18 Початок | 19 Початок | 20 Початок |
18. Циркуляція вектора індукції магнітного поля. Закон повного струму. Сила Лоренцо. У електростатиці було встановлено, що робота при переміщенні одиничного пробного заряду в електричному полі нерухомого заряду не залежить від форми шляху і по довільному замкненому контуру дорівнює нулю. Такі поля називають потенціальними. Математична умова потенціальності поля записувалась в інтегральній формі у вигляді рівності нулю циркуляції вектора Е, Якщо маємо велику кількість провідників зі струмами і лише частина з них охоплюється контуром інтегрування, то циркуляція вектора В визначається алгебраїчною сумою тільки тих струмів, які охоплюються контуром. За принципом суперпозиції
В електричному полі Е на заряд q незалежно від того, рухається він чи перебуває у стані спокою діє сила Fe=qE. Як показують досліди, електричне і магнітне поле діють незалежно. Тому в електромагнітному полі або при сумісній дії електричного і магнітного полів результуюча сила Fл=Fe+FM, тобто Fл=q(E+[vˆB]) де силу Fл називають силою Лоренца.
| 19. Електромагнітна індукція. Закон електромагнітної індукції фарадея в інтегральній та диференціальній формах. Правило Лоренцо. Тільки в 1831 р. М. Фарадей помітив, що коли замкнути струм в одній котушці, то в другій, сусідній з нею, котушці, замкнутій на гальванометр, виникає короткочасний струм. На різних дослідах М. Фарадей показав, що при всяких змінах магнітного поля в області, обмеженій контуром провідника, в останньому виникає електрорушійна сила індукції. Це явище Фарадей назвав електромагнітною індукцією, а наведений струм — індукційним.
Усі попередні досліди показують, що ЕРС електромагнітної індукції виникає завжди тоді, коли змінюється потік ліній магнітної індукції Ф через площу, обмежену контуром К2 (рис. 1), незалежно від того, чим зумовлена ця зміна потоку індукції. ЗАКОН ЛЕНЦА У різних дослідах з електромагнітної індукції напрям індукційного струму неоднаковий. З цього приводу М. Фарадей писав, що закономірність, якій підпорядкований напрям збудженого струму за допомогою електромагнітної індукції, дуже проста, хоч і важко її описати. Цю закономірність пояснив у 1834 р. Е.Х. Ленц, керуючись ідеєю збереження матерії та руху, яка з часів М.В. Ломоносова традиційно розвивалася. Закон Ленца стверджує: напрям індукційного струму завжди такий, що його власне магнітне поле протидіє тій зміні магнітного потоку, в результаті якої він сам виникає. Закон Ленца розкриває взаємозв'язок між індукційним струмом Іі, зумовленим ним магнітним потоком Фі і зміною ΔФ магнітного потоку деякого зовнішнього поля. Закон Ленца визначає протидію, в процесі долання якої енергія з одного виду перетворюється в інший, і збереження руху. Пояснимо це на таких прикладах. Якщо полюс N постійного магніту наближати до замкнутої котушки, то магніт і котушка відштовхуються (рис. 2). Це пояснюється тим, що на ближчому кінці котушки виникає однойменний полюс магнітного поля індукованого струму. З віддаленням магніту від котушки між ними спостерігається притягання. Електромагніт-на індукція дає можливість перетворювати інші форми енергії в електричну енергію. На цьому явищі базується вся сучасна електро- і радіотехніка. У 1845 Нейман дав математичне визначення закону електромагнітної індукції.
Виведемо закон диф формі. Запишемо з-н ел маг інд Фарадея у вигляді.
Ф –потік вектора індукції магн поля. Враховані визначення Перетворимо ліву частину(1) по формулі Стокса Причому похідна tвнесена під знак інтеграла на тих підставах, що площа інтегрування не залежить від часу. Так як S довільна то із (2) випливає Виведемо закон інт. формі.
Перший доданок у правій частині враховує породження електричного поля електричними зарядами, а другий породження поля по з-ну електромагнітної індукції Фарадея.
| 20. Система рівнянь Максвела в інтегральній та диференціальній формі. Фіз.. зміст окремих рівнянь М-ла. Інтегральній формі система рівнянь Максвела записується так:
У диференціальній формі:
Доповнюючи рівняння:
Перше рівняння Максвелла являє собою узагальнення закону Біо—Савара—Лапласа і є більш загальною формою закону повного струму, який відображає той експериментальний факт, що джерелами вихрового магнітного поля можуть бути струми провідності і струми зміщення. Друге рівняння Максвелла є математичним записом експериментального закону електромагнітної індукції Фарадея. Узагальнений фізичний зміст його полягає в тому, що всяка зміна в часі магнітного поля приводить до збудження вихрового електричного поля. Третє рівняння Максвелла відображає експериментальний факт відсутності в природі магнітних зарядів, тобто відсутність джерел магнітного поля подібних до джерел електричного поля (зарядів). Четверте рівняння Максвелла є узагальненням на основі теореми Остроградського—Гауса закону Кулона і фізично вказує на існування в природі джерел електричного поля у вигляді електричних зарядів, розподілених у просторі з об'ємною густиною ρ. Як видно, рівняння Максвелла не симетричні відносно електричного і магнітного полів. Це зумовлено наявністю в природі джерел електричного поля (електричних зарядів) і відсутністю подібних джерел магнітного поля (магнітних зарядів, монополів).
|
|
|
21 Початок |
|
|
21.Електромагнітні хвилі, як наслідок рівнянь Максвела. Хвильове рівняння. Плоскі Е-М хвилі у вакуумі. Енергія електричної хвилі. Потік енергії. Вектор Умова-Пойтінга. Швидкість поширення в просторі сталої фази називають фазовою швидкістю у електромагнітної хвилі. Фаза хвилі E=(z-vt); B=B(z-vt), (*) в усіх точках площини г = г0 + vt має однакове значення і цю площину називають площиною сталої фази хвилі, або фронтом хвилі. Вектори полів E і В в усіх точках цієї площини мають певні сталі значення. Якщо величині г0 надавати різних числових значень, то одержимо сім'ю паралельних площин, перпендикулярних до осі г, що розміщені на різних відстанях від початку відліку осі z. На кожній з цих площин вектори Е і В мають сталі значення, які в загальному можуть відрізнятись при переході від площини до площини. Співвідношення ж між Е і В визначається рівнянням Максвелла.
Якщо вектори хвилі мають однакову величину в усіх точках довільної площини, перпендикулярної до напряму поширення хвилі, то таку електромагнітну хвилю називають плоскою. Отже, розв'язок (*) описують плоску електромагнітну хвилю. Для розв'язків задач макроскопічної електродинаміки систему рівнянь Максвелла доповнюють співвідношеннями, які виражають закон збереження енергії. На основі цих співвідношень встанов.люють можливість поширення електромагнітної енергії у просторі. Як відомо, енергію електричного поля визначають за формулою
Вектор Умова - Пойтінга divП=-dw/dt (**) де Модуль вектора Умова — Пойнтінга визначає потікелектромагнітної енергії за одиницю часу через одиницю поверхні, перпендикулярної до напряму поширення енергії:
|
|
|
|
|
22 Початок | 24 Початок | |
22. Природа носіїв заряду в металах. Ефект Холла в металах. Основні положення класичної електронної теорії металів. Закони Ома, Джоуля-Ленца та Відемана-Франца. Труднощі класичної електронної теорії металів. Природа носіїв заряду в металах. Досліди: 1. Рікке (1901) взято 3 циліндри:мідь, алюміній, мідь. Перед проведенням досліду було зважено кожний із циліндрів (мал1). Отже, електричний струм в Ме зумовлений не рухом іонів, а чимось іншим. 2. Кетерлінга (1946) була підціплена котушка на довшій нитці, під’єднано джерело і пропускаються імпульси струму(мал2). Основні положення класичної електронної теорії металів. 1. Метали являють собою с-му іонів які утвор. Кристалічну решітку і здійснюютьколивання навколо положення рівноваги-вузлів решітки, а також електронів які вільно рухаються між іонами. Електрони які вільно рухаються між іонами дістали назву електронного газу. 2. Електронний газ веде себе як ідеальний газ, однак зіткнення відбуваються в основному, а не між самими електронами, а між електронами і іонами решітки. 3. Вважається, що електрон набуває енергії впорядкованого руху, тільки на довжині вільного пробігу, а його зіткнення з іонами відбувається абсолютно не пружно,тобто при такому зіткненю відбувається передача енергії іону, однак тільки тієї її частини, яка зумовлена впорядкованим рухом. Позитивні іони створюють перешкоду впорядкованого руху електронів, тобто зумовлюють електричний опір. Ефект Холла: це явище ефект поперечний
З-н Джоуля-Ленца:
| 23. Низькотемпературна надпровідність та її основні властивості. Діамагнетизм надпровідників. Низькотемпературні надпровідники першого та другого роду. Куперівські пари Надпровідність- явище майже повного зникнення питомого опору при деякій температурі. Надпровідністю серед чистих речовин володіють алюміній, кадмій, цинк, індій, галій. Властивість надпровідності залежить від структури кристалічної решітки. Наприклад, біле олово є цьому надпровідником, а сіре - ні; ртуть має властивість надпровідності тільки в а-фазі. Явище витиснення магнітного поля з об”му провідника називається ефектом Мейсснера.. Ефект Меисснера й відсутність електричного опору є найважливішими властивостями надпровідника. Поверхневий струм займає деякий тонкий шар поблизу поверхні. Магнітне поле струму знищує усередині надпровідника зовнішнє магнітне поле. Надпровідники першого і другого роду. Чисті речовини, у яких спостерігається явище надпровідності, нечисленні. Частіше надпровідність буває в сплавів. У чистих речовин має місце повний ефект Меисснера, а в сплавів не відбувається повного виштовхування магнітного поля з об'єму (частковий ефект Меисснера). Речовини, що проявляють повний ефект Меисснера, називаються надпровідниками першого роду, а частковий — надпровідниками другого роду. В надпровідників другого роду в об'ємі є кругові струми, що створюють магнітне поле, що, однак, заповнює не весь об'єм, а розподілено в ньому у вигляді окремих ниток. Що ж стосується опору, то воно дорівнює нулю, як й у надпровідників першого роду.
| 24. Відмінність металів, напівпровідників та діелектриків по електропровідності. Власні та домішкові напівпровідники. Донори і акцептори. Температурна залежність провідності власного та домішкового напівпровідників. Метали— речовини які в конденсованому стані характеризуються великою питомою електропровідністю. З підвищенням температури електропровідність металів зменшується. Ме— це переважна більшість хімічних елементів. У твердому стані Ме є кристалами переважно з щільною упаковкою атомів. При внесені металів в електричне поле електрони легко зміщуються утворюючи струм. Напівпровідники - широкий клас речовини, які за своєю електропровідністю займають проміжне місце між металами і діелектриками. Н/п мають такі основні властивості: 1. їхня електропровідність, а отже і концентрація носіїв струму сильно залежить від зовнішніх впливів (температури, випромінювання, домішки та ін.) 2. 3 підвищенням температури електропровідність н/п різко зростає; 3. Електропровідність не пов'язана з перенесенням речовини і має електронний механізм. Провідність н/п залежить, як від концентрації дірок або електронів так і від їх рухливості. Н/п досить поширенні у природі. Поділяються на: атомарні (германій, алмаз) іонні (сульфіди свинцю або цинку) молекулярні (селен, нафталін). Серед н/п можуть бути рідини і аморфні речовини. Застосовуються у техніці (діоди, тріоди, терморезистори, детектори, підсилювачі).Зміст ел-ної теор. полягає у поясненні різних властивостей речовини існуванням і рухом у ній електронів. У клас. теор. Ме припускається, що рух ел. підлягає законам клас, механіки Ньютона. Далі в цій теорії нехтують взаємодією електронів між собою, а взаємодію ел. з позитиви, іонами зводять тільки до співударів. Інше кажучи, ел. провідн. розгл. як електронний газ. При внесені Ме в електричне поле електрони легко зміщуються утворюючи струм. В металах концентрація електронів практично не звдежить від Т. Однак поряд з металами зустрічаються провідники у яких з підв. Т дуже збільшується концентрація носіїв заряду. Такі речовини наз. напівпровідниками. Можна зробити висновок, що в н/п. ел. пров. виникають під дією теплового руху. В н/п атомна взаємодія сама по собі ще |
24 Продовження |
| 22 Продовження |
недостатня для того, щоб електрони відщепилися від атомів і перетворилися в ел. пров. Для цього навіть найб. слабко зв"яз. електронам треба надати деякої додаткової енергії W - енергії іонізаиіи яка й запозичується з енергії теплового руху тіла.Якщо вел. єн. іонізації W велика порівняно з сер. єн. теплового руху (пор. кТ) при всіх температурах в області існування певного кристала, то ел. провідн. в помітній к-сті не утворюються і такий кристал буде ізолятором Ще більше на електропровідність напівпровідників впливають домішки: донори й акцептори. Завдяки доволі великій діелектричній проникності домішкові рівні в забороненій зоні розташовані дуже близько до зони провідності чи до валентної зони (< 0.5 еВ), й легко іонізуються, віддаючи електрони в зону провідності чи забираючи їх із валентної зони. Леговані напівпровідники мають значну електропровідність. Невелика ширина забороненої зони також сприяє фотопровідності напівпровіників.В залежності від концентрації домішок напівпровідники діляться на власні (без домішок), n-типу (донори), p-типу (акцептори) і компенсовані (концентрація донорів урівноважує концентрацію акцепторів, й напівпровідник веде себе, як власний). При дуже високій концентрації домішок напівпровідник стає виродженим і веде себе, як метал. У напівпровідникових приладах використовуються унікальні властивості контакту областей напівпровідника, одна з яких належить до n-типу, інша до p-типу — так званих p-n переходів. p-п переходи проводять струм у лише в одному напрямку. Схожі властивості мають також контакти між напівпровідниками й металами — контакти Шоткі.
|
|
Співвідношення Відемана-Франца:
Закон Ома |
27 Початок | ||
25. Магнітне поле в магнетиках. Класифікація магнетиків. Діамагнетики. Парамагнетики.. Магіштное поле, яке створюється молекулами (атомами, іонами) речовини, називаються власними або внутрішнім маєнітним полем. Це поле обумовлене існуванням у атомів (молекул, іонів) магнітних моментів і характеризується вектором магшітной індукциї Ввнутр. Вектор В індукції результуючого магнітного поля в магнетіке рівний векторній сумі магнітних індукцій зовнішнього (що намагнічує) і внутрішнього полів: У = В0 + Ввнутр. де В0 - магнітна індукція поля у вакуумі; В0 = Магнітна індукція внутрішнього поля для неферомагнітних речовин пропорційна вектору інтенсивності намагнічуваності І: Ввнутр = Ввнутр = Магнетиками назнвається всі середовища, здатні намагнічуватися в магнітному полі, тобто створювати власне магнітне поле. По магнітним властивостях магнетики поділяються на три основні групи: діамагнетики, парамагнетики і фероматетики Для характеристики намагнічення речовини вводиться вектор інтенсивності намагніченості {намагніченість) І — векторна сума магнітних моментів атомів (молекул), що знаходяться в одиниці обьема: де N — число частинок, що містяться в об”ємі V магнетика, Рmi - магнітний момент i-й молекули (атома). Для магнетиків, що знаходяться в не дуже сильних магнітннх полях, Діамагнетики поділяються на «класичні», «аномальиі» і надпровідники. До першої підгрупи відносяться інертні газн, деяких металлі (цинк, золото, ртуть і ін.), елементні типу кремнію і фосфору, багато органічних сполук. Для цих речовин хт < 0 і має мале абсолютне значень, порядку (0,1/10)*10-6, і не залежить від темпєратури. До другої підгрупи відносяться бісмут, галій, сурма, графить. і ін. Для цих речовин хт > 0, залежить від температури і має абсолютні значення порядна (1/100)*10-6. Парамагнетики поділяються на нормальні парамагнетики, парамагнітні метали з магнітною сприйнятливістю, не залежною від температури, і антиферомагнетики. Нормальними парамагнетиками є гази О2, N0 і ін., платина, паладій, солі желіза, кобальту і нікелю. | 26. Феромагнетики та їх основні властивості.. Точка Кюрі. Закон Кюрі-Вейсса. Доменна структура феромагнетиків. Феромагнетиками назнваются магнітні речовини, в яких власне (внутрішнє) магнітне поле може в сотні і тнсячі раз перевершувати викликане його зовнішнє магнітне поле. Велика величина намагніченості феромагнетиків пояснюється існуванням в них «молекулярного» магнітного поля, обумовленого особливою квантовомеханічною (обмінною) взаємодією низькомпенсуючих магнітних моментів спинових електронів атомів в кристалічних граток феромагнетиків. В результаті цієї взаємодії стійким і енергетично вигідним станом системи електронів в кристалі є впорядкований стан з паралельною (феромагнвтизм) або антипаралельною [антиферомагнетизм) орієнтацією магнітних моментів спинів сусідніх атомів в гратах. Особливі властивості феро- і антиферомагнетиків виявляючихся тільки при температурах, менших відповідно Магнітна сприйнятливість залежить від температури за законом Кюрі:
| 27. Характеристика оптичного діапазону електромагнітних хвиль. Фазова і групова швидкості світла в середовищі. Ефект Вавілова-Черенкова. Поляризація електромагнітних хвиль. Основні фотометричні поняття та величини. Ефект Вавілова — Черенкова (випромінювання Вавілова — Черенкова) — свічення, що викликається в прозорому середовищі зарядженою частинкою, яка рухається з швидкістю, що перевищує фазовую скорость розповсюдження света у цьому середовищі. Черенковськоє випромінювання широко використовується у фізиці високих енергій для реєстрації релятивістських частинок і визначення їх швидкостей.У 1934 року Павел Черенков проводив в лабораторії Сергея Вавилова дослідження люмінесценції рідин під впливом гамма-випромінювання і знайшов слабке блакитне свічення, викликане швидкими електронами, вибитими з атомів середовища гамма-випромінюванням. Пізніше з'ясувалося, що ці електрони рухалися з швидкістю вище швидкості світла в середовищі. Вже перші експерименти Черенкова, зроблені за ініціативою З. І. Вавілова, виявили ряд характерних особливостей випромінювання: свічення спостерігається у всіх чистих прозорих рідин, причому яскравість мало залежить від їх хімічного складу, випромінювання має поляризацію з переважною орієнтацією електричного вектора уздовж напряму первинного пучка, при цьому на відміну від люминесценции не спостерігається ні температурного, ні домішкового гасіння. На підставі цих даних Вавіловим було зроблене основоположне твердження, що знайдене явище — не люмінесценція рідини, а світло випромінюють рухомі в ній швидкі електрони. Фотометричена величина — адитивна фізична величина, що визначає тимчасовий, просторовий, спектральний розподіл енергії оптичного випромінювання і властивостей речовин, середовищ і тіл як посередників перенесення або приймачів енергії (визначення узяте з ГОСТ 26148—84). Фотометричні величини використовуються в фотометрії і інших галузях науки. По кількісному виразу фотометричні величини можна розділити на наступні групи:
Розподіли фотометричних величин в часі, просторі і по спектру описуються з допомогою: Розподіли фотометричної |
Дата добавления: 2015-10-21; просмотров: 21 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
, або в диференціальній формі rotE =0. Ця умова вказувала на те, що силові лінії електростатичного поля незамкнені: початок вони беруть на позитивних зарядах і закінчуються на негативних або прямують у не скінченність. Магнітні поля створюються рухомими електричними зарядами або струмами. Циркуляція вектора індукції магнітного поля визначається так: 
. Отже,
де індексом к – позначено тільки ті струми, які охоплюються контуром інтегрування. / є сумою всіх струмів з урахуванням їхніх напрямів, які охоплюються замкненим контуром інтегрування. Закон, який виражається написаними рівностями називають – законом повного струму, або теоремою про циркуляцію вектора індукції магнітного поля.
В явищі електромагнітної індукції істотне значення має не зміна сили навідного струму І1,а зміна його магнітного поля. Щоб переконатися в цьому, замість котушки А, беруть постійний магніт (рис. 2). Індукційний струм виникає у випадках відносного переміщення постійного магніту й котушки.
Рис. 1 Рис. 2
(1), де L–контур, S - поверхня натягнута на контур
В результаті отримаємо 
(2)
Це рівняння описує закон породження електричного поля в деякій точці за рахунок зміни індукції магнітного поля в тій же точці.Поле Е – часто називають індукційним.
(3)
магнітного поля — 
. Якщо в обмеженому замкненому об'ємі V є електромагнітне поле, то його енергію визначають як суму електричної і магнітної складових:
— об'ємна густина електромагнітної енергії, а П = [Е,Н] називають вектором Умова — Пойнтінга. З формули (**) видно, що divП дорівнює зміні електромагнітної енергії в одиниці об'єму за одиницю часу.
Дж/с*м2
Струм пропускався 0,1А протягом 1 року.q=I*t=0.1*365*24*60*60=3*106 Кл. Після проведення досліду було знову зважено циліндри, але їх маси не змінилися.
mVr – момент імпульсу. Якщо всі електрони почнуть рухатись в одну сторону, то момент імпуль =0. Тоді котушкаповинна рухатись в протилежну сторону (до електронів). Цей дослід і ряд других довели, що носіями заряду є електрони.
(1), Fk= - eE (2), 
(3), 
, 
(4) 
, 
,
(1)
- енергія яку 1 електрон передає іону при зіткненні. 
- к-сть зіткнень за одиницю часу. 
(2) 
, 
, 
, 
= 
- співвідношення Відемана-Франца.
сила струму пропорційна прикладеній напрузі і обернено пропорційна опору провідника. 
. Закон Ома для повного кола: сила струму в замкненому колі = електрорушійній силі, поділеній на загальний опір кола: 
. В диференціальній формі з-н Ома: j=λΕ (λ=1/r; λ-питома првідність).При русі зарядів по неоднорідній ділянці треба записати: j=λ(Ек+Ест)-з-н Ома в диференц. формі. IR=φ2- φ1+ε – з-н Ома в інтегральній ф-мі.
0Н (у СІ) і Во=Н (у гауссової системі).
(у СІ)
(у гауссової системі).
, де Хт — магнітна сприйнятливість речовини. У діамагнетиків хт < 0, а у парамагнетнків хт > 0.
і 
назнваються точками Кюрі (температуру 
або закону Кюрі-Вейсса: 
, де С і 
— постійні Кюрі. Константа 
може бути позитивна, негативна або рівна нулю.