Шпаргалка по "Физике"

σ = limΔS→0Δq∕ΔS .

Все точки проводника имеют одинаковый потенциал, так как gradϕin = −E→in = 0. Поверхность  проводника также эквипотенциальна. Следовательно, электрическое поле перпендикулярно к ней. Этот факт иногда формулируют в виде равенства  нулю тангенциальной (касательной к  поверхности проводника) проекции внешнего электрического поля E→t = [[n→,E→],n→]:

E→t = 0.

Здесь и далее n→ обозначает внешнюю  нормаль к поверхности проводника.

42.

43.

44. Электролитическая диссоциация — процесс распада электролита на ионы при растворении его в полярном растворителе или при плавлении.

Электро́лиз — физико-химический процесс, состоящий в выделении  на электродах составных частей растворённых веществ или других веществ, являющихся результатом вторичных реакций  на электродах, который возникает при прохождении электрического тока через раствор либо расплав электролита.

Упорядоченное движение ионов в  проводящих жидкостях происходит в  электрическом поле, которое создается  электродами — проводниками, соединёнными с полюсами источника электрической  энергии. Анодом при электролизе  называется положительный электрод, катодом — отрицательный[1]. Положительные  ионы — катионы — (ионы металлов, водородные ионы, ионы аммония и  др.) — движутся к катоду, отрицательные  ионы — анионы — (ионы кислотных  остатков и гидроксильной группы) — движутся к аноду.

Явление электролиза широко применяется  в современной промышленности. В  частности, электролиз является одним  из способов промышленного получения  алюминия, водорода, а также гидроксида натрия, хлора, хлорорганических соединений[источник не указан 931 день], диоксида марганца[2], пероксида водорода. Большое количество металлов извлекаются из руд и  подвергаются переработке с помощью  электролиза.

В 1832 году Фарадей установил, что  масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна  электрическому заряду q, прошедшему через  электролит:

 

 если через электролит пропускается  в течение времени t постоянный  ток с силой тока I. Коэффициент  пропорциональности  называется  электрохимическим эквивалентом  вещества. Он численно равен массе  вещества, выделившегося при прохождении  через электролит единичного  электрического заряда, и зависит  от химической природы вещества.

Второй закон Фарадея

 

Электрохимические эквиваленты различных  веществ относятся, как их химические эквиваленты.

    m-молярная масса; F-постоянная Фарадея;  n-число участвующих в процессе электронов

Экспериментальные методы определения "заряда" иона в растворах электролитов сводятся к нахождению стехиометрических  коэффициентов соединений. Например, с помощью молекулярной спектроскопии  для определения "заряда" комплексных  ионов используют значения стехиометрических  коэффициентов, найденных по одному из методов определения состава  комплекса: измеряют изменение оптической плотности раствора после изменения  концентрации компонентов.

Электропроводность электролитов, способность электролитов проводить  электрический ток при приложении электрического напряжения. Носителями тока являются положительно и отрицательно заряженные ионы - катионы и анионы, которые существуют в растворе вследствие электролитич. диссоциации. Ионная электропроводность электролитов, в отличие от электронной, характерной для металлов, сопровождается переносом вещества к электродам с образованием вблизи них новых  химических соединений. Общая (суммарная) проводимость состоит из проводимости катионов и анионов, которые под  действием внешнего электрического поля движутся в противоположных  направлениях. Доля общего кол-ва электричества, переносимого отдельными ионами, называется числами переноса, сумма которых  для всех видов ионов, участвующих  в переносе, равна единице.

 

Количественно электропроводность электролитов характеризуют эквивалентной электропроводностью  - проводящей способностью всех ионов, образующихся в 1 грамм-эквиваленте электролита. Величина   связана с удельной электропроводностью соотношением:

 

45. Газы при небольших значениях напряженности электрического поля обладают очень малой проводимостью. Ток в газах может возникнуть только при наличии в них ионов или свободных электронов. Ионизация нейтральных молекул газа возникает либо под действием внешних факторов, либо вследствие соударений ионизированных частиц самого газа, ускоренных электрическим полем, с молекулами газа (ударная ионизация).

Внешними факторами, вызывающими  ионизацию газа, являются рентгеновские, ультрафиолетовые и космические  лучи, радиоактивное излучение, а  также термическое воздействие (сильный  нагрев газа).

Одновременно с процессом ионизации, при котором происходит образование  положительных и отрицательных  ионов или электронов, часть положительных  ионов, соединяясь с отрицательными частицами, образует нейтральные молекулы. Этот процесс называют рекомбинацией.

Наличие рекомбинации препятствует безграничному  росту числа ионов в газе и  объясняет установление определенной концентрации ионов спустя короткое время после начала действия внешнего ионизатора.

Все газовые разряды делятся  на два основных вида:

1. Несамостоятельный газовый разряд  возникает в приборе при действии  внешних (сторонних) ионизаторов.  Этот разряд в свою очередь  разделяется на несколько подвидов:

а) тихий разряд (возникает при  воздействии на прибор ряда естественных ионизаторов: космических лучей, радиации земной коры, активной деятельности солнца и т. д.);

б) несамостоятельный (низковольтный) дуговой разряд (возникает в ионных приборах с термокатодом). При этом разряде электроны, излучаемые накаленным катодом и ускоряемые электрическим  полем анода, производят ударную  ионизацию газа.

2. Самостоятельный газовый разряд  возникает и поддерживается в  приборе только под действием  сил электрического поля. Этот  газовый разряд также разделяется  на несколько подвидов:

а) тихий самостоятельный (коронный) разряд;

б) высокочастотный газовый разряд. Эти разряды поддерживаются исключительно  благодаря ударной ионизации  молекул газа;

в) тлеющий разряд. При этом газовом  разряде ударная ионизация осуществляется электронами, выбиваемыми из холодного  катода (ХК) при бомбардировке его  поверхности положительными ионами;

г) самостоятельный дуговой разряд, у которого ударная ионизация  осуществляется в основном электронами  электростатической эмиссии

46. Вихревой характер магнитного поля

 Линии магнитной индукции  непрерывны: они не имеют ни  начала, ни конца. Это имеет  место для любого магнитного  поля, вызванного какими угодно  контурами с током. Векторные  поля, обладающие непрерывными линиями,  получили название вихревых полей.  Мы видим, что магнитное поле  есть вихревое поле. В этом  заключается существенное отличие  магнитного поля от электростатического.

Поток вектора магнитной индукции, пронизывающий площадку S - это величина, равная:

 

Поток вектора магнитной индукции (магнитный поток) измеряется в веберах (Вб)

 

Магнитный поток - величина скалярная.

Поток вектора магнитной индукции (магнитный поток) равен числу  линий магнитной индукции, проходящих сквозь данную поверхность.

Поток вектора магнитной индукции (магнитный поток) сквозь произвольную замкнутую поверхность равен  нулю:

Это теорема Остроградского-Гаусса для магнитного поля.

Она свидетельствует о том, что  в природе не существует магнитных  зарядов – физических объектов, на которых бы начинались или заканчивались  линии магнитной индукции.

На проводник с током в  магнитном поле действуют силы, которые  определяются с помощью закона Ампера. Если проводник не закреплен (например, одна из сторон контура сделана в  виде подвижной перемычки, рис. 1), то под действием силы Ампера он в  магнитном поле будет перемещаться. Значит, магнитное поле совершает  работу по перемещению проводника с  током.

 

 Для вычисления этой работы  рассмотрим проводник длиной  l с током I (он может свободно двигаться), который помещен в однородное внешнее магнитное поле, которое перпендикулярно плоскости контура. Сила, направление которой определяется по правилу левой руки, а значение — по закону Ампера, рассчитывается по формуле

 

 Под действием данной силы  проводник передвинется параллельно  самому себе на отрезок dx из положения 1 в положение 2. Работа, которая совершается магнитным полем, равна

 так как ldx=dS — площадь, которую пересекает проводник при его перемещении в магнитном поле, BdS=dФ — поток вектора магнитной индукции, который пронизывает эту площадь.

 т. е. работа по перемещению  проводника с током в магнитном  поле равна произведению силы  тока на магнитный поток, пересеченный  движущимся проводником. Данная  формула справедлива и для  произвольного направления вектора  В.

47. Рассмотрим частный случай, когда нет электрического поля, но имеется магнитное поле. Предположим, что частица, обладающая начальной скоростью u0, попадает в магнитное поле с индукцией B. Это поле мы будем считать однородным и направленным перпендикулярно к скорости u0.

 Основные особенности движения  в этом случае можно выяснить, не прибегал к полному решению  уравнений движения. Прежде всего,  отметим, что действующая на  частицу сила Лоренца всегда  перпендикулярна к скорости движения  частицы. Это значит, что работа  силы Лоренца всегда равна  нулю; следовательно, абсолютное значение скорости движения частицы, а значит, и энергия частицы остаются постоянными при движении. Так как скорость частицы u не изменяется, то величина силы Лоренца

F=eVB   ; V-скорость

 остается постоянной. Эта сила, будучи перпендикулярной, к направлению  движения, является центростремительной  силой. Но движение под действием  постоянной по величине центростремительной  силы есть движение по окружности. Радиус r этой окружности определяется  условием 

 

 

 

 Кругообразное движение заряженных  частиц в магнитном поле обладает  важной особенностью: время полного  обращения частицы по окружности (период движения) не зависит от  энергии частицы. Действительно,  период обращения равен 

 

 Частота же оказывается равной 

 

 Для данного типа частиц  и период, и частота зависят  только от индукции магнитного  поля.

48. ДИАМАГНЕТИ́ЗМ - свойство вещества намагничиваться во внешнем магнитном поле в направлении, противоположном направлению этого поля.

Диамагнетизм обусловлен небольшим изменением угловой скорости орбитального вращения электронов при попадании атомов в магнитное поле. Диамагнитный эффект является проявлением закона электромагнитной индукции на атомном уровне. Электронную орбиту можно рассматривать как замкнутый контур. Изменение внешнего магнитного поля, пересекающего электрический контур, индуцирует в нем ток такого направления, магнитное поле которого будет противодействовать внешнему изменению (Ленца правило).

49.Наиболее широкое применение в технике находит не постоянный, а переменный ток, изменяющийся со временем по гармоническому закону с частотой, как правило, равной 50 Герцам.

Такой ток создается генераторами переменного тока, в которых электродвижущая  сила (ЭДС) возникает в результате процесса электромагнитной индукции. В цилиндрической полости, изготовленной  из мягкой стали, вращается постоянный магнит, называемый ротором. Неподвижный  сердечник с его обмоткой называется статором. Статор и ротор изготовлены  так, что магнитная индукция B в зазоре между ними изменяется по закону:

B = B_mcos(wt),

где B_m – максимальное значение вектора электромагнитной индукции.

Магнитный поток через контур катушки  равен:

Ф_m = B*S = B_m*S*cos(wt).

В обмотке статора при изменении  магнитного потока наводится ЭДС, равная

e_i = - dФ/dt = B_m*S*sin(wt) = e_msin(wt).

Итак, напряжение, получаемое с помощью  генераторов переменного тока, изменяется по гармоническому закону:

U = U_msin(wt).

Ток в электрических цепях изменяется аналогичным образом:

I = I_msin(wt + f).

Характеристики переменного тока

Средняя мощность переменного тока за период T равна:

P_ср. = I_m*U_mcos(f)/2, 
где f - сдвиг фаз между током и напряжением, 
      U_m и I_m - максимальные (амплитудные) значения напряжения и силы тока.

Устройства, необратимо и полностью  преобразующие электрическую энергию  в другие виды энергии, называют активной нагрузкой, а их сопротивление - активным сопротивлением. В цепи переменного тока с активной нагрузкой колебания силы тока совпадают по фазе с колебаниями напряжения. Если U = U_msin(wt), то I = I_msin(wt) и cos(f) =1.

Действующие (эффективные) значения силы тока и напряжения рассчитываются по формулам:

I_д = I_m/(2)^1/2,                   U_д = U_m/(2)^1/2.

Постоянный ток со значениями тока и напряжения, равными действующим  значениям, приводит к выделению  в электрической цепи с активной нагрузкой за период точно такой  же энергии, как и переменный ток  с амплитудными значениями U_m и I_m.

Мгновенная мощность в цепи переменного  тока с активным сопротивлением равна: P = I*U.

50. Приборы переменного тока показывают так называемое действующее значение тока, тепловое действие которого эквивалентно (равноценно) действию постоянного тока такой же силы. Действующее значение тока и напряжения в 21/2=1,4 раза меньше наибольшего значения.

Некоторые измерительные приборы, например основанные на тепловом эффекте, при прохождении тока, годятся  как для измерения постоянного, так и переменного тока. Такие  приборы имеют на шкале условное обозначение «~-». Приборы, пригодные  только для измерения постоянного  тока, имеют знак «-», а приборы  только для переменного тока имеют  знак «~».