, дефектах решётки, а также нарушениях периодической структуры, связанной с тепловыми колебаниями ионов). При этом электроны теряют импульс, а энергия их движения преобразуются во внутреннюю энергию кристаллической решётки, что и приводит к нагреванию проводника при прохождении по нему электрического тока. Удельное сопротивление — скалярная физическая величина, численно равная сопротивлению однородного цилиндрического проводника единичной длины и единичной площади сечения. Удельное сопротивлениепроводника зависит от температуры, давления, материала и др., вследствие чего от этих же факторов зависит и сопротивление проводника.

2) Первое правило Кирхгофа гласит, что алгебраическая сумма токов ветвей, сходящихся в каждом узле любой цепи, равна нулю. При этом направленный к узлу ток принято считать положительным, а направленный от узла — отрицательным: Алгебраическая сумма токов, направленных к узлу, равна сумме направленных от узла. Второе правило Кирхгофа (правило напряжений Кирхгофа) гласит, что алгебраическая сумма напряжений на резистивных элементах замкнутого контура равна алгебраической сумме ЭДС, входящих в этот контур. Если в контуре нет источников ЭДС (идеализированных генераторов напряжения), то суммарное падение напряжений равно нулю:

3)

4) Мост Кельвина (также называемый двойной мост Кельвина; в СССР, России и в некоторых странах — мост Томсона) — это схема для измерения электрических сопротивлений, изобретённая У. Томсоном. Схема используется для измерения электрических сопротивлений величиной менее 1 Ома. Её принцип действия подобен принципу действия моста Уитстона, но в мосте Кельвина имеются добавочные сопротивления. Эти добавочные сопротивления, имеющие малые значения, в совокупности с конфигурацией моста существенно снижают ошибки измерения, вносимые падением напряжения на плече моста с высоким током (низким сопротивлением) Мостовые схемы используют чувствительный индикатор нуля для сравнения двух напряжений на их равенство. Мост Уитстона может быть использован для измерения сопротивлений путём сравнения сопротивления неизвестного номинала и образцового сопротивления с известной величиной, так же как с помощью лабораторных весов измеряют неизвестный вес путём сравнения его со стандартными грузами. Двойной мост Кельвина является вариантом моста Уитстона для измерения очень малых сопротивлений. Его усложнение по сравнению с базовой схемой моста Уитстона является необходимым для избежания ошибок, вносимых паразитными сопротивлениями на пути тока между низкоомным образцовым сопротивлением и сопротивлением, величина которого измеряется. Имеется проблема в том, что соединения и соединительные провода между R_a и R_x обладают неким сопротивлением, и эти паразитные сопротивления могут быть существенными по сравнению с низким сопротивлением R_a и R_x. Эти паразитные сопротивления понизят реальное напряжение, учитывая большой ток, протекающий через них, и таким образом будут влиять на показания детектора нуля и на баланс моста

5) Автоколебания - незатухающие колебания, поддерживаемые в диссипативной системе за счет постоянного внешнего источника энергии, причем свойства этих колебаний определяются самой системой.

Автоколебания принципиально отличаются от свободных незатухающих колебаний, происходящих без действия сил, а также от вынужденных колебаний, происходящих под действием периодической силы. Автоколебательная система сама управляет внешними воздействиями, обеспечивая согласованность поступления энергии определенными порциями в нужный момент времени (в такт с ее колебаниями).

Примером автоколебательной системы могут служить часы. Храповой механизм подталкивает маятник в такт с его колебаниями. Энергия, передаваемая при этом маятнику, берется либо за счет раскручивающейся пружины, либо за счет опускающегося груза. Колебания воздуха в духовых инструментах и органных трубах также возникают вследствие автоколебаний, поддерживаемых воздушной струей. Автоколебательными системами являются также двигатели внутреннего сгорания, паровые турбины, ламповый генератор и т.д. Молоток, совершающий удары за счёт энергии переменного тока с частотой, во много раз меньшей частоты тока в электрической цепи.

Катушка L колебательного контура помещается над столом (или другим предметом, по которому требуется ударять). Снизу в неё входит железная трубка, нижний конец которой является ударной частью молотка. В трубке есть вертикальная прорезь, чтобы уменьшить токи Фуко. Параметры колебательного контура такие, что собственная частота его колебаний совпадает с частотой тока в цепи (например, переменного городского тока, 50 герц).

После включения тока и установления колебаний наблюдается резонанс токов контура и внешней цепи, и железная трубка втягивается в катушку. Индуктивность катушки растёт, колебательный контур выходит из резонанса, а амплитуда колебаний тока в катушке уменьшается. Поэтому трубка возвращается в исходное положение — вне катушки — под действием силы тяжести. Затем колебания тока внутри контура начинают нарастать, и снова наступает резонанс: трубка опять втягивается в катушку.

Трубка совершает автоколебания, то есть периодические движения вверх и вниз, и при этом громко стучит по столу, подобно молотку. Период этих механических автоколебаний в десятки раз превосходит период переменного тока, поддерживающего их.

6)Термопара - спаи двух разнородных металлов, образующих замкнутую цепь. Эффект Зеебека состоит в том, что в замкнутой цепи, состоящей из разнородных проводников, возникает термо-ЭДС, если места контактов поддерживают при разных температурах. Если вдоль проводника существует градиент температуры, то электроны на горячем конце приобретают более высокие энергии и скорости, чем на холодном; в полупроводниках, в дополнение к этому, концентрация электронов проводимости растет с температурой. В результате возникает поток электронов от горячего конца к холодному. На холодном конце накапливается отрицательный заряд, а на горячем остаётся нескомпенсированный положительный заряд. Процесс накопления заряда продолжается до тех пор, пока возникшая разность потенциалов не вызовет поток электронов в обратном направлении, равный первичному, благодаря чему установится равновесие.

ЭДС, возникновение которой описывается данным механизмом, называется объёмной ЭДС.

7) Контактная разность потенциалов вызвана отличием энергий Ферми у контактирующих различных проводников. При создании контакта химические потенциалы электронов становятся одинаковыми, и возникает контактная разность потенциалов:

На контакте тем самым существует электрическое поле, локализованное в тонком при контактном слое. Если составить замкнутую цепь из двух металлов, то U возникает на обоих контактах. Электрическое поле будет направлено одинаковым образом в обоих контактах — от большего F к меньшему. Это значит, что если совершить обход по замкнутому контуру, то в одном контакте обход будет происходить по полю, а в другом — против поля. Циркуляция вектора Е тем самым будет равна нулю.

Если температура одного из контактов изменится на dT, то, поскольку энергия Ферми зависит от температуры, U также изменится. Но если изменилась внутренняя контактная разность потенциалов, то изменилось электрическое поле в одном из контактов, и поэтому циркуляция вектора Е будет отлична от нуля, то есть появляется ЭДС в замкнутой цепи.

Данная ЭДС называется контактная ЭДС.

Если оба контакта термоэлемента находятся при одной и той же температуре, то и контактная, и объёмная термо-ЭДС исчезают.

8) Работой выхода-Наименьшая энергия, которую необходимо сообщить электрону для того, чтобы удалить его из металла в вакуум. Aвых = Wвак - = e

Величина называется потенциалом выхода электрона из металла. Для металла работа выхода равна нескольким эВ и сильно снижается при загрязнении поверхности. Работа выхода электрона из металла немного зависит от температуры. Это вызвано тем, что изменяется с температурой величина энергии Ферми .

9)В замкнутой цепи, состоящей из разнородных металлов, находящихся при одинаковой температуре (Т₁=Т₂), контактная разность потенциалов ∆φравна нулю (ЭДС и ток в цепи не возникают).     термо 12 T2- T1

10) удельная термо-э.д.с.-термоэлектродвижущая сила, отнесенная к разности температур контактов двух разнородных полупроводников или полупроводника и металла. Она зависит от природы металлов и очень слабо зависит от температуры, так что при не очень большой разности температур спаев ее можно считать постояной:



11) Удельный заряд частицы - физическая величина, равная отношению заряда частицы к ее массе.

.

Плавное, а не резкое уменьшение анодного тока при дальнейшем увеличении индукции магнитного поля объясняется тем, что электроны, эмитированные катодом, имеют разные скорости, а значит, и по-разному реагируют на одну и ту же величину магнитного поля. При дальнейшем усилении магнитного поля большинство электронов уже не будет касаться анода (см рис., d). Если бы все электроны имели одинаковые скорости, то сброс анодного тока произошел бы сразу до нуля при достижении критического тока катушки, при этом сбросовая характеристика была бы прямоугольной.

12) Да, если поля будут взаимно перпендикулярны.

13) Магнитное поле — это особый вид материи, существующий независимо от нас, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами или телами, обладающими магнитным моментом.

Свойства магнитного поля:

1. Магнитное поле возникает под воздействие движущих зарядов электрического тока.

2. В любой своей точке магнитное поле характеризуется вектором физической величины под названием магнитная индукция, которая является силовой характеристикой магнитного поля.

3. Магнитное поле может воздействовать только на магниты, на токопроводящие проводники и движущиеся заряды.

4. Магнитное поле может быть постоянного и переменного типа

5. Магнитное поле измеряется только специальными приборами и не может быть воспринятым органами чувств человека.

6. Магнитное поля является электродинамическим, так как порождается только при движении заряженных частиц и оказывает влияние только на заряды, которые находятся в движении.

7. Заряженные частицы двигаются по перпендикулярной траектории.

Источник магнитного поля - движущийся электрический заряд, т.е. электрический ток.

Магни́тная инду́кция B → {\displaystyle {\vec {B}}} — векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля (его действия на заряженные частицы) в данной точке пространства. Определяет, с какой силой F → {\displaystyle {\vec {F}}} магнитное поле действует на заряд q {\displaystyle q} , движущийся со скоростью v → {\displaystyle {\vec {v}}} .

Линии магнитной индукции - линии, касательные к которым направлены также, как и вектор магнитной индукции в данной точке поля.

14). Сила d F → {\displaystyle d{\vec {F}}} , с которой магнитное поле действует на элемент d l → {\displaystyle d{\vec {l}}} проводника с током, находящегося в магнитном поле, прямо пропорциональна силе тока I {\displaystyle I} в проводнике и векторному произведению элемента длины d l → {\displaystyle d{\vec {l}}} проводника на магнитную индукцию B → {\displaystyle {\vec {B}}} :.

При прохождении постоянного тока по замкнутому контуру, находящемуся в вакууме, для точки, отстоящей на расстоянии r0, от контура магнитная индукция будет иметь вид.


15) Магнитная индукция – это векторная физическая величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля в точке. Циркуляция магнитного поля постоянных токов по всякому замкнутому контуру пропорциональна сумме сил токов, пронизывающих контур циркуляции.d F → = I d l → × B → . {\displaystyle d{\vec {F}}=Id{\vec {l}}\times {\vec {B}}.} 15

Возьмём воображаемый прямоугольный контур 1–2–3–4–1 и разместим его в соленоиде.  Второй и четвёртый интегралы равны нулю, т.к. вектор В перпендикулярен направлению обхода. Возьмём участок 3–4 – на большом расстоянии от соленоида, где поле стремится к нулю; и пренебрежём третьим интегралом. Если отрезок 1–2 внутри соленоида, контур охватывает ток: Магнитная индукция внутри бесконечно длинного соленоида:

15’)В произвольной точке конечного соленоида (рис. 2.14) магнитную индукцию можно найти по формуле


16) Электромагнитная индукция — явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него.

17)

18) Ферромагнетик – особый класс магнетиков, способный обладать намагничением даже в отсутствие внешнего магнитного поля (железо, никель, кобальт, гадолиний и их сплавы и соединения). Ответственным за магнитные свойства ферромагнетиков являются собственные магнитные моменты электронов. При определенных условиях в кристаллах могут возникать силы, которые заставляют магнитные моменты электронов выстраиваться параллельно друг другу. В результате возникают области спонтанного намагничения, которые называются доменами. В пределах каждого домена ферромагнетик спонтанно намагничен и обладает определенным магнитным моментом.

Для характеристики степени намагниченности вещества вводят понятие вектора намагниченности – векторную сумму магнитных моментов всех частиц, находящихся в единице объема вещества.

19)Напряженность магнитного поля H есть вектор, имеющий то же направление, что и вектор B, но в раз меньший по модулю.

20) Магнитная проницаемость — физическая величина, коэффициент (зависящий от свойств среды), характеризующий связь между магнитной индукцией В B {\displaystyle {B}} и напряжённостью магнитного поля H {\displaystyle {H}} Н в веществе. Относительная магнитная проницаемость - во сколько раз магнитная проницаемость данной среды больше магнитной проницаемости вакуума. Для разных сред этот коэффициент различен, поэтому говорят о магнитной проницаемости конкретной среды (подразумевая её состав, состояние, температуру и т. д.). где J – намагниченность, т.е. магнитный момент единицы объема ферромагнетика.

В сильных полях наступает насыщение намагниченности, поэтому при дальнейшем росте H магнитная проницаемость согласно формуле начинает убывать, стремясь к единице.



21) Индукти́вность (или коэффициент самоиндукции) — коэффициент пропорциональности между электрическим током, текущим в каком-либо замкнутом контуре, и полным магнитным потоком, называемым также потокосцеплением, создаваемым этим током через поверхность, краем которой является этот контур.




22)ДУ затухающих колебаний R/L=2beta… уравнение заряда на конденсаторе при затухающих колебаниях в контуре:






23) Коэффициент затухания физическая величина, показывающая размер (величину) затухания на единицу длины пути, зависящий от структуры, параметров и свойств среды, длин и типов волн и др. Логарифми́ческий декреме́нт колеба́ний— безразмерная физическая величина, описывающая уменьшение амплитуды колебательного процесса и равная натуральному логарифму отношения двух последовательных амплитуд колеблющейся величины x в одну и ту же сторону. Для характеристики быстроты уменьшения амплитуды затухающих колебаний вводятся логарифмический декремент затуханий δ, равный логарифму отношения амплитуд двух соседних колебаний.

24) Наименьшее значение омического сопротивления, при котором колебания в контуре не возникают, называется критическим сопротивлением. Сопротивление контура, при котором колебательный процесс переходит в апериодический, называется критическим сопротивлением.

Добротность — параметр колебательной системы, определяющий ширину резонанса и характеризующий, во сколько раз запасы энергии в системе больше, чем потери энергии за время изменения фазы на 1 радиан

По физическому смыслу добротность контура в 2π раз больше отношения энергии W , запасенной в контуре к энергии W , теряемой на джоулево тепло в этом же контуре за одно колебание.

где W – энергия контура в данный момент, ΔW – убыль энергии за один период, следующий за этим моментом.

25)

26) Резона́нс— частотно-избирательный отклик колебательной системы на периодическое внешнее воздействие, который проявляется в резком увеличении амплитуды стационарных колебаний при совпадении частоты внешнего воздействия с определёнными значениями, характерными для данной системыВ электрических цепях резонанс возникает на определённой частоте, когда индуктивная и ёмкостная составляющие реакции системы уравновешены, что позволяет энергии циркулировать между магнитным полем индуктивного элемента и электрическим полем конденсатора. Механизм резонанса заключается в том, что магнитное поле индуктивности генерирует электрический ток, заряжающий конденсатор, а разрядка конденсатора создаёт магнитное поле в индуктивности — процесс, который повторяется многократно, по аналогии с механическим маятником.

Электрическое устройство, состоящее из ёмкости и индуктивности, называется колебательным контуром. Элементы колебательного контура могут быть включены как последовательно (тогда возникает резонанс напряжений), так и параллельно (резонанс токов). При достижении резонанса, импеданс последовательно соединённых индуктивности и ёмкости минимален, а при параллельном включении — максимален. Резонансные процессы в колебательных контурах используются в элементах настройки, электрических фильтрах. Частота, на которой происходит резонанс, определяется величинами (номиналами) используемых элементов. В то же время, резонанс может быть и вреден, если он возникает в неожиданном месте по причине повреждения, недостаточно качественного проектирования или производства электронного устройства. Такой резонанс может вызывать паразитный шум, искажения сигнала, и даже повреждение компонентов.

Резонансная частота колебаний заряда на обкладках конденсатора запишется также по аналогии с резонансной частотой механических колебаний маятника:

Обратите внимание, что резонансная частота для заряда зависит от коэффициента затухания, а, следовательно, от сопротивления.

или

27) Резона́нс— частотно-избирательный отклик колебательной системы на периодическое внешнее воздействие, который проявляется в резком увеличении амплитуды стационарных колебаний при совпадении частоты внешнего воздействия с определёнными значениями, характерными для данной системы.

Чаще нас интересуют не колебания заряда на конденсаторе, а колебания тока в цепи контура. Найдем эти колебания, продифференцировав заряд по времени:

Формулы для амплитуды тока и сдвига фаз выглядят так:

Существенное отличие колебаний тока от колебаний заряда состоит в том, что резонансная частота для тока не зависит от сопротивления; она просто равна собственной частоте свободных колебаний в контуре:

(5)

28) Для расчета падения напряжения на катушке индуктивности используют выражение для ЭДС самоиндукции, но с противоположным знаком . Подставляя сюда выражение (5)получим:

,

29) При увеличении омического сопротивления несколько снижается резонансная частота (она, строго говоря, немного зависит и от добротности контура, и корень из L/C - это только в отсутствие омических потерь), и кривая становится всё менее и менее симметричной относительно резонансной частоты. То есть форма тоже изменяется.

30) Чем больше значение добротности, тем больше резонансное значение напряжения на конденсаторе. Это может вызвать пробой конденсатора. Но можно показать, что увеличение добротности приводит к тому, что резонансная кривая становится уже и у контура повышается селективность, то есть контур приемника способен усиливать при резонансе только очень узкий по частоте спектр внешних сигналов (радиостанций), а сигналы с частотами, отличающимися от резонансной даже немного не усиливаются, а наоборот, ослабляются.