Закон збереження електричного заряду. Закон кулона

індекси 12 не пишіть

У векторній формі

виділене F r вектори

Закон Кулона — один з основних законів електростатики, який визначає величину та напрямок сили взаємодії між двома нерухомими^[1] точковими зарядами.

Взаємодія двох електрично заряджених тіл. Ця взаємодія здійснюється через поле.
Закон збереження електричного заряду:

В будь якій замкненій системі алгебраїчна сума електр. зарядів при всіх процесах в цій системі залишається сталою.
Будь яке електричне поле має свої кількісні параметри: Напруженість потенціал і т.д.

2. напруженість і потенціал електричного поля.

напруженість поля в точці є векторна величина

E=F/q=q/4ε₀πr2

якшо ви маєте систему зарядів

qE=qE1+...+qE..

E=E1+E..-принцип суперпозиції

F ~ 1/r2, поля з такою залежністю називають центральними, вони є потенціальними.робота потенціального поля контура рівна нулю

∫Fdl=0

∫Edl=0 теорема про циркуляцію вектора напруженості електричного поля.

напруженість це силова характеристика. поле ще має енергетичну характеристику

фі=W/q=q/4пer потенціал поля точкового заряду

точкі зі сталою потенціалу дають можливість отримати еквіпотенціальну енергію

A12=qφ1-qφ2

E=-(φ2-φ1)/(x2-x1)

E=-grand φ

якшо напрям електричного поля у кожній точці одинакова, то таке електричне поле називають однорідним.де густина ліній більша,там напруженість більша.лінії напруженості виходять з позитивного заряду і входять в негативний.

3.теорема остроградського гауса і її застосування.

Теорема Гауса - один із основних законів електростатики, еквівалентний закону Кулона, твердження про зв'язок між потоком вектора електричної індукції через замкнену поверхню, і сумарним зарядом, в об'ємі, оточеному цією поверхнею. Теорема Гауса справедлива також для змінних полів і є одним із основних законів електродинаміки.

N=(q/4ПEr2)*4Пr2=q/E

N=∑q/E

N=∫Eds=∑q/E або 0

потік векторів напруженості через довільний замкнутий контур дорівнює алгебраїчній сумі електричних зарядів поділеним на електричну сталу (ε₀) якшо заряди охоплюються поверхнею і нулеві заряди не охоплюються.

N=Eds+Eds+0.

E= σ/2E

4.робота по переміщенню заряду в електричному колі. різниця потенціалів.

dA=Fdr=(q-q0)dr/4ПEr2

A=K2-K1=W1-W2=U1-U2

dA=-dU

А=qEd

3 цієї формули випливає, що максимальна робота здійснюється в тому випадку, якщо заряд переміщати вздовж силової лінії. У разі переміщення заряду перпендикулярно до силових ліній робота сил електростатичного поля дорівнює нулю.

φ =W/q потенціал поля точкового заряду

A12=qφ1-qφ2=q(φ 1- φ2)

потенціал це енергетична характеристика.

[φ]=1В

Різниця потенціалів дорівнює роботі, яку потрібно здійснити проти електростатичних сил для того, щоб перемістити одиничний заряд із однієї точки простору в іншу.

5. Вільні і зв’язані заряди. Провідники та діелектрики в електричному полі.

З точки зору прояву електричних властивостей речовини, особливо її електропровідності, матеріали поділяють на: провідники, непровідники (діелектрики), напівпровідники.

Густина=10^(-8)-10^(-6) Oм*м – провідники

Густина>10^10 Ом*м – діелектрики

Густина= 10^(-6)-10^10 – напівпровідники

Ці межі є дуже умовними. Різниця між цими класамиу наявності/відсутності вільних зарядів. Під вільними зарядами розуміють такі електр. заряди в речовині, які під впливом зовнішнього електричного поля переміщуються на віддалі. Зв’язані заряди в речовині виникають під впливом зовнішнього електричного поля.

p=ql - дипольний момент, l=плече

Величину дипольного моменту одиниці об'єму речовини прийнято називати вектором поляризації

P=xEE0, х-електрична сприйнятливість

Зв'язані заряди виникають при явищі поляризації речовини. Поляризація є 3-ох типів: електронна, іонна,орієнтаційна.

6. Електроємність відокремленого провідника. Конденсатори

Здатність провідника накопичувати електричні заряди характеризується фізичною величиною- електроємністю. Електрична ємність відокремленого провідника (провідника, розміщеного вдалині від інших провідників) дорівнює відношенню величини заряду провідника до його потенціал E
E= E= C= C= -інша речовина - d +

Конденсáтор — система з двох чи більше електродів,які розділені діелектриком, товщина якого менша у порівнянні з розміром електродів. Така система має взаємну електричну ємність і здатна зберігати електричний заряд.

Прикладання електричної напруги до обкладок конденсатора спричиняє накопичення на них електричного заряду. Після відключення від джерела напруги, заряд утримується на обкладках силами електростатики. Якщо конденсатор у цілісний елемент не є наелектризованим то заряд, що накопичений на обох обкладках є однаковим за величиною і протилежний за знаком.

7.енергія зарядженого провідника і енергія електричного поля

Електричне поле викликає переміщення вільних зарядів і може виконувати роботу, а це значить, що воно має енергію.

q1 *-------------R-----------*q2

W=q1q2/4πε₀r

W=1/2(q1q2/4πε₀r+q2q1/4πε₀r)=1/2(φ2q2-φ1q1)

W=1/2∑φq

W=1/2φq

W=1/2(q^2/C)=Cφ^2/2

Енергія системи різнойменних провідників

W=1/2 Uq=q^2/2C=CU^2/2

де q – заряд на одній з обкладок, U – різниця потенціалів між обкладками, С – електроємність конденсатора. Носієм енергії зарядженого конденсатора є електричне поле між обкладками конденсатора.

W=εε₀sU^2/2d=εε₀E^2v/2

Густина енергії електричного поля, тобто енергія в одиниці об’єму електричного поля визначається за формулою

w=W/v

w=DE^2/r=D^2/2εε₀

w=εε₀E^2/r

де ε – відносна діелектрична проникність середовища в якому утворене електричне поле, Е – напруженість електричного поля. Густина енергії електричного поля пропорційна до квадрату напруженості електричного поля.

8. Постійний електричний струм, його характеристики і умови винекнення.

Електричним струмом називають впорядкований рух носіїв заряду. За напрям, приймають напрям руху позитивних зарядів. Постійним струмом називають струм, який з часом не міняэться. I=dq/dt.

Розрізняють струм провідності та конвекційний струм. Струм провідності виникаэ за рахунок руху вільних носіїв заряду матеріалів. Конвекційний струм - впорядкований рух заряджених частинок. Для того щоб існував струм потенціалів, потрібно виконання двох умув:

1. Наявність вільних носіїв.

2. Наявність електричного поля.

J=I/S (густина струму)

За позитивний напрям струму береться рух позитивно зарядженних частинок.

9. основи класичної електронної теорії електропровідності металів

В металах носіями струму є вільні електрони.

Доведення того що струм в металах обумовлений рухом вільних електронів можна зробити на прикладах дослідах:

Рікке:

Перші досліди із з’ясування механізму електропровідності металів виконав Е. Рікке. В електричне коло постійного струму було увімкнено три послідовно з’єднані циліндри з хімічно чистих алюмінію і міді, які щільно притискувались один до одного

Через коло протягом року пропускали електричний струм. Через циліндри пройшов електричний заряд. Проте ніяких ознак перенесення речовини (Cu, Al) не було виявлено. Це було експериментальним доказом того, що іони в металах не беруть участі в переносі електрики, а перенесення заряду в металах здійснюється частинками, які є загальними для усіх металів. Такими частинками можуть бути електрони.

Толмена-Стюарта:

Ідея: якщо розігнати металевий провідник, а потім різко його зупинити,

то вільні заряди, рухаючись по інерції, створять на короткий час струм в цьому провіднику.

Схема: Катушка з великою кількістю витків тонкого дроту приводилась в швидке обертання навколо своєї осі.Кінці катушки, з допомогою гнучких проводів були приєднані до чуттєвого гальванометра.

Розкручена котушка різко гальмувалась і в колі виникав короткочасний струм, зумовлений інерцією носіїв заряду.Повний заряд, що протікав по колу вимірювався за відхиленням стрілки гальванометра.

Результати:Напрям струму говорить про те, що він створюється рухом негативно заряджених частин.

Заряд, що переноситься, пропорційний відношенню заряду частинок, які створюють струм, до їх маси.

q/m=1,76*10^11 Кл/кг

10.Виведення законів Ома та Відемана-Франца з електронної теорії.

направлений рух електронів в електричному колі називають дрейфом V=10^-3 м/с

λ-довжина вільного пробігу

τ=λ/UV≈<λ>/<U>

mV(max)/τ=eE

За час τ, рухаючись в електоричному полі E з прискоренням eE/m, електрон одержує додаткову швидкість за полем

<V>=(0+V(max))/2=eEτ/2m яка є дрейфовою швидкістю. Тоді густину струму можна записати як

j=enV=eneEτ/2m=e^2n<λ>E/2m<V>

j=σE закон Ома в диференційній формі

де питома електропровідність, питомий опір металу. Зі зростанням температури зростає швидкість теплового руху електронів , отже, збільшується питомий опір металу – маємо якісно правильний результат.

В загальному випадку закон Ома можна записати в диференційльній формі так:

j=σ(E+E)

11. Узагальнений закон ома в інтегральній формі.Різниця потенціалів.Е.Р.С.Напруга

Закон ОМА в інтегральній формі:

Різниця потенціалів

Електрорушійна сила (ерс) – величина яка чисельно дорівнює роботі сторонніх сил по переміщенню додатного електричного заряду q0 по ділянці кола.

Інтеграл з 2до1E*dl E=A/q0

Напруга – під поняттям напруги розуміють сумарну роботу по перенесенню одиниці позитивного заряду на ділянці кола кулонівських і сторонніх.

12. робота виходу електрона з металу. Термоелектрона емісія.

При всяких температурах за рахунок того що електрони мають теплову швидкість вони будуть покидати межі металу і вириватись у вакуум.

Мінімальна енергія необхідна для виривання електрона називається роботою виходу

А(в)=φe

Вихід електрону з речовини називається eмісією.

Особливостями вольт амперної характеристики:

-наявність струму при відсутності напрузі.

-наявність плато на вольт-амперній характеристиці пояснюється емісійною здатністю катода.

-спостерігається відхілення від закону Ома

i~U^3/2

для явища термо-елктроної емісії справедлива формула Річардсона

j=BT^2*exp(-A/kT)

Дата добавления: 2015-11-14