1)Электрический заряд, электризация, закон сохранения, дискретность, объяснение по современным представлениям. 2 страница

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 4Следующая ⇒

22) Энергия взаимодействия нескольких точечных зарядов. Энергия уединенного проводника и конденсатора. Объемная плотность энергии.

Мы знаем, что . Обобщим эту формулу для случая нескольких зарядов, для трех: . Но это сложно, по-этому .Где

потенциал поля создаваемый всеми остальными зарядами, кроме того который находится в этой точке. Тогда 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.

Объемная плотность энергии неоднородного электрического поля (определяющее уравнение) . Но эта формула для одной точки. Поскольку поле однородное, то объемная плотность энергии электрического поля .

28) Последовательное и параллельное соединения проводников и зависимость сопротивления цилиндрического тела от его размеров.

При параллельном соединении электрическая цепь имеет разветвления (точку разветвления называют узлом). Начала и концы проводников имеют общие точки подключения к источнику тока.

При этом напряжение на всех проводниках одинаково. Сила тока равна сумме сил токов во всех параллельно включенных проводниках, так как в узле электрический заояд не накапливается, поступающий за единицу времени в узел заряд равен заряду, уходящему из узла за то же время: (1); (2); (3)

Из выражений (1),(2),(3) следует: . При параллельном соединении проводников, общая проводимость цепи равна сумме проводимостей всех параллельно соединенных проводников: .

П ри последовательном соединении электрическая цепь не имеет разветвлений, все проводники включают в цепь поочередно друг за другом.

Сила тока во всех проводниках одинакова, так как в проводниках электрический заряд не накапливается и через поперечное сечение проводника за определенное время проходит один и тот же заряд: ; Напряжение на концах данного участка цепи складывается из напряжений на каждом проводнике: . Поскольку , то . При последовательном соединении проводников их общее электрическое сопротивление равно сумме электрических сопротивлений всех проводников. Из соотношений (2) следует, что напряжения на последовательно включенных проводниках прямо пропорциональны их сопротивлениям:

В случае последовательного соединения проводников сопротивление проводника пропорционально его длине, обратно пропорционально площади S поперечного сечения , где .

При параллельном прямо-пропорционально площади S поперечного сечения, обратно пропорционально длине , где

29) Различные виды законов Ома. Внутреннее сопротивление источника.

Закон Ома для однородного участка цепи .

Неоднородный участок цепи – участок цепи, на котором действуют сторонние силы. Такими силами могут быть химические силы в аккумуляторе. Закон Ома для неоднородного участка цепи .

В электрической цепи, состоящей из источника тока и проводников с электрическим сопротивлением R, электрический ток совершает работу не только на внешнем, но и на внутреннем участке цепи. Например, при подключении лампы накаливания к гальванической батарее карманного фонаря электрическим током нагреваются не только спираль лампы и подводящие провода, но и сама батарея. Работа электрического поля в замкнутой цепи равна работе сторонних сил и количеству теплоты выделившейся на внешнем и внутреннем участках цепи. . Согласно закона Дж.-Ленца . Получаем, что , но , по-этому .Закон Ома для замкнутой цепи . Электрическое сопротивление источника тока называется внутренним сопротивлением. Внутреннее сопротивление (определяющее уравнение) .

Закон Ома в дифференциальной форме – плотность тока проводимости пропорциональна напряженности электрического поля в проводнике и совпадает с ней по направлению: .

27) Источник тока, происходящие в нем процессы, основные характеристики. Работа всех сил при переносе заряда по участку цепи. Напряжение, его свойства.

Для того чтобы в проводнике существовал эл. ток длительное время, необходимо поддерживать неизменным условия, при которых возникает эл. ток. Если в начальный момент времени потенциал точки А проводника выше потенциала точки В, то перенос положительного заряда q из точки А к точке В приводит к уменьшению разности потенциалов между ними. Чтобы разность потенциалов оставалась неизменной, необходимо точно такой же заряд q перенести из точки В в точку А. Сторонние силы: силы, вызывающие перемещение электрических зарядов внутри источника тока против направления действия сил электростатического поля, называются. В машине постоянного тока сторонней силой является сила Лоренца, или силы химической природы в аккумуляторах. Полная работа сил электростатического поля при движении зарядов по замкнутой цепи постоянного тока равна нулю. Следовательно, вся работа электрического тока в замкнутой электрической цепи оказывается совершенной за счет действия сторонних сил, вызывающих разделение зарядов внутри источника и поддерживающих постоянное напряжение на выходе источника тока. Напряжение – величина, равная отношению работы сторонних и электростатических сил при перемещении заряда на участке цепи, к его величине, эту величину так же называют электродвижущей силой. Внутреннее сопротивление источника – величина, равная отношению напряжения на участке цепи, проходящем через источник, к силе тока.

30) На примере однородного проводника получите закон Ома в дифференциальной форме. Почему эта формула остается справедливой и в неоднородном случае?

В изотропном проводнике упорядоченное движение носителей тока происходит в направлении вектора Е. Выделим мысленно в окрестности некоторой точки элементарный цилиндрический объем образующими параллельными векторам j и E. Через поперечное сечение цилиндра течет ток силой jdS. Напряжение на цилиндре равно Edl, Е-напряженность поля в данном месте. Сопротивление цилиндра равно ρ(dl/dS). Тогда: . Поскольку векторы j и E имеют одинаковое направление, то -Это закон Ома в дифференциальной форме, единица обратная Ому – Сименс/метр (См/м). Скорость упорядоченного движения носителей пропорциональна Е, потому что Е сообщает им упорядоченное движение. Это происходит тогда, когда кроме силы вызвавшей движение, на тело действует сила сопротивления среды. Она вызывается взаимодействием носителей тока с частицами, из которых построено вещество проводника.

31) Работа электрического тока. Путь передачи энергии при совершении работы электрического тока, закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме.

Работа электрического тока- работа совершаемая стационарным электрическим полем по перемещению зарядов по проводнику. A=qU=IUΔt. Используя закон Ома для однородного участка цепи: A=I²RΔt=U²/RΔt; Для неоднородного участка цепи: А=I(φ1-φ2⁺_-ξ)Δt; Для замкнутой цепи А =q ξ; Эти формулы выводятся из соответствующих законов Ома. Если в цепи есть электродвигатель, то энергия электрического тока расходуется на совершение механической работы, на нагревание обмоток. Скорость совершения работы на данном участке характеризует мощность: P=A/Δt.

Кулоновские силы совершают работу по перемещению заряда вдоль цепи

В электрической цепи при прохождении тока происходит ряд превращений энергии. Во внешнем участке цепи работу по перемещению заряда совершают силы стационарного электрического поля и энергия этого поля превращается в другие виды: механическую, тепловую, химическую, в энергию электромагнитного излучения, взаимодействие электронов проводимости с узлами кристаллической решетки. Следовательно, полная работа тока на внешнем участке цепи .Если же на участке цепи под действием электрического поля не совершается механическая работа и не происходят химические превращения, то работа электрического тока приводит только к нагреванию проводника. В этом случае количество выделившейся теплоты равно работе, совершаемой током. Закон Джоуля-Ленца п ри прохождении электрического тока по проводнику количество теплоты, выделяющейся в проводнике, прямо пропорционально квадрату силы пока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока. .

N=IU= I²R=U²/R; Аналогично ему:N=jSEl=jEV. Продифференцировав его по объему получим: N_v=dN/dV; Тогда: .

Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме – объемная плотность тепловой мощности тока равна скалярному произведению векторов плотности тока и напряженности электрического поля.

33)С помощью закона сохранения электрического заряда обоснуйте первое правило Кирхгофа. На основании определения напряжения и свойствах электростатического поля докажите справедливость второго правила Кирхгофа.

Узлом называется точка, в которой сходится два или более проводника. Ток текущий к узлу, считается имеющим один знак(+ или-), текущий от узла(- или +). Первое правило Кирхгофа- алгебраическая сумма токов сходящихся в узле равна 0: . Это правило вытекает из закона сохранения заряда. Для постоянного тока Δj всюду равно нулю.

Второе правило относится к любому выделенному замкнутому контуру в разветвленной цепи: алгебраическая сумма произведений сил токов в отдельных участках произвольного замкнутого контура на их сопротивления равна алгебраической сумме э. д. с., действующих в этом контуре: (1)

Для доказательства этого правила достаточно рассмотреть случай, когда выделенный контур состоит из трех участков. Зададим направление обхода, например, по часовой стрелке, как показано на рисунке. Затем применим к каждому из трех участков закон Ома:

Сложив эти равенства, приходим после сокращения всех потенциалов к формуле (1), т. е. ко второму правилу Кирхгофа. Таким образом, уравнение (1) является следствием закона Ома для неоднородных участков цепи. В качестве независимых можно взять любые два уравнения из трех.

41) Приближения слабого поля и сильного поля в газе, их физический смысл. Зависимость плотности тока от напряженности поля. ВАХ.

j=en(b₊+b_-)E dn/dt|_иониз=α. dn/dt|_рек=-βn². Процесс ухода на электроны: I=eΔnSl. dn/dt|_уход=-j/el. Совместное действие трех механизмов приведет к тому, что концентрация не меняется: α=βn²+j/el.

1) Случай слабых полей(малых токов): значит j~E; Здесь j зависит от Е. В данном случае преобладает рекомбинация. Значит после прекращения действия внешнего ионизатора процесс ионизации прекратится.

2) Случай сильных полей(сильных токов):(j_нас=αel) В данном случае можно пренебречь рекомбинацией, здесь j не зависит от Е.

, ВАХ:

34) Примените закон Джоуля-Ленца для всех участков замкнутого контура и определите мощность, выделяющуюся во всей цепи. Объясните, как и почему полученное соотношение отражает закон сохранения энергии.

Рассмотрим произвольный участок цепи постоянного тока, к концам которого приложено напряжение U. За время t через каждое сечение проводника проходит заряд q=It. Это равносильно тому, что заряд It переносится за время t из одного конца проводника в другой. При этом силы электростатического поля и сторонние силы, действующие на данном участке, совершают работу: A=Uq=Ult. Разделив работу А на время t, за которое она совершается, получим мощность, развиваемую током на рассматриваемом участке цепи:

Она может расходоваться на совершение

рассматриваемым участком цепи работы над внешними телами (для этого участок должен перемещаться в пространстве), на протекание химических реакций и, наконец, на нагревание данного участка цепи---Закон сохранения энергии.

Отношение мощности, развиваемой током в объеме проводника, к величине этого объема называется удельной мощностью тока. Выражение для удельной мощности тока можно получить, исходя из следующих соображений. Сила е (Е+Е*) развивает при движении носителя тока мощность, равную: .Усредним это выражение по носителям, заключенным в объеме AV в пределах которого Е и Е* можно считать постоянными., и получим: . Мощность, развиваемую в объеме ΔV, можно найти, умножив <Р'> на число носителей тока в этом объеме, которое равно nΔV: . Отсюда:

38) На основе анализа механизма выделения тепла при протекании по металлу электрического тока получите закон Джоуля-Ленца в, дифференциальной форме.

В конце свободного пробега каждый электрон приобретает кинетическую энергию:

. Столкнувшись с ионом электрон передает приобретенную им дополнительную энергию кристаллической решетке. Сообщенная решетке энергия идет на увеличение внутренней энергии металла, на его нагревание. Каждый электрон терпит за секунды в среднем соударений, сообщая всякий раз решетке инергию. Значит в единице объема за секунду выделится тепло . Значение последнего выражения есть удельная тепловая мощность тока. Множитель при Е² совподает со значением . С учетом j=σE, мы получим: . Закон Джоуля-Ленца в диф.форме- объемная плотность тепловой мощности тока равна скалярному произведению векторов плотности тока и напряженности электрического поля.

35) Основные положения классической электронной теории электропроводности металлов и соотношения для движения электронов. Основные недостатки этой теории.

Все металлы в твердом или жидком состоянии являются проводниками электрического тока. Специально поставленные опыты показали, что при прохождении электрического тока масса металлических проводников остается постоянной, не изменяется и их химический состав. На этом основании можно предположить, что в создании электрического тока в металлах участвуют только электроны. При отсутствии электрического поля свободные электроны перемещаются в кристалле металла хаотически. Под действием электрического поля свободные электроны, кроме хаотического движения, приобретают упорядоченное движение в одном направлении, и в проводнике возникает электрический ток. Свободные электроны сталкиваются с ионами кристаллической решетки, отдавая им при каждом столкновении кинетическую энергию, приобретенную при свободном пробеге под действием электрического поля. В результате упорядоченное движение электронов в металле можно рассматривать как равномерное движение с некоторой постоянной скоростью. Так как кинетическая энергия электронов, приобретаемая под действием электрического поля, передается при столкновении ионам кристаллической решетки, то при прохождении постоянного тока проводник нагревается. Если в металлах имеются способные перемещаться заряж. частицы, то при торможении металлического проводника эти частицы должны некоторое время продолжать двигаться по инерции, в результате, чего в проводнике возникает импульс тока и будет перенесен некоторый заряд. Пусть проводник движется в начале со скоростью v₀. Начнем тормозить его с ускорением w. Продолжая двигаться по инерции, носители тока приобретут относительно проводника ускорение -w. Такое же ускорение можно сообщить носителям в неподвижном проводнике, если создать в нем эл. поле напряженности Е=-mwl/e т.е. приложить к концам проводника разность потенциалов. . В этом случае по проводнику потечет ток . Значит за время dt по проводнику через каждое сечение пройдет заряд: . Заряд прошедший за время торможения равен: . Направление импульса тока даст знак носителей.

Недостатки классической электронной теории проводимости металлов:

1) в ней предполагалось, что все электроны имеют одинаковую скорость теплового движения.

2) Считалось в металле электроны проводимости распределены по скоростям в соответствии с законом Максвелла.

Если в металле существует электрическое поле, максвелловское распределение скоростей электронов нарушается: на тепловое движение электронов накладывается движение, вызванное этим полем; средняя скорость этого движения пропорциональна напряженности электрического поля.

3) Еще большие затруднения возникли при подсчете теплоемкости металлов

4) Наконец, возникли трудности при оценке средней длины свободного пробега электронов в металле

5)Считалось, что ρ~√Т, но ρ~Т по опытам.

37) Зависимость удельного сопротивления металлов от температуры. Основные участки. Зависимость сопротивления от температуры по классической теории.

Если пропустить ток от аккумулятора, через стальную спираль, то амперметр покажет уменьшение силы тока. Это означает, что с сопротивлением температуры сопротивление проводника меняется. Если при температуре равной 0 ⁰С, сопротивление проводника равно R₀, а при температуре t оно равно R, то относительное изменение сопротивления прямо пропорционально изменению температуры: R R₀/R=αt (1). α- температурный коэффициент сопротивления. Он характеризует зависимость сопротивления вещество от температуры. Температурный коэффициент сопротивления численно равен относительному изменению сопротивления проводника при повышении температуры на 1К. Для всех металлов α>0 и незначительно меняется с изменением температуры. У растворах и электролитах сопротивление с ростом температуры увеличивается. Для них α<0. При нагревании проводника его геометрические размеры изменяются незначительно. Сопротивление проводника меняется в основном за счет изменения его удельного сопротивления. Можно найти зависимость этого удельного сопротивления от температуры, если в формулу (1) подставить , для R и R_0,то получим: ρ=ρ₀(1+ αt). Так как α мало меняется при изм. t, то можно считать, что удельное сопротивление проводника линейно зависит от температуры. С приближением температуры к обсалютному нулю удельное сопротивление монокристаллов становится очень малым. Этот факт свидетельствует о том, что в идеальной кристаллической решетке металла электроны перемещаются под действием электрического поля, не взаимодействуя с ионами решетки. Электроны взаимодействуют лишь с ионами, не находящимися в узлах кристаллической решетки.

40) Газовый разряд и необходимые условия. Кинетические соотношения для концентрации носителей. Равновесный случай.

Газовый разряд – электрический ток в газе. Электропроводность газов возникает при их ионизации — отщеплении от атомов и молекул газов электронов. Атомы (молекулы) превращаются при этом в положительные ионы. Отрицательные ионы возникают в газах при соединении нейтральных атомом (молекул) со свободными электронами. Ионизация газа происходит в результате, внешних воздействий: сильного нагревания, рентгеновских лучей, радиоактивных излучений, при бомбардировке молекул (атомов) газа быстро движущимися электронами или ионами. Интенсивность ионизации измеряется числом пар противоположных по знаку заряженных частиц, возникающих в единице объема газа за единицу времени. Отрыв электрона от атома требует затрат энергии:W_и=еU_и;

Несамостоятельный газовый разряд – разряд, который прекращается после прекращения действия внешнего ионизатора.

Самостоятельный газовый разряд – разряд, который не прекращается после прекращения действия внешнего ионизатора.

Электрический пробой газа – возникновение в газе самостоятельного разряда.

Напряжение зажигания – напряжение между электродами, при котором начинается самостоятельный газовый разряд.

j=en(b₊+b_-)E

dn/dt|_иониз=α. dn/dt|_рек=-βn². Процесс ухода на электроны: I=eΔnSl. dn/dt|_уход=-j/el. Совместное действие трех механизмов приведет к тому, что концентрация не меняется: α=βn²+j/el.

42) Рассчитайте необходимую энергию для ионизации атома электроном и ионом, а также для выбивания ионом электрона из катода. Сделайте выводы. Почему, как правило, ионизация под действием электронов начинается при значительно меньших напряжениях, чем ионизация под действием ионов?

Изобразим схематически на примере соударения двух шариков: . .

С учетом, что: , а также . Мы получим:

. Поскольку: , то

1) Электрон-атом: (m1+m2)/m2≈1.

По-этому с учетом, что , мы получим λ₂ =λ_ион4√2.

2) Ион-атом: так как m1≈m2, то (m1+m2)/m2≈2 . В процессе выбиваются электроны из катода лавинообразно, (самостоятельный газовый разряд). Тогда отношение .

Ионизация под действием электронов начинается при значительно меньших напряжениях, чем ионизация под действием ионов. При токе насыщения все возникающие ионы долетают до электродов не успев рекомбинироваться.

36) С помощью классической теории электропроводности металлов получите закон Ома в дифференциальной форме. Проанализируйте, как удельная проводимость должна зависеть от температуры.

Все металлы в твердом или жидком состоянии являются проводниками электрического тока. Под действием электрического поля свободные электроны, кроме хаотического движения, приобретают упорядоченное движение в одном направлении, и в проводнике возникает электрический ток. Свободные электроны сталкиваются с ионами кристаллической решетки, отдавая им при каждом столкновении кинетическую энергию, приобретенную при свободном пробеге под действием электрического поля. При прохождении постоянного тока проводник нагревается.

После столкновения V_др=0. .Где тау-время между двумя столкновениями равныое отношения средней длины свободного пробега к средней скорости.

С учетом, что а=еЕ/m получим . Тогда (1). С учетом, что , мы получим из выражения (1) j=σE.Последнее выражение Закон Ома в диф. Форме.

С учетом, что , и удельное сопротивление проводника линейно зависит от температуры ρ=ρ₀(1+ αt)., мы получим зависимость удельной проводимости от температуры: . Температурный коэффициент сопротивления численно равен относительному изменению сопротивления проводника при повышении температуры на 1К. Для всех металлов α>0 и незначительно меняется с изменением температуры. У растворах и электролитах сопротивление с ростом температуры увеличивается. Для них α<0. При нагревании проводника его геометрические размеры изменяются незначительно.

43) Самостоятельный газовый разряд, напряжение зажигания. Процессы в газе, необходимые для осуществления самостоятельного разряда? Закон Пашена.

Развитие самостоятельного разряда протекает так. Свободный электрон под действием электрического поля приобретает ускорение. Если напряженность электрического поля достаточно велика, электрон при свободном пробеге настолько увеличивает кинетическую энергию, что при соударении с молекулой ионизует ее. Первый электрон, вызвавший ионизацию молекулы, и второй электрон, освобожденный в результате ионизации, под действием электрического поля приобретают ускорение в направлении от катода к аноду. Каждый из них при следующих соударениях освобождает еще по одному электрону и общее число свободных электронов становится равным четырем. Число свободных электронов, движущихся от катода к аноду, нарастает лавинообразно до тех пор, пока они не достигнут анода. Положительные ионы, возникшие в газе, движутся под действием электрического поля от анода к катоду. При ударах положительных ионов о катод и под действием света, излучаемого в процессе разряда, с катода могут освобождаться новые электроны. Эти электроны в свою очередь разгоняются электрическим полем и создают новые электронно-ионные лавины, поэтому процесс может продолжаться непрерывно.

Переход несамостоятельного газового разряда в самостоятельный называется электрическим пробоем газа и происходит при напряжении зажигания U₃ (напряжение пробоя). Согласно условию возникновения самостоятельного разряда имеет вид . где d — расстояние между электродами, δ — коэффициент объемной ионизации газа электронами, равный среднему значению количества актов ионизации, производимых одним электроном на пути единичной длины, γ - коэффициент поверхностной ионизации, равный среднему числу электронов, выбиваемых из катода одним положительным ионом.

Так как δ~1/λ_е; δ~Р; δ=f(W); ;

Тогда: ; С учетом этого ; ;

Как видно из последних двух выражений U_з зависит от произведения pl., где р –давление.

С уменьшением потенциала ионизации и работы выхода электронов из катода, при прочих равных условиях, U_з уменьшается.

Закон Пашена – напряжение зажигания газового разряда между двумя плоскими электродами есть величина постоянная при одинаковых значениях произведения давления газа на расстояние между электролами..

44)Почему при удалении электрона из металла на него начинает действовать возвращающая сила? Как ее рассчитать на большом удалении от границы? Как можно приближенно рассчитать возвращающую силу, если электрон находится вблизи границы металла?

Термоэлектронная эмиссия – искусственное испускание электронов нагретыми металами.

В узлах кристаллической решетки металлов находятся положительные ионы, а между ними свободно движутся электроны. Они как бы плавают по всему объему проводника, так как силы притяжения к положительным ионам решетки, действующие на свободные электроны, находящиеся внутри металла, в среднем взаимно уравновешиваются. Действие сил притяжения со стороны положительных ионов на электроны мешает последним выйти за пределы поверхности металла. Лишь наиболее быстрые электроны могут преодолеть это притяжение и вылететь из металла. Однако совсем покинуть металл электрон не может, так как притягивается положительным поверхностным ионом и тем зарядом, который возник в металле в связи с потерей электрона. Равнодействующая этих сил притяжения не равна нулю, а направлена внутрь металла перпендикулярно его поверхности.

Через некоторое время электрон под действием этих сил может возвратиться в металл. Среди электронов, находящихся вблизи поверхности металла, найдется большое число таких, которые временно будут покидать металл, а затем возвращаться обратно. Таким образом, на границе металла с вакуумом возникает двойной слой электрических зарядов, поле которого подобно полю плоского конденсатора. Этот двойной электрический слой не создает поля во внешнем про-:транстве, но препятствует выходу электронов из металла. Электрическое поле этого слоя можно считать однородным.

Зависимость возвращающей силы от расстояния электрона до границы с металлом .

Из графика видно, чтона большом удалении от границы эта сила будет зависеть от расстояния до границы. В близи метала же можно приближенно рассчитать возвращающую силу след. образом:

46) Магнитное поле, его основные свойства и проявление. Характеристики и методы описания.

Магнитным полем называют одну из форм проявления электромагнитного поля, особенностью которой является то, что это поле действует только на движущиеся частицы и тела, обладающие электрическим зарядом, а также на намагниченные тела. Магнитное поле создается проводниками с током, движущимися электрически заряженными частицами и телами, намагниченными телами, а также переменным электрическим полем. Силовой характеристикой магнитного поля служит вектор магнитной индукции В. В Международной системе единиц (СИ)[Тл] он численно равен пределу отношения силы, действующей со стороны магнитного поля на элемент проводника с электрическим током, к произведению тока и длины элемента проводника, . Вектор В направлен перпендикулярно к направлению элемента проводника, удовлетворяющему указанному выше условию, и к направлению силы, действующей на этот элемент со стороны магнитного поля, причем из конца вектора В вращение по кратчайшему расстоянию от направления силы к направлению тока в элементе проводника должно быть видно происходящим против часовой стрелки. Силу, действующую со стороны магнитного поля на проводник с током, называют силой Ампера. .поля на проводник.

Для графического изображения магнитных полей вводится представление о линиях магнитной индукции. Линиями магнитной индукции называются кривые, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора В в этих точках поля. Линии магнитной индукции всегда замкнуты и охватывают проводники с токами, создающими поле.

Направление линий индукции магнитного поля тока определяется (правилом буравчика): если ввинчивать буравчик по направлению тока в проводнике, то направление движения рукоятки буравчика укажет направление линий магнитной индукции.

В отличие от электростатических сил, которые являются центральными, сила Ампера, как и другие силы электромагнитного взаимодействия, не является центральной. Она направлена перпендикулярно к линиям индукции магнитного поля.

Для магнитного поля наиболее характерны следующие проявления.

1. В постоянном однородном М. п. на магнитный диполь с магнитным моментом р_т действует вращающий момент N = [р_т В] (

2. В постоянном однородном магнитном поле действие силы Лоренца приводит к тому, что траектория движения электрического заряда имеет вид спирали с кривизной, обратно пропорциональной скорости.

4. магнитное поле приводит покоящийся заряд в движение

Перечислим основные свойства магнитного поля, полученные из экспериментов (они частично повторяют свойства электрического поля):

Оно материально, т.е. существует независимо от наших знаний о нем.

Порождается только движущимся электрическим зарядом: вокруг любого движущегося заряженного тела существует магнитное поле.

Магнитное поле может быть создано и магнитом, но и там, причиной появления поля является движение электронов.

Магнитное поле может быть создано и переменным электрическим полем.

Обнаружить это поле можно по действию на движущийся электрический заряд (или проводник с током) с некоторой силой.

Это поле распространяется в пространстве с конечной скоростью, равной скорости света в вакууме. Для магнитного поля, так же как и для электрического, справедлив принцип суперпозиции:

45) Полная работа выхода электрона из металла и ее расчет. Зависимость плотности тока из катода от температуры; экспериментальное определение.

Полная работа выхода электрона из металла – минимальная работа, которую необходимо совершить, чтобы покоящийся электрон, находящийся в металле, вывести за его пределы. Эффективная работа выхода электрона – минимальная работа, которую необходимо совершить, чтобы электрон с кинетической энергией, равной энергии Ферми, находящийся в металле, вывести за его пределы.

Она находится следующим соотношением: , где φ, φ’ значения электрического потенциала соот-нетственно в точках внутри металла и в вакууме около поверхности металла, μ -химический потенциал электронного газа в металле. Работа выхода зависит от рода металла и состояния его поверхности. Для чистых металлов она имеет величину порядка нескольких электрон-вольт. Величину , называют поверхностным скачком потенциала на границе металл — вакуум или контактной разностью потенциалов между металлом и вакуумом. В классической электронной теории поверхностный скачок потенциала .

Максимальный термоэлектронный ток, возможный при данной температуре катода, называют током насыщения. При этом все электроны, вылетающие из катода, достигают анода. Ток насыщения растет с повышением температуры катода. Следовательно зависимость плотности тока из катода от температуры . (Формула Ричардсона-Дешмана)

Имеется так же х олодная (автоэлектронная) эмиссия называется -вырывание электронов из металла внешним электрическим полем.

53) Устройство, принцип работы и применение "магнитной ловушки".

МАГНИТНЫЕ ЛОВУШКИ конфигурации магнитных полей, способные длительное время удерживать заряженные частицы плазмы внутри определенного объема.

На участке пути действия медленно изменяющегося магнитного поля изменяется движение частички по винтовой траектории. Это обусловлено суммой двух движений по кругу и вдоль силовой линии. В зависимости от изменения величины напряжённости магнитного поля вдоль траектории движения заряженной частички происходит одновременно изменение радиусов витков винтовой линии. На этом принципе и базируется действие магнитной ловушки. Частички, в которых скорость составляет угол больший 10...15° с направлением силовых линий, когда подходят к области с большей напряженностью поля отбиваются от неё и оказываются запертыми внутри магнитной системы.(магнитное зеркало).

Магнитная бутылка: ; Токамар:

Магнитные ловушки созданы в лабораториях с целью осуществления управляемого термоядерного синтеза. Природная магнитная ловушка - магнитное поле Земли.

47) Действие магнитного поля на движущийся заряд и на проводник с током. Свойства сил.

49) Магнитное поле кругового витка с током, бесконечного проводника. Определение 1 А. Закон полного тока и его применение.

Ампер, определение Матюшенки, а также единица магнитодвижущей силы(ампер-виток).

Закон полного тока для магнитного поля в вакууме – циркуляция индукции магнитного поля по замкнутому контуру равна произведению магнитной постоянной на алгебраическую сумму сил токов, которые проходят внутри контура. Применяется для расчета магнитных полей постоянного тока.

Дата добавления: 2015-11-04; просмотров: 222 | Нарушение авторских прав

⇐ Предыдущая 123 4 Следующая ⇒

mybiblioteka.su - 2015-2025 год. (0.046 сек.)

<== предыдущая лекция

следующая лекция ==>