1)Электрический заряд, электризация, закон сохранения, дискретность, объяснение по современным представлениям. 1 страница

1)Электрический заряд, электризация, закон сохранения, дискретность, объяснение по современным представлениям. Электрический заряд. Нам извемтно, что в основе всех явлений природы лежат четы­ре фундаментальных взаимодействия между элементар­ными частицами — сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное. Каждый вид взаимодействия связывается с определенной характеристикой частицы. Например, гравитационное взаимодействие зависит от масс частиц, электромагнитное — от электрических зарядов. Электрический заряд частицы является одной из основ­ных, первичных ее характеристик. Ему присущи следу­ющие фундаментальные свойства: 1) Все тела в природе способны электризоваться, т.е. приобретать электрический заряд. Наличие электрического заряда проявляется в том, что заряженное тело взаимодействует с другими заряженными телами. 2) электрический заряд существует в двух видах: как положительный, так и отрицательный; 3) в любой электрически изолированной системе алгеб­раическая сумма зарядов не изменяется, это утверждение выражает закон сохранения электриче­ского заряда. 4) электрический заряд является релятивистски инва­риантным: его величина не зависит от системы отсчета, а значит, не зависит от того, движется он или покоится. 5) Заряд всех элементарных частиц одинаков по абсолютной величине. Дискретность – элементарный заряд является неделимой частью, из которой состоят все вещства. Его можно назвать элементарным зарядом (е). Электрон(-е); протон(+е); и нейтрон(0). Из этих частиц; построены атомы и молекулы любого вещества, поэтому электрические заряды входят в состав всех тел. Обычно частицы, несущие заряды разных знаков, присутствуют в равных количествах и распределены в теле с одинаковой плотностью. Алгебраическая сумма всех зарядов в любом элементарном объеме тела равна 0, и каждый такой объем будет нейтральным.	2) Точечный заряд, их взаимодействие. Закон Кулона в векторном виде. наки зарядов. 1)Точечным зарядом называется заряженное тело, размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстоянием от этого тела до других тел, несущих электрический заряд. Электрический заряд существует в двух видах: как положительный, так и отрицательный;Разноименные притягиваются, одноименные отталкиваются друг от друга. Сила взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов пропорциональна величине каждого из зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Закон Кулона справедлив для расстояний от 10^-13до нескольких км, независимо движется или находится пробный заряд в движении. Закон Кулона . Наименьшая устойчивая частица, обладающая отрицательным элементарным зарядом, называется элек­троном. (-е). Наименьшая устойчивая частица, имеющая положительный элементар­ный заряд, называется протоном. (+е). Они входят в состав любого вещества в равных количествах составляя тем самым нейтральную систему. Кроме этого существует нейтральная частица нейтрон(0)	3)Электрическое поле, основные свойства, характеристики и проявление. Толе точечного заряда. Принцип суперпозиции. Всякий электрический заряд определенным образом влияет на окружающее его пространство создавая тем самым электрическое поле. Это поле проявляет себя в том, что:помещенный в какую-либо его точку электрический заряд оказывается под воздействием силы, которую можно определить по закону Кулона. Силовой характеристикой электрического поля слу­жит вектор его напряженности: . Напряженность электрического поля в какой-либо точ­ке численно равна и совпадает по направлению с силой, действующей со стороны поля на помещенный в эту точ­ку единичный положительный «пробный» точечный заряд. Напряженность электростатического поля не зависит от времени свойство электрического поля. Электростатическое поле называют однородным, если eгo напряженность во всех точках поля оди­накова. В противном случае поле называют неоднородным. Силовыми линиями (линиями напряженности) называют линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора напряженности в этой точке поля. Оптовые линии электростатического поля разомкнуты. Они начинаются на положительных зарядах и оканчиваются на отрица­тельных зарядах. Еще одно свойство электрического поля – силовые линии не пересекаются. Из опыта (закон Кулона) не­посредственно следует, что напряженность поля непод­вижного точечного заряда q на расстоянии r от него можно представить как: (1) ег—орт радиуса-вектора r, проведенного из центра поля, в котором расположен заряд q до интересующей нас точки. Весьма важно, что напряженность Е поля точечного заряда обратно пропорциональна квадрату расстояния r. Принцип суперпозиции- напряженность поля системы точечных неподвижных зарядов равна век­торной сумме напряженностей полей, которые создавали бы каждый из зарядов в отдельности: . Он выра­жает одно из самых замечательных свойств полей и поз­воляет вычислять напряженность поля любой системы зарядов, представив ее в виде совокупности точечных зарядов, вклад каждого из которых дается формулой (1).
4) Элементарная площадка, поток напряженности электрического поля. Теорема "аусса и ее использование. Использование симметрии. Элементарная площадка - это часть поверхности, которую можно с необходимой точностью плоской. Во всех точках этой площадки напряженность одинакова. Поток напряженности через элементарную площадку . Поток напряженности через замкнутую поверхность . Поток напряженности через конечную поверхность. Фе=1/ε0^.Σq. Нормаль при расчетах направлена перпендикулярно поверхности наружу. Теорема Гаусса для электрического поля в вакууме – поток напряженности электростатического поля в вакууме через произвольную замкнутую поверхность равен отношению алгебраической сумме электрических зарядов, охватываемых этой поверхностью, к электрической постоянной. . Докажем это для произвольной поверхности: , где d Ω – телесный угол опирающийся на площадку dS. Просуммировав d Ф по замкнутому контуру, мы получим: ,4п-полный телесный угол. Если поверхность имеет складки, то каждая из площадок d S,dS1,dS2 yесет в общий поток одинаковый по абсолютной величине вклад, равный . Причем для площадок dS,dS1 этот вклад войдет с одинаковым знаком, совпадающим со знаком q т.к косинус угла между напряженностью и нормалью положительный, а для площадки dS2 - со знаком противоположным q (косинус угла между напряженностью и нормалью отрицательный). Вывод: какой бы не была поверхность, окружающая точечный заряд, поток вектора Е через нее определяется по формуле Фе=1/ε0^.Σq. т.к. отвечающий телесному углу вклад всех трех площадок будет таким же, как и в случае поверхности без складок. Поскольку поле Е зависит от конфигурации всех зарядов, теорема Гаусса, вообще говоря, не дает воз­можности найти это поле. Однако в ряде случаев теорема Гаусса оказывается весьма эффективным аналитическим инструментом: она позволяет получить ответы на некото­рые принципиальные вопросы, не решая задачи, а также находить и само поле Е, причем чрезвычайно простым путем. Прежде чем приступить к рассмотрению этих примеров, введем понятия поверхностной и линейной плотностей заряда. -поверхностная. -линейная. Из соображений симметрии вытекает, что напряженность поля в любойточке имеет направление, перпендикулярное к плоскости. Действительно, поскольку плоскость бесконечна и заряжена одноименно, нет никаких оснований к тому, чтобы вектор Е отклонялся 1какую-либо сторону от нормали к плоскости. Далее очевидно, что в симметричных относительно плоскости точках напряженность поля одинакова по величине и противоположна по направлению. Представим себе мысленно цилиндрическую поверхность с обра­зующими, перпендикулярными к плоскости, и основаниями величины ΔS, расположенными относительно плоскости симметрично (рис.). В силу симметрии Е ' = Е" = Е. Применим к поверхности теорему Гаусса. Поток через боковую часть поверхности будет отсутствовать, поскольку Еп в каждой ее точке равна нулю. Для оснований Еп совпадает с Е. Следовательно, суммарный поток через поверхность равен 2Е ΔS. Внутри поверхности заключен заряд σ ΔS Согласно теореме Гаусса должно выполняться условие: Отсюда: . Пученный нами результат не зависит от длины цилиндра. Это значает, что на любых расстояниях от плоскости напряженность поля одинакова по величине.	5. Потенциал электростатического поля, связь с напряженностью, расчет заботы. Энергия взаимодействия двух точечных зарядов. Поле точечного тряда. Потенциал (электростатического поля) – величина, равная отношению потенциальной энергии пробного точечного электрического заряда, помещенного в рассматриваемую точку поля, к значению этого заряда. Потенциальная энергия в поле точечного заряда . Данное выражение характеризует энергию взаимодействия двух точечных зарядов. Связь потенциала и потенциальной энергии . Связь потенциала и циркуляции напряженности . Связь работы поля и разности потенциалов . Расчет напряженности по потенциалу . Если известно поле Е (г), то для на­хождения φ надо представить Е dl (путем соответствую­щих преобразований) как убыль некоторой функции. Эта функция и есть φ: -dφ=Edl. Найдем таким способом потенциал поля неподвижно­го точечного заряда: . Величина, стоящая в круглых скобках под знаком дифференциала, и есть φ (r). Так как присутствующая здесь аддитивная константа никакой физической роли не играет, ее обычно опускают, стремясь выражение для ср сделать проще. Таким образом потенциал поля точечного заряда . Потенциал в измеряется вольтах 7)Получите выражение, с помощью которого, зная распределение потен­циала электростатического поля можно рассчитать его напряженность в лю­бой точке. Мы знаем, что электрическое поле можно описать с помощью векторной величины Е, либо с помощью скалярной величины φ. Очевидно, что между этими величинами должна существовать определенная связь. Если учесть, что Е пропорционально силе, действующей на заряд, а φ - потенциальной энергии заряда, легко сообразить, что эта связь должна быть аналогична связи между потенциальной энергией и силой. Действительно, работа сил поля над зарядом q на отрезке dl может быть представлена с одной стороны, как , с другой же стороны - как убыль потенциальной энергии заряда, т.е. как приравнивая эти выражения мы получим: , тогда . Здесь через l,я обозначил произвольно выбранное направление в пространстве. В частности: . Расчет напряженности по потенциалу . *	6) Что такое циркуляция напряженности электростатического поля и как с ге помощью рассчитать работу поля при перемещении заряда? Обоснуйте пютенциальность любого электростатического поля. Циркуляция напряженности электрического поля –это интеграл по замкнутому контуру от произведения напряженности на длину контура: . Работа рассчитывается следующим образом: Где dl электрическое перемещение заряда q. С учетом, что циркуляция по замкнутому контуру: Исходя из того, что потенциал (электростатического поля) – величина, равная отношению потенциальной энергии пробного точечного электрического заряда, помещенного в рассматриваемую точку поля, к значению этого заряда, можно сказать, что потенциальность любого электростатического поля есть способность поля воздействовать на внесенный в него заряд. 8) Электрический диполь, его характеристика, его поле, воздействие на него внешнего поля. Электрический диполь – система из двух, равных по абсолютной величине и противоположных по знаку электрических зарядов. Расстояние между ними значительно меньше расстояния до тех точек, в которых определяется поле системы. Прямая проходящая через оба заряда называется осью диполя. Основная характеристика диполя – электрический момент диполя. P=ql. Из формулы видно, что поле диполя зависит от его электрического момента р. Момент сил, действующих на диполь в электрическом поле . Поле диполя обладает осевой симметрией поэтому картина поля в любой плоскости, проходящей через ось диполя, одна и та же и вектор Е лежит в этой плоскости: . Потенциальная энергия диполя в электрическом поле . Поместим диполь во внешнее неоднородное электрическое поле. Пусть Е + и Е_ — напряженности внешнего поля в точках, где рас­положены положительный и отрицательный заряды дипо­ля. Тогда результирующая сила F, действующая на диполь, равна: , Здесь через l,я обозначил произвольно выбранное направление в пространстве. Значит на диполь помещенный во внешнее электрическое поле действует сила: , .
9) Рассчитайте момент сил, действующих на диполь в электрическом поле, и сделайте вывод о его движении и о возможных видах равновесия. Момент сил, действующих на диполь в электрическом поле =qElsinα=pEsinα. Момент сил стремится повернуть диполь так, что бы его электрический момент р установился по направлению поля. Такое положение является устойчивым. Итак, в неоднородном электрическом поле диполь будет вести себя следующим образом: под действи­ем момента сил диполь будет стремиться устано­виться по полю , а под действием результирующей силы — переместится в направлении, где Е по модулю больше. Оба движения будут совершаться одновременно.	10) Рассчитайте потенциальную энергию диполя в электрическом поле и сделайте выводы: о ее зависимости от ориентации диполя и о возможных видах равновесия. Согласно формуле эта энергия равна: . значения потенциала внешнего ноля в тех точках, где помещены заряды +q и -q. Потенциал однородного поля убывает линейно в направлении Е, приняв его на правление за ось х, можно написать: . Разность . Тогда: . Потенциальная энергия диполя в электрическом поле в векторном виде .	11) Поляризация, ее механизмы и основные свойства. Поляризация диэлектрика – возникновение ненулевого суммарного дипольного момента молекул в любом малом его объеме. Это явление заключается в следующем. Если диэлектрик со­стоит из неполярных молекул, то в пределах каждой мо­лекулы происходит смещение зарядов — положительных по полю, отрицательных против поля. Если же диэлект­рик состоит из полярных молекул, то при отсутствии внешнего поля их дипольные моменты ориентированы со­вершенно хаотически (из-за теплового движения). Под действием же внешнего поля дипольные моменты ориен­тируются преимущественно в направлении внешнего поля. Наконец, в диэлектрических кристаллах типа NaCl при включении внешнего поля все положительные ионы смещаются по полю, отрицательные — против поля. Таким образом, механизм поляризации связан с конкретным строением диэлектрика. Однако для дальней­шего существенно лишь то, что независимо от механизма поляризации в этом процессе все положительные заряды смещаются по полю, а отрицательные — против поля Заметим, что смещения зарядов в обычных условиях весьма малы даже по сравнению с размерами молекул, это связано с тем, что напряженность внешнего поля, действующего на диэлектрик, значительно меньше напря­женности внутренних электрических полей в молекулах. Если поле и диэлектрик неоднородны, то степень поляризации в различных точках диэлектрика будет различной. Р – поляризованность диэлектрика. Для диэлектриков из неполярных молекул:
12) Связанные заряды, их свойства? Поляризованность. Напряженность электрического поля внутри диэлектрика. Диэлектрическая проницаемость. Связанные заряды – входящие в состав молекул заряды противоположных знаков, выходящие на поверхности диэлектрика (и выделяющиеся в его объеме) при его поляризации. Включение внешнего поля Е приведет к смещению положительных зарядов по полю, отрицательных — против поля, и оба распределения сдвинутся относительно друг друга. В итоге появятся неском­пенсированные заряды на поверхности диэлектрика и в его объеме. Заметим, что изменение направления поля на обратное приведет к изменению знака всех этих зарядов. Их нельзя разнять. Они входят в состав диэлектрика. 1. Поляризованность – отношение дипольного момента малого объема диэлектрика к его объему. Поляризованность (определяющее уравнение) . Связь поляризованности с плотностью связанных зарядов . Полем Е в диэлектрике мы будем называть величину, являющуюся суперпозицией поля Е0 сторонних зарядов и поля Е' связанных зарядов: , где . 2. Связь поляризованности с напряженностью электрического поля для изотроп­ного диэлектрика . χ-безразмерная величина, называемая диэлек­трической восприимчивостью вещества. Эта величина не зависит от Е, она характеризует свой­ства самого диэлектрика. Всегда х>0. Диэлектрическая проницаемость – физ. Величина показывающая во сколько раз модульнапряженности электростатического поля внутри однородного диэлектрика меньше модуля напряженности в вакууме, созданного теми же зарядами. Связь диэлектрической проницаемости с восприимчивостью .	13) Применение теоремы Гаусса для электрического поля в диэлектрике? Электрическое смещение, особенности, свойства и применение. D –электрическое смещение. Таким образом, Теорема Гаусса для электрического поля в веществе . Теорема Гаусса для электрического поля в веществе – поток электрического смещения через произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме свободных электрических зарядов, охватываемых этой поверхностью. D –электрическое смещение. Связь электрического смещения с напряженностью для изотропного диэлект­рика . Если изотропный диэлектрик не имеет границ, то это также выполняется.	14) Основные пьезоэлектрические эффекты. Пироэлектрики, их использова­ние. Сегнетоэлектрики, их использование. Пьезоэлектрики – кристаллические диэлектрики, для которых наблюдаются пьезоэлектрические эффекты (прямой и обратный). Прямой пьезоэлектрический эффект – возникновение электрической поляризации диэлектрика при его механической деформации. Обратный пьезоэлектрический эффект – механическая деформация диэлектрика под действием электрического поля. Пироэлектрики – кристаллические диэлектрики, обладающие самопроизвольной поляризацией (т. е. поляризацией в отсутствии электрического поля и других внешних воздействий). Пироэлектрический эффект – возникновение наблюдаемой поляризации диэлектрика при изменении его температуры. Сегнетоэлектрики (ферроэлектрики) – кристаллические диэлектрики, обладающие в определенном интервале температур самопроизвольной поляризацией, которая существенно изменяется под влиянием внешних воздействий.
15) Получите граничные условия для нормальных проекций векторов элек­тростатического поля. Какие в каждом случае требуются допущения? Поток вектора смещения: 1) Если на поверхности нет свободных зарядов, то нормаль смещения постоянна: 2) Если вещество является изотропным: . Пример для конденсатора:	16) Получите граничные условия для тангенциальных проекций векторов электростатического поля. Какие в каждом случае требуются допущения? Используя условие потенциальности электростатического поля: тангенсальная составляющая: . Тогда: . l -сокращается, тогда граничные условия для тангенциальных проекций векторов: . Если вещества изотропны, то можно перейти к электрическому смещению: . Пример:	17) Электростатическая индукция. Поле внутри и около проводника. Элек­тростатическая защита. Электростатическая индукция – перераспределение зарядов в проводнике под действие внешнего электрического поля. При внесении незаряженного проводника в электрическое поле носители заряда приходят в движение. В результате у концов проводника возникают заряды противоположного знака - индуцированные заряды. Поле этих зарядов направлено противоположно внешнему полю, что приводит к ослаблению внутреннего поля пока .Таким образом проводник, внесенный в поле, разрывает часть линий напряженности - они заканчиваются на отрицательно индуцированных зарядах, а начинаются на положительно индуцированных зарядов заряды распределены по внешней поверхности проводника. Если внутри имеется полость, то при равновесном распределении индуцированных зарядов поле внутри нее равно нулю. На этом основывается электрическая защита. Когда какой-то прибор хотят защитить от воздействия внешних полей, его

18) Электрическое смещение и напряженность электростатического поля у поверхности проводника. Электрическим смещением (электрической индукцией) называется физическая величина, определяемая соотношением: . Заряд внутри проводника равен 0. Потенциал постоянен: Если поверхность проводника эквипотенциальна: Электрическое смещение у поверхности проводника . Напряжённость поля, создаваемого двумя параллельными беско­нечными равномерно и разноимённо заряженными плоскостями, с одинаковой по модулю поверхностной плотностью заряда (поле плоского конденсатора):	19) Уединенный проводник и его электроемкость, ее единица. Потенциал на поверхности шара. Пример. Уединенный проводник – проводящее тело (проводник), которое находится так далеко от других проводников и заряженных тел, что влиянием их электрических полей можно пренебречь. Электроемкость уединенного проводника (определяющее уравнение) . Если проводник не заряжен, то его потенциал равен 0. .Потенциал на поверхности шара: . На поверхности R=r; Электроемкость шара .	20) Конденсаторы, электроемкость. Плоские, сферические, цилиндрические конденсаторы. Конденсатор – система из двух проводников, разноименно заряженных равными по модулю зарядами. Устройство для накопления зарядов.В их основу положен тот факт, что Электроемкость проводника возрастает при приближении к нему других тел. Это вызвано тем, что под действием поля создаваемого заряженным проводником, на поднесенном к нему теле возникают индуцированные(на проводнике) или связанные (на диэлектрике) заряды. Конденсаторы делают в виде двух проводников, помещенных близко друг к другу. Образующие конденсатор проводники наз. его обкладками. Кондеры бывают плоские, цилиндрические и сферические. Поскольку поле заключено внутри конденсатора, линии эл. смещения начинаются на одной обкладке и заканчиваются на другой. Следовательно, сторонние заряды, возникающие на обкладках, имеют одинаковую величину и различны по знаку. Электроемкость конденсатора – величина, равная отношению заряда положительной обкладки конденсатора к разности потенциалов между обкладками: . Напряженность между обкладками конденсатора: , где ε-диэлектрическая проницаемость среды которая заполняет пространство между обкладками. Разность потенциалов: . Отсюда электроемкость плоского конденсатора . Электроемкость сферического конденсатора R-это радиусы внутренней и внешней обкладок. Если пренебречь рассеянием поля вблизи краев обкладок, нетрудно получить для емкости цилиндрического конденсатора, то электроемкость цилиндрического конденсатора .
24) Связь работы электрических сил, работы внешних сил и электрической энергии системы при различных условиях. Расчет электрических сил. Покажем, в чем суть энергетического метода расчета сил. Наиболее просто обстоит дело в случае, когда заря­женные проводники отключены от источников напряже­ния. В этом случае заряды на проводниках остаются по­стоянными, и мы можем утверждать, что работа А всех внутренних сил системы при медленных перемещениях проводников и диэлектриков совершается целиком за счет убыли электрической энергии W системы (или ее поля). Здесь предполагается, что при указанных пере­мещениях не происходит преобразования электрической энергии в другие формы, или, точнее, считается, что такие преобразования пренебрежимо малы. Таким обра­зом, для бесконечно малых перемещений можно записать: (1)., где символ q подчеркивает, что убыль энергии системы должна быть вычислена при постоянных зарядах на про­водниках. Уравнение является исходным для определения сил, действующих на проводники и диэлектрики в элект­рическом поле. Делается это, например, так. Пусть нас интересует сила, действующая на данное тело (провод­ник или диэлектрик). Совершим бесконечно малое посту­пательное перемещение dx этого тела в интересующем нас направлении X. Тогда работа искомой силы F на перемещении dx есть: где Fx — проекция силы F на положительное направление оси X. После под­становки последнего выражения для в (1) и деле­ния на dx получим: Следует обратить внимание вот на что. Сила, как известно, зависит только от положения тел и распределе­ния зарядов в данный момент. Пример нахождения работы сил для конденсатора: . Тогда сила действующая на верхнюю обкладку конденсатора выполняет работу	23) Рассчитайте энергию заряженного уединенного проводника. Рассчитайте энергию заряженного конденсатора. Энергия взаимодействия системы зарядов . Рассмотрим энергию уединенного заряженного проводника. Уединенный проводник – проводящее тело (проводник), которое находится так далеко от других проводников и заряженных тел, что влиянием их электрических полей можно пренебречь. Из последней формулы можно вынести из суммы φ, так как оно во всех точках где имеется заряд одинаково. Тогда оставшееся выражение есть энергия уединенного заряженного проводника: Эти три выражения написаны с учетом того, что . Энергия конденсатора. Пусть q- и ф+ — заряд и потен­циал положительно заряженной обкладки конденсатора. С учетом, что , энергия заряженного конденсатора . Здесь надо заметить, что эти формулы определяют полную энергию взаимодействия: не только энергию взаимодействия зарядов одной обкладки с зарядами дру­гой, но и энергию взаимодействия зарядов внутри каждой обкладки.	21) Параллельное и последовательное соединения конденсаторов. Основные свойства и схемы замещения. Увеличение емкости конденсатора достигается параллельным соединением конденсаторов. При этом конденсаторы соединяются одноименно заряженными обкладками. Электроемкость параллельно соединенных конденсаторов При последовательном соединении соединяются их разноименные обкладки, и электроемкость батареи всегда меньше емкости меньшего конденсатора. Электроемкость последовательно соединенных конденсаторов . 32) Исходя из соответствующих определений, получите, чему равна сумма напряжений всех участков цепи, составляющих замкнутый контур. Как этот вывод можно получить на основе консервативности электростатического поля? На одном участке цепи: Е*- напряженность поля сторонних сил. Е*= Fст/q. Напряженность электростатического поля Е = FE /q. Тогда результат: Е*+Е=(FE+Fст)/q. С учетом принципа суперпозиции напряженность всех участков цепи определится:Σ Е*+ ΣЕ.
25) Электрический ток, его основные виды. Условия существования элек­трического тока для различных случаев и их смысл. Электрический ток – направленное движение электрических зарядов. Его принято характеризовать силой тока — скалярной величиной, равной заряду, переносимому носителями через рассматриваемую поверхность (например, через поперечное сечение проводника) в единицу времени, Если за время dt переносится заряд dq, то сила тока е по определению равна: I=dq/dt Ток проводимости – электрический ток, возникающий в проводящих средах в результате направленного движения свободных зарядов под действием электрического поля. Конвекционный ток – направленное движение заряженных макроскопических тел. Заряды могут двигаться со сколь угодно малой скоростью. Их заставляет двигаться по направлению электрическое поле. Условия существования электрического тока – наличие в данной среде заряженных частиц, которые могли бы направленно перемещаться (свободных носителей тока); существование в данной среде электрического поля. Электрический ток может быть обусловлен движением как положительных, так и отрицательных носителей. Перенос отрицательного заряда в одном направлении эквивалентен переносу такого же по величине положительного заряда в противоположном направлении. Если в проводнике движутся носители обоих знаков, причем за время dt через данную поверхность положительные носители переносят заряд в одном направлении, то отрицательные в противоположном:	26) На примере однородного случая получите связь между плотностью тока, дрейфовой скоростью носителей и их концентрацией. Почему эта формула остается справедливой и в неоднородном случае? Плотность электрического тока – вектор, направленный по направлению движения положительных носителей тока, и численно равный отношению силы тока через малый элемент поверхности, нормальный к направлению движения носителей, к площади этого элемента. Сила тока: Для решения нашей задачи рассмотрим Однородный цилиндр: Дрейфовая скорость. объем:V=SL. Концентрация частиц: . Суммарный заряд всех носителей: . С учетом, что I=q0nVдрS, то связь между плотностью тока и дрейфовой скоростью носителей . Тогда конечная связь справедлива даже в неоднородном случае. Она не зависит от площади сечения, то есть от однородности цилиндра.	39) Получите закон Видемана-Франца с помощью классической теории элек­тропроводности металлов. Какие допущения при этом используются? Закон В.-Ф. – для всех металлов отношение коэффициента теплопроводности к удельной проводимости прямо пропорционально абсолютной температуре. Из опыта видно, что наряду с высокой электропроводностью металлы отличаются так же большой теплопроводностью. Способностью проводить тепло обладают и неметаллические кристаллы. Однако теплопроводность металлов значительно превосходит теплопроводность диэлектриков. Из этого следует, что теплопередача в металлах осуществляется в основном не кристаллической решеткой, а свободными электронами. Рассматривая эти электроны как одноатомный газ, можно заимствовать для коэффициента теплопроводности выражение кинетической теории газов: . Удельная теплоемкость одноатомного газа равна . Подставив это значение в выражение для χ, получим: . Разделив χ на выражение для , и заменив через , прейдем к соотношению:

Дата добавления: 2015-11-04