Шпаргалка по "Физике"

1. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона.

 

    Закон сохранения электрического заряда гласит, что алгебраическая сумма зарядов электрически замкнутой системы сохраняется:

    Закон Кулона:

Сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в  вакууме прямо пропорциональна  произведению модулей зарядов и  обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

    Важно отметить, что для  того, чтобы закон был верен,  необходимы: точечность зарядов — то есть расстояние между заряженными телами много больше их размеров.

их неподвижность. Иначе уже  надо учитывать возникающее магнитное  поле движущегося заряда.

В векторном виде закон записывается следующим образом:

где  —  F(1,2) сила, с которой заряд 1 действует на заряд 2; q1,q2 — величина зарядов; r(1,2) — радиус-вектор (вектор, направленный от заряда 1 к заряду 2, и равный, по модулю, расстоянию между зарядами — r12); k — коэффициент пропорциональности.

 

Электри́ческий заря́д — это физическая скалярная величина, определяющая способность тел быть источником электромагнитных полей и принимать участие в электромагнитном взаимодействии. Впервые электрический заряд был введён в законе Кулона в 1785 году.

В начале XX века американский физик  Роберт Милликен опытным путём показал, что электрический заряд дискретен, то есть заряд любого тела составляет целое кратное от элементарного электрического заряда

 

2. Напряженность электрического поля. Теорема Гаусса.

Напряжённость – силовая векторная характеристика эл. поля.

, где Е – напряжённость; F – сила, действующая со стороны эл. поля на «+» простой эл. заряд (q).

Величина  заряда [q]=Кл (Кулон)

е=1,6+10^-19 Кл – заряд одного электрона

3. = напряжённость (Н - единица силы)

Графически изображается с помощью  силовых линий. Силовые линии  проводятся так, чтобы касательные  к ним совпадали с направлением напряжённости. Силовы линии не пересекаются. Они начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных.

 

Теорема Гаусса: Поток вектора напряжённости электрического поля через любую, произвольно выбранную замкнутую поверхность пропорционален заключенному внутри этой поверхности электрическому заряду.

 

Теорема Гаусса: Поток вектора напряженности электростатического поля  через произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме зарядов, расположенных внутри этой поверхности, деленной на электрическую постоянную ε0.

 

3. Работа электростатических сил.

 

Работа сил электростатического  поля при перемещении точечного заряда Q₀ из точки 1 в точку 2:

 

т.е. равна произведению перемещаемого  заряда на разность потенциалов в  начальной и конечной точках.

Если работа совершается  по замкнутому контуру, то из последней  формулы  мы получаем:

4. Потенциал электростатического поля. Эквипотенциальные поверхности.

 

Потенциал в какой-либо точке есть физическая величина, определяемая потенциальной энергией единичного положительного заряда, помещённого в данную точку:

, (1Вольт) где U – потенциальная энергия, Q₀ – заряд.

, где r – расстояние между Q и Q₀

1В=1 Дж/Кл

 

Поверхность, во всех точках которой потенциал электрического поля имеет одинаковые значения, называется эквипотенциальной поверхностью.

5. Типы диэлектриков. Виды поляризации. Поляризованность.

Диэлектрик (изолятор) — вещество, плохо проводящее или совсем не проводящее электрический ток.

Первую группу, диэлектриков (N₂, Н₂, 0₂, С0₂, СН₄, ...) составляют вещества, молекулы которых имеют симметричное строение, т. е. центры «тяжести» положительных и отрицательных зарядов в отсутствие внешнего электрического поля совпадают и, следовательно, дипольный момент молекулы р равен нулю.

Вторую группу диэлектриков (Н₂O, NH3, S0₂, СО, ...) составляют вещества, молекулы которых имеют асимметричное строение, т. е. центры «тяжести» положительных и отрицательных зарядов не совпадают.

Третью группу диэлектриков (NaCI, КС1, КВг,...) составляют вещества, молекулы которых имеют ионное строение.

Типы поляризации:

- электронная (заключающаяся в возникновении у атомов индуцированного диполь- ного момента за счет деформации электронных орбит)

- ориентационная, или дипольная, поляризация диэлектрика с полярными молекулами, заключающаяся в ориентации имеющихся дипольных моментов молекул по полю.

- ионная поляризация, заключающаяся в смещении подрешетки положительных ионов вдоль поля, а отрицательных — против поля, приводящем к возникновению дипольных моментов.

Диэлектрик, помещенный во внешнее электрическое поле, поляризуется под действием этого поля. Поляризацией диэлектрика называется процесс приобретения им отличного от нуля макроскопического дипольного момента.

 

6. Электростатическое поле в диэлектрике. Теорема Гаусса

 

Теорема Гаусса: поток вектора смещения электростатического поля в диэлектрике сквозь произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме заключенных внутри этой поверхности свободных электрических зарядов. В такой форме теорема Гаусса справедлива для электростатического поля как для однородной и изотропной, так и для неоднородной и анизотропной сред.

 

7. Проводники в электростатическом поле.

Если поместить проводник во внешнее электростатическое поле или  его зарядить, то на заряды проводника будет действовать электростатическое поле, в результате чего они начнут перемещаться. Перемещение зарядов (ток) продолжается до тех пор, пока не установится равновесное распределение зарядов, при котором электростатическое поле внутри проводника обращается в нуль. Это происходит в течение очень короткого времени. В самом деле, если бы поле не было равно нулю, то в проводнике возникло бы упорядоченное движение зарядов без затраты энергии от внешнего источника, что противоречит закону сохранения энергии. Итак, напряженность поля во всех точках внутри проводника равна нулю:

Е = 0.

По  гауссу:

 

8. Электрическая емкость уединенного проводника. Конденсаторы.

 

Величину: С = Q/ф

называют электроемкостью (или просто емкостью) уединенного проводника. Емкость уединенного проводника определяется зарядом, сообщение которого проводнику изменяет его потенциал на единицу.

Емкость проводника зависит от его размеров и формы, но не зависит от материала, агрегатного состояния, формы и размеров полостей внутри проводника. Это связано с тем, что избыточные заряды распределяются на внешней поверхности проводника. Емкость не зависит также ни от заряда проводника, ни от его потенциала. Сказанное не противоречит формуле, так как она лишь показывает, что емкость уединенного проводника прямо пропорциональна его заряду и обратно пропорциональна потенциалу.

Единица электроемкости — фарад (Ф): 1Ф

 

 

 

 

 

Конденсаторы устройства способные накапливать значительные по величине заряды. Емкость конденсатора – физическая величина равная отношению заряда Q накопленного в конденсаторе к разности потенциалов между его обкладками. C=Q/(j₁-j₂). для плоского кон-ра.

9. Соединения конденсаторов.

 

Общая емкость равнозначного (эквивалентного) конденсатора:

C = Q / U = (Q1 + Q2 + Q3) / U = C1 + C2 + C3,

т. е. при параллельном соединении конденсаторов общая емкость равна сумме емкостей отдельных конденсаторов.

 

Напряжения  между обкладками отдельных конденсаторов  при их последовательном соединении зависят от емкостей отдельных конденсаторов: U1 = Q/C1, U1 = Q/C2, U1 = Q/C3, а общее напряжение U = U1 + U2 + U3

Общая емкость равнозначного (эквивалентного) конденсатора C = Q / U = Q / (U1 + U2 + U3), т. е. при  последовательном соединении конденсаторов  величина, обратная общей емкости, равна  сумме обратных величин емкостей отдельных конденсаторов.

 

10. Постоянный ток, сила и плотность тока.

Ток — направленное движение электрически заряженных частиц. Величина тока измеряется так называемой силой тока, которая в системе СИ измеряется в амперах.

Постоянный ток — это ток, имеющий постоянную величину.

    Сила тока в проводнике — скалярная величина, численно равная заряду, протекающему в единицу времени  через сечение проводника. Обозначается буквой : I

I=q/t

Плотность тока — векторная величина, имеющая смысл силы тока, протекающего через единицу площади. Например, при равномерном распределении плотности j тока по сечению S проводника |j|=I/S

 

11. ЭДС

 

Электродвижущая сила (ЭДС) — физическая величина, характеризующая  работу сторонних (непотенциальных) сил в источниках постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль контура.

Сторонние силы - силы неэлектрической природы, вызывающие перемещение электрических зарядов внутри источника постоянного тока.

 

Сторонними считаются все силы отличные от кулоновских сил.

 

12. Закон Ома. Сопротивление проводников

 

Закон Ома — это физический закон, определяющий связь между напряжением, силой тока и сопротивлением проводника в электрической цепи. Назван в честь его первооткрывателя Георга Ома. Суть закона проста: сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению между концами проводника, если при прохождении тока свойства проводника не изменяются.

 

U=R*I

Где: U — напряжение или разность потенциалов, I — сила тока, R — сопротивление.

 

У проводников наиболее низкое электрическое  сопротивление R.

 

Электрическое сопротивление -  основная электрическая характеристика проводника; величина, характеризующая противодействие электрической цепи или ее участка электрическому току.

 

 

 

13. Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца.

 

   Мощность электрического  тока - работа электрического тока за 1 секунду.

  В электрических цепях постоянного  тока мощность Р = UI, где U — напряжение, I — сила тока. При переменном токе произведение мгновенных значений напряжения u и тока i представляет собой мгновенную мощность: р = ui, т. е. мощность в данный момент времени, которая является переменной величиной.

 

При протекании тока по однородному  участку цепи электрическое поле совершает работу. За время Δt по цепи протекает заряд Δq = IΔt. Электрическое поле на выделенном участке совершает работу

ΔA = (φ1 – φ2)Δq = Δφ12*IΔt = U*IΔt.

где U = Δφ12 – напряжение. Эту работу называют работой электрического тока.

 

Работа ΔA электрического тока I, протекающего по неподвижному проводнику с сопротивлением R, преобразуется в тепло ΔQ, выделяющееся на проводнике.

ΔQ = ΔA = R(I^2)Δt.

Закон Джоуля-Ленца — физический закон, дающий количественную оценку теплового действия электрического тока.

где w — мощность выделения тепла в единице объёма,  — плотность электрического тока,  — напряжённость электрического поля, σ — проводимость среды.

 

 

14. Правила Кирхгофа.

 

Правила Кирхгофа — неизменные соотношения целостности, которые выполняются между токами и напряжениями на участках любой электрической цепи.

 

Первый закон гласит, что суммарный ток, втекающий в любой узел цепи, равен нулю (значения вытекающих токов берутся с обратным знаком). Иными словами, сколько тока втекает в узел, столько из него и вытекает. Данный закон следует из закона сохранения заряда. Если цепь содержит p узлов, то она описывается p − 1 уравнениями токов.

 

Второй закон гласит, что суммарное напряжение по любому замкнутому контуру цепи равно сумме ЭДС, которые в нём находятся. Если в контуре нет ЭДС, то суммарное напряжение равно нулю. Иными словами, при обходе цепи по контуру, потенциал, изменяясь, возвращается к исходному значению. Если цепь содержит m ветвей, то она описывается m − (p − 1) уравнениями напряжений.

 

15. Электропроводность металлов.

Носителями тока в металлах являются свободные электроны, т. е. электроны, слабо связанные с  ионами кристаллической решетки металла. Это представление о природе носителей тока в металлах основывается на электронной теории проводимости металлов. В рамках элементарной кинетической теории полагаем, что валентные электроны (электроны проводимости) металлов представляют собой одинаковые твердые сферы, двигаются они по прямым линиям до столкновения друг с другом, время контакта частиц пренебрежимо мало по сравнению с временем "свободного" движения.

 

16. Электронные эмиссии.

 

Электронная эмиссия — явление испускания электронов поверхностью твёрдого тела или жидкости.

• Термоэлектро́нная эми́ссия (эффект Ричардсона, эффект Эдисона) — явление испускания электронов нагретыми телами.
• Автоэлектронная эмиссия — это испускание электронов проводящими твердыми и жидкими телами под действием внешнего электрического поля без предварительного возбуждения этих электронов, что свойственно другим видам электронной эмиссии.
• Фотоэффе́кт — это испускание электронов вещества под действием света (и, вообще говоря, любого электромагнитного излучения).
• Вторичная электронная эмиссия — это испускание электронов поверхностью металлов, полупроводников или диэлектриков при бомбардировке их пучком электронов.