ส่งผลงานดีๆ ของคุณในฐานความรู้ได้ง่ายๆ ใช้แบบฟอร์มด้านล่าง

นักศึกษา นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา นักวิทยาศาสตร์รุ่นเยาว์ ที่ใช้ฐานความรู้ในการศึกษาและการทำงาน จะรู้สึกขอบคุณเป็นอย่างยิ่ง

โพสต์บน http://www.allbest.ru/

สาขา Pyatigorsk ของมหาวิทยาลัยการแพทย์แห่งรัฐโวลโกกราดกระทรวงสาธารณสุขแห่งสหพันธรัฐรัสเซีย

บทคัดย่อในหัวข้อที่:

"ไฟฟ้ากระแส"

ดำเนินการ:

นักเรียนกลุ่ม 211

โมนิน่า มารีน่า

1. ประวัติความเป็นมาของไฟฟ้าพลศาสตร์

2. ไฟฟ้าสถิต

3. กฎหมายดีซี

1. ประวัติความเป็นมาของไฟฟ้าพลศาสตร์

พลศาสตร์ไฟฟ้าเป็นศาสตร์เกี่ยวกับคุณสมบัติและรูปแบบของพฤติกรรมของสสารชนิดพิเศษ นั่นคือสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีปฏิสัมพันธ์ระหว่างวัตถุที่มีประจุไฟฟ้าและอนุภาค

ในไฟฟ้าพลศาสตร์มีปฏิสัมพันธ์สี่ประเภท:

แรงโน้มถ่วง

แม่เหล็กไฟฟ้า

อ่อนแอ (ปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคมูลฐาน)

ปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นสิ่งสำคัญที่สุดในโลก

ไฟฟ้าพลศาสตร์มีต้นกำเนิดในสมัยกรีกโบราณ คำแปลของคำว่าอิเล็กตรอนคืออำพัน นอกจากอำพันแล้ว ยังมีวัตถุอื่นๆ อีกมากมายที่ถูกดึงดูดอีกด้วย วัตถุทั้งเบาและหนักถูกดึงดูดเข้าสู่วัตถุที่ถูกไฟฟ้า ในปี ค.ศ. 1729 เกรย์ค้นพบการถ่ายโอนประจุในระยะไกล Charles Dufrais ค้นพบประจุสองประเภท: แก้วและเรซิน แก้วปรากฏเป็นประจุบวก และเรซินปรากฏเป็นประจุลบ ต่อจากนั้น James Clerk Maxwell ได้สร้างทฤษฎีไฟฟ้าพลศาสตร์เสร็จสิ้น แต่การใช้ไฟฟ้าพลศาสตร์เริ่มขึ้นในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 19 เท่านั้น Maxwell ดึงความสนใจไปที่ข้อบกพร่องของไฟฟ้าพลศาสตร์แบบคลาสสิก ความไม่สอดคล้องกับกฎการอนุรักษ์ประจุเป็นข้อโต้แย้งเพียงพอที่จะสงสัยในความจริง เนื่องจากกฎการอนุรักษ์มีลักษณะทั่วไปมาก

ผลที่ตามมาทางคณิตศาสตร์ของระบบสมการที่ดัดแปลงของแม็กซ์เวลล์คือข้อความเกี่ยวกับการอนุรักษ์พลังงานในกระบวนการแม่เหล็กไฟฟ้าและข้อสรุปทางทฤษฎีเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของการดำรงอยู่ของสนามในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในพื้นที่ว่าง โดยไม่ขึ้นอยู่กับประจุและกระแส การคาดการณ์ครั้งสุดท้ายนี้พบการยืนยันการทดลองที่ยอดเยี่ยมในการทดลองที่มีชื่อเสียงของเฮิรตซ์และโปปอฟ ซึ่งวางรากฐานสำหรับการสื่อสารทางวิทยุสมัยใหม่ ความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่คำนวณจากระบบนั้นเท่ากับความเร็วของการแพร่กระจายของแสงที่วัดได้ในสุญญากาศซึ่งหมายถึงการรวมเอาส่วนที่เป็นอิสระในทางปฏิบัติของฟิสิกส์ของแม่เหล็กไฟฟ้าและทัศนศาสตร์มารวมกันเป็นทฤษฎีเดียวที่สมบูรณ์ .

ขั้นตอนที่สำคัญที่สุดในการพัฒนาหลักคำสอนของปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็กคือการประดิษฐ์แหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงแห่งแรก - เซลล์กัลวานิก ประวัติความเป็นมาของสิ่งประดิษฐ์นี้เริ่มต้นจากผลงานของแพทย์ชาวอิตาลี ลุยจิ กัลวานี ซึ่งมีอายุย้อนกลับไปตั้งแต่ปลายศตวรรษที่ 18 กัลวานีสนใจในผลกระทบทางสรีรวิทยาของการปล่อยกระแสไฟฟ้า ตั้งแต่ยุค 80 ศตวรรษที่ 18 เขาได้ทำการทดลองหลายครั้งเพื่อตรวจสอบผลกระทบของการปล่อยกระแสไฟฟ้าต่อกล้ามเนื้อของกบที่ผ่า ครั้งหนึ่งเขาค้นพบว่าเมื่อมีประกายไฟฉายในเครื่องจักรไฟฟ้าหรือเมื่อปล่อยขวดเลย์เดนออกมา กล้ามเนื้อของกบจะหดตัวหากสัมผัสด้วยมีดผ่าตัดโลหะในเวลานั้น

ด้วยความสนใจในผลที่สังเกตได้ กัลวานีจึงตัดสินใจตรวจสอบว่ากระแสไฟฟ้าในชั้นบรรยากาศจะมีผลเช่นเดียวกันกับขาของกบหรือไม่ โดยแท้จริงแล้ว เมื่อเชื่อมต่อปลายด้านหนึ่งของเส้นประสาทขากบเข้ากับตัวนำเข้ากับเสาหุ้มฉนวนที่อยู่บนหลังคา และปลายอีกด้านของเส้นประสาทติดกับพื้น เขาสังเกตเห็นว่าในช่วงที่เกิดพายุฝนฟ้าคะนอง กล้ามเนื้อของกบจะหดตัวเป็นครั้งคราว เวลา.

จากนั้นกัลวานีก็แขวนกบที่ชำแหละไว้ด้วยตะขอทองแดงที่เกี่ยวไว้กับไขสันหลังใกล้กับราวเหล็กของสวน เขาค้นพบว่าบางครั้งเมื่อกล้ามเนื้อของกบสัมผัสกับรั้วเหล็ก ก็เกิดการหดตัวของกล้ามเนื้อ นอกจากนี้ยังพบปรากฏการณ์เหล่านี้ในสภาพอากาศแจ่มใส กัลวานีจึงตัดสินใจว่าในกรณีนี้ ไม่ใช่พายุฝนฟ้าคะนองที่เป็นสาเหตุของปรากฏการณ์ที่สังเกตได้อีกต่อไป

เพื่อยืนยันข้อสรุปนี้ กัลวานีได้ทำการทดลองที่คล้ายกันในห้องนี้ เขาหยิบกบซึ่งมีเส้นประสาทไขสันหลังเชื่อมต่อกับตะขอทองแดงมาวางไว้บนแผ่นเหล็ก ปรากฎว่าเมื่อตะขอทองแดงสัมผัสกับเหล็ก กล้ามเนื้อของกบก็หดตัว

กัลวานีตัดสินใจว่าเขาได้ค้นพบ "ไฟฟ้าของสัตว์" ซึ่งก็คือไฟฟ้าที่ผลิตได้จากตัวกบ เมื่อเส้นประสาทของกบปิดโดยใช้ตะขอทองแดงและแผ่นเหล็ก วงจรปิดจะเกิดขึ้นโดยมีประจุไฟฟ้า (ของเหลวหรือสสาร) วิ่งผ่าน ซึ่งทำให้กล้ามเนื้อหดตัว

ทั้งนักฟิสิกส์และแพทย์เริ่มสนใจการค้นพบของกัลวานี ในบรรดานักฟิสิกส์คือ Alessandro Volta เพื่อนร่วมชาติของ Galvani โวลตาทำการทดลองของกัลวานีซ้ำแล้วจึงตัดสินใจทดสอบว่ากล้ามเนื้อของกบจะมีพฤติกรรมอย่างไรหากไม่เป็นเช่นนั้น ("ไฟฟ้าของสัตว์") แต่ไฟฟ้าที่ได้รับจากวิธีการใดๆ ที่ทราบก็ถูกส่งผ่านเข้าไป ในเวลาเดียวกัน เขาค้นพบว่ากล้ามเนื้อของกบหดตัวในลักษณะเดียวกับในการทดลองของกัลวานี

หลังจากทำการวิจัยประเภทนี้ โวลตาได้ข้อสรุปว่ากบเป็นเพียง "อุปกรณ์" ที่บันทึกการไหลของกระแสไฟฟ้า ซึ่งไม่มี "กระแสไฟฟ้าจากสัตว์" พิเศษอยู่

โวลต์เสนอว่าสาเหตุของไฟฟ้าเกิดจากการสัมผัสของโลหะสองชนิดที่แตกต่างกัน

ควรสังเกตว่ากัลวานีสังเกตเห็นแล้วถึงการพึ่งพาแรงหดตัวของกล้ามเนื้อกบกับประเภทของโลหะที่ก่อตัวเป็นวงจรที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน อย่างไรก็ตาม กัลวานีไม่ได้สนใจเรื่องนี้อย่างจริงจัง ในทางกลับกัน โวลตามองเห็นความเป็นไปได้ในการสร้างทฤษฎีใหม่ขึ้นมา

โวลตาเสนอทฤษฎี "ไฟฟ้าจากโลหะ" โดยไม่เห็นด้วยกับทฤษฎี "ไฟฟ้าจากสัตว์" ตามทฤษฎีนี้ สาเหตุของกระแสไฟฟ้ากัลวานิกเกิดจากการสัมผัสของโลหะชนิดต่างๆ

โวลตาเชื่อว่าโลหะทุกชนิดมีของเหลวไฟฟ้า ซึ่งเป็นของเหลวที่เมื่อโลหะไม่มีประจุ ก็จะอยู่นิ่งและไม่แสดงออกมา แต่ถ้าคุณรวมโลหะสองชนิดเข้าด้วยกัน ความสมดุลของไฟฟ้าภายในโลหะเหล่านั้นจะหยุดชะงัก และของเหลวไฟฟ้าจะเริ่มเคลื่อนที่ ในกรณีนี้ ของไหลทางไฟฟ้าจะเคลื่อนที่ในปริมาณหนึ่งจากโลหะหนึ่งไปอีกโลหะหนึ่ง หลังจากนั้นความสมดุลจะกลับมาอีกครั้ง แต่ด้วยเหตุนี้ โลหะจึงเกิดไฟฟ้า: อันหนึ่งเป็นบวก อีกอันเป็นลบ

โวลตายืนยันข้อควรพิจารณาเหล่านี้ด้วยการทดลอง เขาสามารถแสดงให้เห็นได้ว่า แท้จริงแล้ว เมื่อโลหะสองชนิดสัมผัสกัน โลหะหนึ่งจะมีประจุบวกและอีกโลหะหนึ่งมีประจุลบ ดังนั้นโวลตาจึงค้นพบสิ่งที่เรียกว่าความต่างศักย์ไฟฟ้าจากการสัมผัส โวลตาทำการทดลองดังต่อไปนี้ บนจานทองแดงที่ติดอยู่กับอิเล็กโทรสโคปธรรมดาแทนที่จะเป็นลูกบอล เขาวางจานจานเดียวกันซึ่งทำจากโลหะคนละชนิดและมีที่จับ เมื่อนำไปใช้ แผ่นดิสก์จะสัมผัสกันในหลายตำแหน่ง

ด้วยเหตุนี้ความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างการสัมผัสจึงเกิดขึ้นระหว่างดิสก์ (ในคำศัพท์ของ Volta พบว่า "ความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้า" เกิดขึ้นระหว่างดิสก์)

เพื่อตรวจจับ "ความต่างศักย์ไฟฟ้า" ที่ปรากฏขึ้นเมื่อโลหะชนิดต่างๆ สัมผัสกัน ซึ่งโดยทั่วไปจะมีขนาดเล็ก Volta ยกจานด้านบนขึ้น จากนั้นใบของอิเล็กโทรสโคปจะแยกออกอย่างเห็นได้ชัด สิ่งนี้มีสาเหตุมาจากความจริงที่ว่าความจุของตัวเก็บประจุที่เกิดจากดิสก์ลดลงและความต่างศักย์ระหว่างพวกมันเพิ่มขึ้นด้วยจำนวนที่เท่ากัน

แต่การค้นพบความแตกต่างที่เป็นไปได้ในการสัมผัสระหว่างโลหะชนิดต่างๆ ยังไม่สามารถอธิบายการทดลองของกัลวานีกับกบได้ จำเป็นต้องมีสมมติฐานเพิ่มเติม

แต่จากประสบการณ์ของกัลวานี ไม่ใช่แค่โลหะเท่านั้นที่รวมกัน โซ่ยังรวมถึงกล้ามเนื้อกบซึ่งมีของเหลวด้วย

เขาแนะนำว่าตัวนำทั้งหมดควรแบ่งออกเป็นสองชั้น: ตัวนำประเภทแรก - โลหะและของแข็งอื่น ๆ และตัวนำประเภทที่สอง - ของเหลว ในเวลาเดียวกัน Volta ตัดสินใจว่าความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นเกิดขึ้นเมื่อตัวนำประเภทแรกสัมผัสกันเท่านั้น

สมมติฐานนี้อธิบายการทดลองของกัลวานี อันเป็นผลมาจากการสัมผัสของโลหะสองชนิดที่แตกต่างกัน ความสมดุลของไฟฟ้าในโลหะทั้งสองจะหยุดชะงัก ความสมดุลนี้กลับคืนมาอันเป็นผลมาจากการที่โลหะถูกรวมเข้ากับตัวของกบ ดังนั้นความสมดุลทางไฟฟ้าจึงถูกรบกวนและฟื้นฟูอยู่ตลอดเวลา ซึ่งหมายความว่าไฟฟ้ามีการเคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลา

คำอธิบายประสบการณ์ของกัลวานีนี้ไม่ถูกต้อง แต่ทำให้โวลตามีแนวคิดในการสร้างแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง - แบตเตอรี่กัลวานิก และในปี ค.ศ. 1800 โวลตาได้สร้างแบตเตอรี่กัลวานิกก้อนแรก - เสาโวลตาอิก

เสาโวลตาอิกประกอบด้วยแผ่นเงินทรงกลมและแผ่นสังกะสีหลายสิบแผ่นวางซ้อนกัน แก้วกระดาษแข็งแช่น้ำเกลือวางอยู่ระหว่างจานคู่ อุปกรณ์ดังกล่าวทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าต่อเนื่อง

เป็นที่น่าสนใจที่โวลตาใช้ความรู้สึกโดยตรงของมนุษย์เป็นข้อโต้แย้งเกี่ยวกับการมีอยู่ของกระแสไฟฟ้าต่อเนื่อง เขาเขียนว่าหากแผ่นเปลือกนอกปิดผ่านร่างกายมนุษย์ ในตอนแรก เช่นเดียวกับในกรณีของขวดเลย์เดน บุคคลนั้นจะรู้สึกตกใจและรู้สึกเสียวซ่า แล้วมีความรู้สึกร้อนรุ่มอย่างต่อเนื่อง “ซึ่งไม่เพียงแต่ไม่บรรเทาลงเท่านั้น แต่ยังแข็งแกร่งขึ้นเรื่อยๆ จนทนไม่ไหว จนกระทั่งโซ่เปิดออก”

การประดิษฐ์เสาโวลตาอิกซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงแหล่งแรก มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการพัฒนาหลักคำสอนเรื่องไฟฟ้าและแม่เหล็ก สำหรับการอธิบายการทำงานของอุปกรณ์ Volta นี้มีข้อผิดพลาด นักวิทยาศาสตร์บางคนสังเกตเห็นสิ่งนี้ในไม่ช้า

ตามทฤษฎีของโวลตา ปรากฎว่าไม่มีการเปลี่ยนแปลงใดเกิดขึ้นกับองค์ประกอบกัลวานิกในระหว่างการทำงานของมัน กระแสไฟฟ้าไหลผ่านสายไฟ ทำให้ร้อนขึ้น สามารถชาร์จขวดเลย์เดนได้ ฯลฯ แต่เซลล์กัลวานิกเองยังคงไม่เปลี่ยนแปลง อุปกรณ์ดังกล่าวไม่มีอะไรมากไปกว่าเครื่องจักรที่เคลื่อนที่ตลอดเวลาซึ่งทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในร่างกายโดยรอบรวมถึงงานทางกลโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลง

ในช่วงปลายศตวรรษที่ 18 ในบรรดานักวิทยาศาสตร์มีความคิดเห็นอย่างกว้างขวางเกี่ยวกับความเป็นไปไม่ได้ของการดำรงอยู่ของเครื่องจักรที่เคลื่อนที่ตลอดเวลา ดังนั้นหลายคนจึงปฏิเสธทฤษฎีการกระทำขององค์ประกอบกัลวานิกที่คิดค้นโดยโวลตา

ตรงกันข้ามกับทฤษฎีของโวลตา มีการเสนอทฤษฎีทางเคมีของธาตุกัลวานิก หลังจากการประดิษฐ์ได้ไม่นาน พบว่าปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นในเซลล์กัลวานิกซึ่งมีโลหะและของเหลวเข้าไป ทฤษฎีทางเคมีที่ถูกต้องเกี่ยวกับการกระทำของธาตุกัลวานิกเข้ามาแทนที่ทฤษฎีของโวลตา

หลังจากการค้นพบคอลัมน์โวลตาอิก นักวิทยาศาสตร์จากประเทศต่างๆ ก็เริ่มศึกษาผลกระทบของกระแสไฟฟ้า ในเวลาเดียวกัน องค์ประกอบไฟฟ้าเองก็ได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้น โวลตาพร้อมกับ "เสา" เริ่มใช้แบตเตอรี่เซลล์กัลวานิกแบบถ้วยที่สะดวกกว่า เพื่อศึกษาผลกระทบของกระแสไฟฟ้า พวกเขาจึงเริ่มสร้างแบตเตอรี่ที่มีองค์ประกอบมากขึ้นเรื่อยๆ

แบตเตอรี่ที่ใหญ่ที่สุดในต้นศตวรรษที่ 19 สร้างโดยนักฟิสิกส์ชาวรัสเซีย Vasily Vladimirovich Petrov ในเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก แบตเตอรี่ของเขาประกอบด้วยวงกลมสังกะสีและทองแดง 4,200 วง แก้วถูกวางในแนวนอนในกล่องและคั่นด้วยกระดาษรองที่แช่ในแอมโมเนีย

ขั้นตอนแรกในการศึกษากระแสไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องกับการกระทำทางเคมี ในปีเดียวกับที่โวลต้าประดิษฐ์แบตเตอรี่กัลวานิก ได้มีการค้นพบคุณสมบัติของกระแสไฟฟ้าในการย่อยสลายน้ำ ต่อไปนี้ สารละลายของเกลือบางชนิดจะถูกสลายโดยกระแสไฟฟ้า ในปี ค.ศ. 1807 เดวี นักเคมีชาวอังกฤษ ค้นพบธาตุใหม่โดยการอิเล็กโทรลิซิสของโลหะอัลคาไลที่กัดกร่อน ได้แก่ โพแทสเซียมและโซเดียม

การศึกษาผลกระทบทางเคมีของกระแสและการชี้แจงกระบวนการทางเคมีที่เกิดขึ้นในเซลล์กัลวานิกทำให้นักวิทยาศาสตร์พัฒนาทฤษฎีการส่งผ่านของกระแสไฟฟ้าผ่านอิเล็กโทรไลต์

หลังจากการศึกษาผลกระทบทางเคมีของกระแสไฟฟ้า นักวิทยาศาสตร์ได้หันมาสนใจผลกระทบทางความร้อนและแสง ผลลัพธ์ที่น่าสนใจที่สุดของการศึกษาเหล่านี้คือเมื่อต้นศตวรรษที่ 19 เป็นการค้นพบอาร์คไฟฟ้าโดยเปตรอฟ

การค้นพบที่ทำโดยเปตรอฟถูกลืมไป นักวิทยาศาสตร์หลายคนโดยเฉพาะชาวต่างชาติไม่รู้จักเขาเนื่องจากหนังสือของ Petrov เขียนเป็นภาษารัสเซีย ดังนั้น เมื่อเดวีค้นพบอาร์คไฟฟ้าอีกครั้งในปี พ.ศ. 2355 เขาจึงถือเป็นผู้เขียนการค้นพบนี้

เหตุการณ์ที่สำคัญที่สุดซึ่งนำไปสู่แนวคิดใหม่เกี่ยวกับปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็กในไม่ช้าคือการค้นพบการกระทำทางแม่เหล็กของกระแสไฟฟ้า

2. ไฟฟ้าสถิต

ไฟฟ้าสถิตเป็นส่วนหนึ่งของไฟฟ้าพลศาสตร์ที่ศึกษาประจุไฟฟ้าที่อยู่นิ่ง

ค่าไฟฟ้า

อนุภาคมีปฏิสัมพันธ์กันด้วยแรงที่ลดลงตามระยะทางที่เพิ่มขึ้นในลักษณะเดียวกับแรงโน้มถ่วงสากล แต่เกินแรงโน้มถ่วงหลายครั้ง อนุภาคเหล่านี้จึงกล่าวกันว่ามีประจุไฟฟ้า มีอนุภาคที่ไม่มีประจุไฟฟ้า แต่ไม่มีประจุไฟฟ้าหากไม่มีอนุภาค ปฏิกิริยาระหว่างอนุภาคที่มีประจุเรียกว่าแม่เหล็กไฟฟ้า การมีประจุไฟฟ้าบนอนุภาคหมายถึงการมีอยู่ของแรงอันตรกิริยาระหว่างอนุภาคเหล่านั้น ในสถานะอิสระ มีเพียงอิเล็กตรอนและโปรตอนเท่านั้นที่สามารถดำรงอยู่ได้ไม่จำกัดเวลา หากอนุภาคมูลฐานมีประจุ ค่าของมันจะถูกกำหนดอย่างเคร่งครัด

ร่างกายที่ถูกเรียกเก็บเงิน

แรงแม่เหล็กไฟฟ้ามีบทบาทอย่างมากในธรรมชาติเนื่องจากวัตถุทั้งหมดมีอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า ตรวจไม่พบการกระทำของแรงแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างวัตถุเพราะว่า ร่างกายในสภาวะปกติจะมีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้า อนุภาคที่มีประจุบวกและประจุลบเชื่อมต่อถึงกันด้วยแรงไฟฟ้าและก่อตัวเป็นระบบที่เป็นกลาง

ร่างกายที่มองเห็นด้วยตาเปล่าจะมีประจุไฟฟ้าหากมีอนุภาคมูลฐานมากเกินไปและมีประจุใดๆ ก็ตาม

เพื่อที่จะทำให้เกิดไฟฟ้าให้กับร่างกาย จำเป็นต้องแยกส่วนหนึ่งของประจุลบออกจากประจุบวกที่เกี่ยวข้องกัน ซึ่งสามารถทำได้โดยใช้แรงเสียดทาน

กฎการอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า

เมื่อวัตถุถูกไฟฟ้า เป็นไปตามกฎการอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า กฎหมายนี้ใช้ได้กับระบบปิด ความถูกต้องของกฎการอนุรักษ์ประจุไฟฟ้าได้รับการยืนยันโดยการสังเกตการเปลี่ยนแปลงจำนวนมากของอนุภาคมูลฐาน

กฎของคูลอมบ์

กฎพื้นฐานของไฟฟ้าสถิตเป็นกฎที่ทดลองโดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Charles Coulomb ในปี 1785 XVIII

อย่างไรก็ตาม เรื่องราวของการค้นพบนี้เริ่มต้นขึ้นก่อนหน้านี้ เรื่องนี้แสดงให้เห็นวิธีหนึ่งที่ฟิสิกส์พัฒนา - วิธีใช้การเปรียบเทียบ เอปินัสเดาแล้วว่าแรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างประจุไฟฟ้านั้นแปรผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างประจุไฟฟ้าเหล่านั้น และการคาดเดานี้เกิดขึ้นบนพื้นฐานของการเปรียบเทียบระหว่างแรงโน้มถ่วงและแรงไฟฟ้า แต่การเปรียบเทียบไม่ใช่ข้อพิสูจน์ ข้อสรุปจากการเปรียบเทียบต้องมีการตรวจสอบเสมอ การใช้การเปรียบเทียบเพียงอย่างเดียวอาจนำไปสู่ผลลัพธ์ที่ไม่ถูกต้องได้ เอปินัสไม่ได้ตรวจสอบความถูกต้องของการเปรียบเทียบนี้ ดังนั้น ข้อความของเขาจึงเป็นเพียงการคาดเดาเท่านั้น

กฎของคูลอมบ์ใช้กับประจุแบบจุด ประจุแบบจุดคือขนาดของวัตถุที่เล็กกว่าระยะห่างระหว่างวัตถุหลายเท่า แรงอันตรกิริยาระหว่างวัตถุที่มีประจุแบบจุดที่อยู่กับที่ในสุญญากาศจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับผลคูณของโมดูลประจุ และเป็นสัดส่วนผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างวัตถุทั้งสอง

ด้วยความช่วยเหลือของความสมดุลของแรงบิด มันเป็นไปได้ที่จะสร้างวัตถุที่มีประจุคงที่ซึ่งกันและกัน คูลอมบ์ค้นพบวิธีง่ายๆ ในการเปลี่ยนประจุของลูกบอลลูกหนึ่งเป็น 2, 4 ครั้งขึ้นไปโดยเชื่อมต่อกับลูกบอลที่ไม่มีประจุลูกเดียวกัน ในกรณีนี้ ประจุจะกระจายเท่าๆ กันระหว่างลูกบอล ซึ่งจะทำให้ประจุที่อยู่ระหว่างการศึกษาลดลงในอัตราส่วนที่กำหนด

คูลอมบ์หนึ่งอันคือประจุที่ผ่านหน้าตัดของตัวนำที่ความแรงของกระแสหนึ่งแอมแปร์ในหนึ่งวินาที

สนามไฟฟ้า

หลังจากการค้นพบกฎของคูลอมบ์ ทฤษฎีการกระทำระยะไกลจะเข้ามาแทนที่ทฤษฎีการกระทำระยะสั้นโดยสิ้นเชิง และเฉพาะในศตวรรษที่ 19 เท่านั้น ฟาราเดย์รื้อฟื้นทฤษฎีการกระทำระยะสั้น อย่างไรก็ตาม การรับรู้โดยทั่วไปเริ่มในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 19 หลังจากการพิสูจน์ทฤษฎีของแมกซ์เวลล์จากการทดลอง

ตามแนวคิดของฟาราเดย์ ประจุไฟฟ้าไม่ได้กระทำต่อกันโดยตรง แต่ละตัวสร้างสนามไฟฟ้าในพื้นที่โดยรอบ สนามของประจุหนึ่งจะกระทำกับอีกประจุหนึ่ง และในทางกลับกัน เมื่อคุณเคลื่อนออกจากประจุ สนามจะอ่อนลง

ความสำเร็จในทฤษฎีปฏิสัมพันธ์ระยะสั้นเกิดขึ้นหลังจากศึกษาปฏิสัมพันธ์ทางอิเล็กทรอนิกส์ของอนุภาคที่มีประจุเคลื่อนที่ ประการแรก การมีอยู่ของสนามไฟฟ้าที่แปรผันตามเวลาได้รับการพิสูจน์แล้ว และหลังจากนั้นก็มีการสรุปเกี่ยวกับความเป็นจริงของสนามไฟฟ้าของประจุที่อยู่นิ่งเท่านั้น จากแนวคิดของฟาราเดย์ แม็กซ์เวลล์สามารถพิสูจน์ในทางทฤษฎีได้ว่าปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าจะต้องแพร่กระจายในอวกาศด้วยความเร็วจำกัด ซึ่งหมายความว่าหากคุณขยับชาร์จหนึ่งเล็กน้อย แรงที่กระทำต่ออีกชาร์จหนึ่งจะเปลี่ยนไป แต่ไม่ใช่ในทันทีเดียวกัน แต่จะเกิดขึ้นหลังจากผ่านไประยะหนึ่งเท่านั้น

การดำรงอยู่ของกระบวนการบางอย่างในช่องว่างระหว่างวัตถุที่มีปฏิสัมพันธ์ซึ่งถูกหารด้วยเวลาอัน จำกัด เป็นสิ่งสำคัญที่ทำให้ทฤษฎีการกระทำระยะสั้นแตกต่างจากทฤษฎีการกระทำในระยะไกล คุณสมบัติหลักของสนามไฟฟ้าคือการกระทำของประจุไฟฟ้าด้วยแรงบางอย่าง สนามไฟฟ้าของประจุที่อยู่นิ่งเรียกว่าไฟฟ้าสถิต มันไม่เปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา สนามไฟฟ้าสถิตถูกสร้างขึ้นโดยประจุไฟฟ้าเท่านั้น มันมีอยู่ในพื้นที่รอบๆ ประจุเหล่านี้ และเชื่อมโยงกับประจุเหล่านี้อย่างแยกไม่ออก

ตามทฤษฎีปฏิสัมพันธ์ระยะสั้น ปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคที่มีประจุจะดำเนินการผ่านสนามไฟฟ้า

สนามไฟฟ้าเป็นรูปแบบพิเศษของสสารที่มีอยู่โดยไม่คำนึงถึงความคิดของเราเกี่ยวกับเรื่องนี้ ข้อพิสูจน์ความเป็นจริงของสนามไฟฟ้าคือความเร็วจำกัดของการแพร่กระจายของปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้า

ความแรงของสนามไฟฟ้า

สนามไฟฟ้าถูกตรวจจับโดยแรงที่กระทำต่อประจุ หากคุณสลับวางวัตถุที่มีประจุขนาดเล็กไว้ที่จุดเดียวกันในสนามและวัดแรง คุณจะพบว่าแรงที่กระทำต่อประจุจากสนามจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับประจุนี้ อัตราส่วนของแรงที่กระทำต่อประจุที่วาง ณ จุดที่กำหนดในสนามต่อประจุนี้สำหรับแต่ละจุดในสนามไม่ได้ขึ้นอยู่กับประจุและสามารถถือเป็นลักษณะของสนามได้ ลักษณะนี้เรียกว่าความแรงของสนามไฟฟ้า เช่นเดียวกับแรง ความแรงของสนามแม่เหล็กก็เป็นปริมาณเวกเตอร์ ความแรงของสนามไฟฟ้าเท่ากับอัตราส่วนของแรงที่สนามกระทำต่อประจุจุดต่อประจุนี้

เส้นสนามไฟฟ้า

สนามไฟฟ้าไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตามนุษย์ อย่างไรก็ตาม การกระจายตัวของสนามในอวกาศสามารถมองเห็นได้ เส้นต่อเนื่องซึ่งมีเส้นสัมผัสกัน ณ แต่ละจุดที่ผ่านไปนั้นตรงกับเวกเตอร์แรงดึง เส้นเหล่านี้เรียกว่าเส้นสนามไฟฟ้าหรือเส้นแรงตึง สนามไฟฟ้าที่มีความแรงเท่ากันทุกจุดในอวกาศเรียกว่าเนื้อเดียวกัน

3. กฎหมายดีซี

ไฟฟ้า

เมื่ออนุภาคมีประจุเคลื่อนที่ในตัวนำ อนุภาคเหล่านั้นจะถูกถ่ายโอนจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง หากอนุภาคมีประจุเกิดการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนแบบสุ่ม เช่น อิเล็กตรอนอิสระในโลหะ การถ่ายโอนประจุจะไม่เกิดขึ้น ประจุไฟฟ้าจะเคลื่อนที่ผ่านหน้าตัดของตัวนำก็ต่อเมื่อนอกเหนือจากการเคลื่อนที่แบบสุ่มแล้ว อิเล็กตรอนยังมีส่วนร่วมในการเคลื่อนที่ตามลำดับอีกด้วย ในกรณีนี้พวกเขาบอกว่ามีการสร้างกระแสไฟฟ้าในตัวนำ

กระแสไฟฟ้าคือการเคลื่อนที่ตามลำดับของอนุภาคที่มีประจุ กระแสไฟฟ้าเกิดจากการเคลื่อนที่อย่างเป็นระเบียบของอิเล็กตรอนหรือไอออนอิสระ กระแสไฟฟ้ามีทิศทางที่แน่นอน ทิศทางของกระแสถือเป็นทิศทางการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุบวก หากกระแสเกิดขึ้นจากการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุลบ ทิศทางของกระแสจะถือว่าตรงกันข้ามกับทิศทางการเคลื่อนที่ของอนุภาค

กระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นเนื่องจากการกระทำหรือปรากฏการณ์ที่มาพร้อมกับมัน:

ก) ตัวนำที่กระแสความร้อนไหลผ่าน

b) กระแสไฟฟ้าสามารถเปลี่ยนองค์ประกอบทางเคมีของตัวนำได้

c) กระแสแสดงให้เห็นถึงผลกระทบของแรงที่มีต่อกระแสข้างเคียงและวัตถุที่ถูกแม่เหล็ก

ผลกระทบทางแม่เหล็กของกระแสตรงกันข้ามกับสารเคมีและความร้อนเป็นผลกระทบหลัก

หากมีการสร้างกระแสไฟฟ้าในวงจร หมายความว่าประจุไฟฟ้าถูกถ่ายโอนผ่านหน้าตัดของตัวนำอย่างต่อเนื่อง ประจุที่ถ่ายโอนต่อหน่วยเวลาทำหน้าที่เป็นลักษณะเชิงปริมาณหลักของกระแส เรียกว่าความแรงของกระแส

ความแรงของกระแสไฟฟ้าเท่ากับอัตราส่วนของประจุที่ถ่ายโอนผ่านหน้าตัดของตัวนำในช่วงเวลาหนึ่งถึงช่วงเวลานี้ หากความแรงของกระแสไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป กระแสนั้นเรียกว่าคงที่ ความแรงในปัจจุบันเป็นปริมาณสเกลาร์ มันสามารถเป็นได้ทั้งลบและบวก ความแรงของกระแสไฟฟ้าขึ้นอยู่กับประจุที่แต่ละอนุภาคมีความเข้มข้นของอนุภาคความเร็วของการเคลื่อนที่ตามทิศทางและพื้นที่หน้าตัดของตัวนำ ความแรงของกระแสไฟฟ้าแสดงเป็นแอมแปร์ หน่วยนี้ถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานของปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กของกระแส ความแรงของกระแสวัดด้วยแอมป์มิเตอร์ ความเร็วของการเคลื่อนที่ตามลำดับของอิเล็กตรอนต่ำมาก (ประมาณ 0.1 มิลลิเมตร/วินาที) ความแรงของกระแสเป็นลักษณะเชิงปริมาณหลักของกระแสไฟฟ้า

สำหรับการมีอยู่และการเกิดกระแสไฟฟ้าคงที่ในสารจำเป็นต้องมีอนุภาคที่มีประจุอิสระ ในการสร้างและรักษาการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุอย่างเป็นระเบียบ จำเป็นต้องมีแรงที่กระทำกับอนุภาคเหล่านั้นในทิศทางที่แน่นอน โดยทั่วไปแล้ว สนามไฟฟ้าภายในตัวนำจะทำให้เกิดและรักษาการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุตามคำสั่ง หากมีสนามไฟฟ้าอยู่ภายในตัวนำ แสดงว่าปลายตัวนำมีความต่างศักย์ไฟฟ้า เมื่อความต่างศักย์ไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป จะเกิดกระแสไฟฟ้าคงที่ในตัวนำ

กฎของโอห์มสำหรับหน้าตัดวงจร

สำหรับตัวนำแต่ละตัว มีการพึ่งพาความแรงของกระแสที่แน่นอนกับความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ปลายของตัวนำ การพึ่งพาอาศัยกันนี้แสดงโดยลักษณะแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันของตัวนำ

พบได้โดยการวัดกระแสในตัวนำที่ค่าแรงดันไฟฟ้าต่างๆ รูปแบบที่ง่ายที่สุดคือลักษณะเฉพาะของแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันของตัวนำโลหะและสารละลายอิเล็กโทรไลต์ เป็นครั้งแรกที่ Georg Ohm นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันได้กำหนดคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันสำหรับโลหะ

ตามกฎของโอห์ม สำหรับส่วนของวงจร ความแรงของกระแสไฟฟ้าจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ และเป็นสัดส่วนผกผันกับความต้านทานของตัวนำ

ลักษณะทางไฟฟ้าหลักของตัวนำคือความต้านทาน ความแรงของกระแสไฟฟ้าในตัวนำที่แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดขึ้นอยู่กับค่านี้ ความต้านทานของตัวนำคือการวัดความต้านทานของตัวนำต่อการสร้างกระแสไฟฟ้าในนั้น ความต้านทานขึ้นอยู่กับวัสดุของตัวนำและขนาดทางเรขาคณิต ความต้านทานเป็นตัวเลขเท่ากับความต้านทานของตัวนำที่มีรูปร่างคล้ายลูกบาศก์ที่มีขอบยาว 1 เมตร ถ้ากระแสไหลไปตามด้านปกติถึงด้านตรงข้ามของลูกบาศก์ 2 ด้าน หน่วยความต้านทานของตัวนำตามกฎของโอห์มเรียกว่าโอห์ม หน่วยของความต้านทานคือ Ohm * m กฎของโอห์มช่วยให้เราสามารถกำหนดความต้านทานของตัวนำได้

การวัดปัจจุบัน

ในการวัดกระแสในตัวนำ แอมมิเตอร์จะต่ออนุกรมกับตัวนำนี้ หากคุณต่อแอมป์มิเตอร์เข้ากับเต้ารับ จะเกิดไฟฟ้าลัดวงจร

ในการวัดแรงดันไฟฟ้าบนส่วนของวงจรที่มีความต้านทาน จะต้องต่อโวลต์มิเตอร์แบบขนานกับแรงดันไฟฟ้านั้น แรงดันไฟฟ้าที่โวลต์มิเตอร์ตรงกับแรงดันไฟฟ้าที่ส่วนวงจร

ด้วยการเคลื่อนที่ตามลำดับของอนุภาคที่มีประจุในตัวนำ สนามไฟฟ้าจะทำงาน ซึ่งมักเรียกว่าการทำงานของกระแสไฟฟ้า งานที่ทำโดยกระแสไฟฟ้าบนส่วนของวงจรจะเท่ากับผลคูณของกระแส แรงดันไฟฟ้า และเวลาที่งานนั้นทำเสร็จ

อุปกรณ์ไฟฟ้าใดๆ ได้รับการออกแบบมาเพื่อใช้พลังงานจำนวนหนึ่งต่อหน่วยเวลา ดังนั้นควบคู่ไปกับการทำงานของกระแสไฟฟ้า แนวคิดเรื่องพลังงานในปัจจุบันจึงมีความสำคัญมาก

กำลังปัจจุบันเท่ากับอัตราส่วนของงานปัจจุบันในช่วงเวลาหนึ่งต่อช่วงเวลานี้

สนามไฟฟ้าของอนุภาคที่มีประจุไม่สามารถรักษากระแสคงที่ในวงจรได้ แรงใดๆ ที่กระทำต่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า ยกเว้นแรงที่มาจากแหล่งกำเนิดไฟฟ้าสถิต เรียกว่าแรงภายนอก

เมื่อวงจรปิด จะมีการสร้างสนามไฟฟ้าขึ้นในตัวนำทุกตัวของวงจร ภายในแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า ประจุจะเคลื่อนที่ภายใต้อิทธิพลของแรงภายนอกที่กระทำต่อแรงคูลอมบ์ และตลอดส่วนที่เหลือของวงจรประจุจะถูกขับเคลื่อนด้วยสนามไฟฟ้า

การกระทำของแรงภายนอกนั้นมีลักษณะเฉพาะด้วยปริมาณทางกายภาพที่สำคัญที่เรียกว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้า แรงเคลื่อนไฟฟ้าในวงปิดคืออัตราส่วนของงานที่ทำโดยแรงภายนอกเมื่อเคลื่อนที่ประจุไปตามวงต่อประจุ แรงเคลื่อนไฟฟ้าของเซลล์กัลวานิกเป็นงานที่ทำโดยแรงภายนอกเมื่อประจุบวกหนึ่งประจุภายในองค์ประกอบจากขั้วหนึ่งไปยังอีกขั้วหนึ่ง งานของแรงภายนอกไม่สามารถแสดงออกผ่านความต่างศักย์ได้ เนื่องจากแรงภายนอกไม่มีศักย์ และงานของมันขึ้นอยู่กับรูปร่างของวิถี กระแสตรงไม่สามารถมีอยู่ในวงจรปิดได้ เว้นแต่ว่าแรงภายนอกจะกระทำในวงจรปิด

กฎจูล-เลนซ์

กฎหมาย Joule-Lenz เป็นกฎหมายที่กำหนดปริมาณความร้อนที่ตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อม

กฎจูล-เลนซ์มีสูตรดังนี้ ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาจากตัวนำที่มีกระแสไหลผ่านจะเท่ากับผลคูณของกำลังสองของความแรงของกระแส ความต้านทานของตัวนำ และเวลาที่กระแสไหลผ่านตัวนำ

กฎของโอห์มสำหรับวงจรสมบูรณ์

ความต้านทานแหล่งที่มามักเรียกว่าความต้านทานภายในซึ่งตรงกันข้ามกับความต้านทานภายนอกของวงจร กฎของโอห์มสำหรับวงจรปิดเกี่ยวข้องกับกระแสในวงจร แรงเคลื่อนไฟฟ้า และความต้านทานรวมของวงจร ความเชื่อมโยงนี้สามารถสร้างขึ้นได้ในทางทฤษฎีหากเราใช้กฎการอนุรักษ์พลังงานและกฎจูล-เลนซ์ ผลคูณของกระแสและความต้านทานของส่วนของวงจรเรียกว่าแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมส่วนนั้น ดังนั้น EMF จึงเท่ากับผลรวมของแรงดันตกในส่วนภายในและภายนอกของวงจรปิด

ความแรงของกระแสไฟฟ้าในวงจรที่สมบูรณ์จะเท่ากับอัตราส่วนของแรงเคลื่อนไฟฟ้าของวงจรต่อความต้านทานรวม ความแรงของกระแสไฟฟ้าขึ้นอยู่กับปริมาณสามค่า: EMF, ความต้านทานของส่วนภายนอกและภายในของวงจร ความต้านทานภายในของแหล่งกำเนิดกระแสไฟจะไม่มีผลกระทบที่เห็นได้ชัดเจนต่อความแรงของกระแสไฟฟ้าหากมีค่าน้อยเมื่อเทียบกับความต้านทานของส่วนภายนอกของวงจร

บทสรุป

ความต้านทานของตัวนำไฟฟ้าพลศาสตร์

เมื่อพิจารณาทั้งหมดข้างต้นแล้ว เราพบว่ากฎของพลศาสตร์ไฟฟ้าขึ้นอยู่กับแต่ละกฎเป็นหลัก และเพื่อค้นหากฎใหม่ เราจะต้องพิจารณาและตรวจสอบกฎทั้งหมดตั้งแต่ต้นจนจบ เรายังเข้าใจด้วยว่าในยุคของเรา เราไม่สามารถอยู่ได้โดยปราศจากกฎเหล่านี้ทั้งหมด พวกเขาใช้ทุกที่ แต่ละคนมีสนามแม่เหล็กของตัวเอง แต่ยกเว้นนักวิทยาศาสตร์ ไม่มีใครคิดถึงความจริงที่ว่าถ้าทั้งหมดนี้ไม่เกิดขึ้น ผู้คนคงจะหยุดอยู่ที่การพัฒนาขั้นแรก

เป้าหมายที่ตั้งไว้สำหรับงานโดยพิจารณาหนึ่งในสาขาหลักของฟิสิกส์ - ไฟฟ้าพลศาสตร์สามารถกล่าวได้ว่าบรรลุผลและทุกคนที่อ่านจะสามารถเข้าใจความสำคัญและสาระสำคัญของฟิสิกส์โดยทั่วไปและกฎแต่ละข้อหรือ การค้นพบใด ๆ แยกกัน

โพสต์บน Allbest.ru

...

เอกสารที่คล้ายกัน

ประจุไฟฟ้าเบื้องต้น กฎการอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า ความแรงของสนามไฟฟ้า ความแรงของสนามประจุแบบจุด เส้นแรง เส้นแรง. พลังงานปฏิสัมพันธ์ของระบบประจุ การไหลเวียนของความแรงของสนาม

การนำเสนอเพิ่มเมื่อ 10/23/2013


ค่าไฟฟ้า. ปฏิสัมพันธ์ของวัตถุที่มีประจุ กฎของคูลอมบ์ กฎการอนุรักษ์ประจุ สนามไฟฟ้า. ความแรงของสนามไฟฟ้า สนามไฟฟ้าของประจุจุด หลักการซ้อนทับของสนาม การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า สนามแม่เหล็ก.

คู่มือการฝึกอบรม เพิ่มเมื่อ 02/06/2009


แนวคิดเรื่องประจุไฟฟ้าซึ่งเป็นหน่วยวัด กฎการอนุรักษ์ผลรวมพีชคณิตในระบบปิด การกระจายประจุระหว่างร่างกายระหว่างการใช้ไฟฟ้า คุณสมบัติของการโต้ตอบประจุ คุณสมบัติพื้นฐานของสนามไฟฟ้า

การนำเสนอเพิ่มเมื่อ 02/07/2015


แนวคิดพื้นฐานและส่วนพิเศษของพลศาสตร์ไฟฟ้า เงื่อนไขการมีอยู่ของกระแสไฟฟ้า การคำนวณงานและกำลังไฟฟ้า กฎของโอห์มสำหรับกระแสตรงและกระแสสลับ ลักษณะเฉพาะของแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันของโลหะ อิเล็กโทรไลต์ ก๊าซ และไดโอดสุญญากาศ

การนำเสนอเพิ่มเมื่อ 30/11/2556


แนวคิดของวงจรไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้า ค่าการนำไฟฟ้าและความต้านทานไฟฟ้า คืออะไร นิยามของหน่วยประจุไฟฟ้า องค์ประกอบพื้นฐานของวงจร การต่อแบบขนานและแบบอนุกรม เครื่องมือวัดกระแสและแรงดัน

การนำเสนอเพิ่มเมื่อ 22/03/2554


สนามแม่เหล็กไฟฟ้า ระบบสมการเชิงอนุพันธ์ของแมกซ์เวลล์ การกระจายศักย์ไฟฟ้าของสนามไฟฟ้า การกระจายตัวของส่วนประกอบความแรงของสนามไฟฟ้าและศักย์ไฟฟ้า และการพล็อตกราฟสำหรับแต่ละระยะทาง กฎของคูลอมบ์

งานหลักสูตรเพิ่มเมื่อ 05/12/2559


กฎการอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า อันตรกิริยาของประจุไฟฟ้าในสุญญากาศ กฎของคูลอมบ์ การเติมสนามไฟฟ้าสถิต หลักการซ้อนทับ สนามไฟฟ้าสถิตของไดโพล ปฏิกิริยาระหว่างไดโพล ความแรงของสนามไฟฟ้าสถิต

การนำเสนอเพิ่มเมื่อ 13/02/2016


เส้นความแรงของสนามไฟฟ้าสำหรับสนามไฟฟ้าและประจุแบบจุดสม่ำเสมอ การไหลของเวกเตอร์แรงดึง กฎของเกาส์ในรูปแบบอินทิกรัล การประยุกต์ใช้กับสนามที่สร้างขึ้นโดยวัตถุที่มีความสมมาตรทางเรขาคณิต

การนำเสนอเพิ่มเมื่อ 19/03/2013


ประจุไฟฟ้าและกฎการอนุรักษ์ในฟิสิกส์ การหาค่าความแรงของสนามไฟฟ้า พฤติกรรมของตัวนำและไดอิเล็กตริกในสนามไฟฟ้า คุณสมบัติของสนามแม่เหล็ก การเคลื่อนที่ของประจุในนั้น แบบจำลองนิวเคลียร์ของอะตอมและปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้อง

ทดสอบเพิ่มเมื่อ 12/14/2552


การทำงานของแรงสนามไฟฟ้าเมื่อประจุเคลื่อนที่ การไหลเวียนของเวกเตอร์ความแรงของสนามไฟฟ้า ศักย์สนามของประจุแบบจุดและระบบประจุ ความสัมพันธ์ระหว่างความแรงของสนามไฟฟ้าและศักย์ไฟฟ้า พื้นผิวที่มีศักย์เท่ากัน

คำจำกัดความ 1

ไฟฟ้าพลศาสตร์เป็นสาขาฟิสิกส์ขนาดใหญ่และสำคัญที่ศึกษาคุณสมบัติคลาสสิกที่ไม่ใช่ควอนตัมของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและการเคลื่อนที่ของประจุแม่เหล็กที่มีประจุบวกซึ่งมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างกันโดยใช้สนามนี้

รูปที่ 1 สั้น ๆ เกี่ยวกับไฟฟ้าพลศาสตร์ Author24 - แลกเปลี่ยนผลงานนักศึกษาออนไลน์

พลศาสตร์ไฟฟ้าดูเหมือนจะเป็นกลุ่มของสูตรปัญหาต่างๆ มากมาย ตลอดจนวิธีแก้ปัญหาอันชาญฉลาด วิธีการโดยประมาณ และกรณีพิเศษ ซึ่งรวมเป็นหนึ่งเดียวโดยกฎและสมการตั้งต้นทั่วไป อย่างหลังซึ่งประกอบขึ้นเป็นส่วนหลักของพลศาสตร์ไฟฟ้าแบบคลาสสิก มีการนำเสนอโดยละเอียดในสูตรของ Maxwell ปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์ยังคงศึกษาหลักการของสาขานี้ในสาขาฟิสิกส์ โครงกระดูกของโครงสร้าง ความสัมพันธ์กับสาขาวิทยาศาสตร์อื่น ๆ

กฎของคูลอมบ์ในไฟฟ้าพลศาสตร์แสดงไว้ดังนี้: $F= \frac (kq1q2) (r2)$ โดยที่ $k= \frac (9 \cdot 10 (H \cdot m)) (Kl)$ สมการความแรงของสนามไฟฟ้าเขียนได้ดังนี้: $E= \frac (F)(q)$ และฟลักซ์ของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็ก $∆Ф=В∆S \cos (a)$

ในด้านไฟฟ้าพลศาสตร์ ประจุอิสระและระบบประจุซึ่งมีส่วนช่วยในการกระตุ้นสเปกตรัมพลังงานต่อเนื่องนั้นได้รับการศึกษาเป็นหลัก คำอธิบายแบบคลาสสิกของปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าได้รับการสนับสนุนจากความจริงที่ว่ามันมีประสิทธิภาพอยู่แล้วในขีดจำกัดพลังงานต่ำ เมื่อศักยภาพพลังงานของอนุภาคและโฟตอนมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับพลังงานที่เหลือของอิเล็กตรอน

ในสถานการณ์เช่นนี้ มักจะไม่มีการทำลายล้างอนุภาคที่มีประจุ เนื่องจากมีการเปลี่ยนแปลงสถานะของการเคลื่อนที่ที่ไม่เสถียรเพียงเล็กน้อยเท่านั้นอันเป็นผลมาจากการแลกเปลี่ยนโฟตอนพลังงานต่ำจำนวนมาก

หมายเหตุ 1

อย่างไรก็ตาม แม้ว่าอนุภาคในตัวกลางจะมีพลังงานสูง แม้ว่าความผันผวนจะมีบทบาทสำคัญก็ตาม อิเล็กโทรไดนามิกส์ก็สามารถนำมาใช้ในการอธิบายที่ครอบคลุมเกี่ยวกับคุณลักษณะและกระบวนการในระดับมหภาคทางสถิติได้สำเร็จ

สมการพื้นฐานของพลศาสตร์ไฟฟ้า

สูตรหลักที่อธิบายพฤติกรรมของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและปฏิสัมพันธ์โดยตรงกับวัตถุที่มีประจุคือสมการของแมกซ์เวลล์ซึ่งกำหนดการกระทำที่เป็นไปได้ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าอิสระในตัวกลางและสุญญากาศตลอดจนการสร้างสนามทั่วไปตามแหล่งที่มา

ในบรรดาบทบัญญัติทางฟิสิกส์เหล่านี้มีความเป็นไปได้ที่จะเน้น:

• ทฤษฎีบทของเกาส์สำหรับสนามไฟฟ้า - มีวัตถุประสงค์เพื่อกำหนดการสร้างสนามไฟฟ้าสถิตด้วยประจุบวก
• สมมติฐานของเส้นสนามปิด - ส่งเสริมปฏิสัมพันธ์ของกระบวนการภายในสนามแม่เหล็กนั้น
• กฎการเหนี่ยวนำของฟาราเดย์ - กำหนดการสร้างสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กตามคุณสมบัติที่แปรผันของสิ่งแวดล้อม

โดยทั่วไป ทฤษฎีบทแอมแปร์-แมกซ์เวลล์เป็นแนวคิดเฉพาะเกี่ยวกับการไหลเวียนของเส้นในสนามแม่เหล็กด้วยการเติมกระแสการกระจัดอย่างค่อยเป็นค่อยไปที่แนะนำโดยแมกซ์เวลล์เอง ซึ่งกำหนดการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กอย่างแม่นยำโดยการเคลื่อนย้ายประจุและการกระทำสลับของ สนามไฟฟ้า

ประจุและแรงในพลศาสตร์ไฟฟ้า

ในพลศาสตร์ไฟฟ้า ปฏิกิริยาระหว่างแรงและประจุของสนามแม่เหล็กไฟฟ้ามาจากคำจำกัดความร่วมต่อไปนี้ของประจุไฟฟ้า $q$ พลังงาน $E$ และสนามแม่เหล็ก $B$ ซึ่งกำหนดขึ้นเป็นกฎทางกายภาพพื้นฐานโดยอิงจากทั้งหมด ชุดข้อมูลการทดลอง สูตรสำหรับแรงลอเรนซ์ (ภายในอุดมคติของประจุจุดที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่แน่นอน) เขียนไว้ด้วยการแทนที่ความเร็ว $v$

ตัวนำมักจะมีประจุจำนวนมาก ดังนั้นประจุเหล่านี้จึงได้รับการชดเชยค่อนข้างดี: จำนวนประจุบวกและลบจะเท่ากันเสมอ ดังนั้นแรงไฟฟ้าทั้งหมดที่กระทำต่อตัวนำอย่างต่อเนื่องจึงเป็นศูนย์เช่นกัน แรงแม่เหล็กที่ทำงานต่อประจุแต่ละประจุในตัวนำจะไม่ได้รับการชดเชยในท้ายที่สุด เนื่องจากเมื่อมีกระแสไฟฟ้า ความเร็วการเคลื่อนที่ของประจุจะแตกต่างกันเสมอ สมการการกระทำของตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าในสนามแม่เหล็กสามารถเขียนได้ดังนี้: $G = |v ⃗ |s \cos(a) $

หากเราไม่ได้ศึกษาของเหลว แต่ศึกษาการไหลของอนุภาคที่มีประจุอย่างเต็มรูปแบบและเสถียรในฐานะกระแสไฟฟ้า ดังนั้น ศักย์พลังงานทั้งหมดที่ผ่านเป็นเส้นตรงผ่านพื้นที่ในราคา $1s$ จะเป็นความแรงของกระแสเท่ากับ: $I = ρ| \vec (v) |s \cos(a) $ โดยที่ $ρ$ คือความหนาแน่นของประจุ (ต่อหน่วยปริมาตรในการไหลทั้งหมด)

โน้ต 2

หากสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงอย่างเป็นระบบจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งบนไซต์เฉพาะดังนั้นในนิพจน์และสูตรสำหรับการไหลบางส่วนเช่นในกรณีของของเหลวค่าเฉลี่ย $E ⃗ $ และ $B ⃗$ บน จะต้องป้อนไซต์

ตำแหน่งพิเศษของพลศาสตร์ไฟฟ้าในฟิสิกส์

ตำแหน่งที่สำคัญของพลศาสตร์ไฟฟ้าในวิทยาศาสตร์สมัยใหม่สามารถยืนยันได้จากผลงานที่มีชื่อเสียงของ A. Einstein ซึ่งมีการสรุปหลักการและรากฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษอย่างละเอียด งานทางวิทยาศาสตร์ของนักวิทยาศาสตร์ที่โดดเด่นเรียกว่า "เกี่ยวกับไฟฟ้าพลศาสตร์ของวัตถุที่เคลื่อนไหว" และรวมถึงสมการและคำจำกัดความที่สำคัญจำนวนมาก

เนื่องจากเป็นสาขาฟิสิกส์ที่แยกจากกัน ไฟฟ้าพลศาสตร์จึงประกอบด้วยส่วนต่างๆ ดังต่อไปนี้:

• หลักคำสอนด้านวัตถุทางกายภาพและอนุภาคที่อยู่นิ่ง แต่มีประจุไฟฟ้า
• หลักคำสอนเกี่ยวกับคุณสมบัติของกระแสไฟฟ้า
• หลักคำสอนเรื่องอันตรกิริยาของสนามแม่เหล็กและการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า
• การศึกษาคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและการแกว่ง

ส่วนข้างต้นทั้งหมดถูกรวมเป็นหนึ่งเดียวโดยทฤษฎีบทของ D. Maxwell ซึ่งไม่เพียงสร้างและนำเสนอทฤษฎีที่สอดคล้องกันของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังอธิบายคุณสมบัติทั้งหมดของมันด้วยเพื่อพิสูจน์การมีอยู่จริงของมัน ผลงานของนักวิทยาศาสตร์ผู้นี้แสดงให้โลกวิทยาศาสตร์เห็นว่าสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่รู้จักในขณะนั้นเป็นเพียงการรวมตัวกันของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเส้นเดียวที่ทำงานในระบบอ้างอิงที่แตกต่างกัน

ส่วนสำคัญของฟิสิกส์คือการศึกษาเกี่ยวกับพลศาสตร์ไฟฟ้าและปรากฏการณ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า พื้นที่นี้ส่วนใหญ่อ้างสิทธิ์ในสถานะของวิทยาศาสตร์ที่แยกจากกัน เนื่องจากไม่เพียงแต่สำรวจรูปแบบของปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมด แต่ยังอธิบายรายละเอียดเหล่านั้นผ่านสูตรทางคณิตศาสตร์อีกด้วย การวิจัยเชิงลึกและระยะยาวเกี่ยวกับพลศาสตร์ไฟฟ้าได้เปิดแนวทางใหม่ในการใช้ปรากฏการณ์แม่เหล็กไฟฟ้าในทางปฏิบัติ เพื่อประโยชน์ของมวลมนุษยชาติ

ไฟฟ้ากระแส- สาขาวิชาฟิสิกส์ที่ศึกษาสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในกรณีทั่วไปที่สุด (นั่นคือพิจารณาสนามตัวแปรที่ขึ้นกับเวลา) และปฏิสัมพันธ์กับวัตถุที่มีประจุไฟฟ้า (ปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้า) เรื่องของพลศาสตร์ไฟฟ้ารวมถึงการเชื่อมโยงระหว่างปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็ก การแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า (ในสภาวะที่แตกต่างกัน ทั้งอิสระและในกรณีต่าง ๆ ของการโต้ตอบกับสสาร) กระแสไฟฟ้า (โดยทั่วไป ตัวแปร) และปฏิสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กไฟฟ้า (กระแสไฟฟ้า ถือได้เมื่อเปรียบเสมือนการรวมตัวกันของอนุภาคมีประจุที่กำลังเคลื่อนที่) ปฏิสัมพันธ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็กใดๆ ระหว่างวัตถุที่มีประจุถือกันว่าเกิดขึ้นในฟิสิกส์สมัยใหม่ว่าเกิดขึ้นผ่านสนามแม่เหล็กไฟฟ้า และดังนั้นจึงเป็นเรื่องของพลศาสตร์ไฟฟ้าด้วย

บ่อยที่สุด คำว่า อิเล็กโทรไดนามิกส์ ตามค่าเริ่มต้นหมายถึง อิเล็กโทรไดนามิกส์แบบคลาสสิก (ไม่ส่งผลต่อผลกระทบควอนตัม) เพื่อแสดงถึงทฤษฎีควอนตัมสมัยใหม่ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและอันตรกิริยาของสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากับอนุภาคที่มีประจุ จึงมักใช้คำว่าไฟฟ้าไดนามิกส์ควอนตัมที่เสถียร

ส่วนต่างๆ ของพลศาสตร์ไฟฟ้า

แนวคิดพื้นฐานและกฎของไฟฟ้าสถิต

ไฟฟ้าสถิต- ส่วนหนึ่งของการศึกษาเรื่องไฟฟ้าที่ศึกษาปฏิสัมพันธ์ของประจุไฟฟ้าที่อยู่นิ่ง

การผลักกันของไฟฟ้าสถิต (หรือคูลอมบ์) เกิดขึ้นระหว่างวัตถุที่มีประจุใกล้เคียงกัน และแรงดึงดูดของไฟฟ้าสถิตเกิดขึ้นระหว่างวัตถุที่มีประจุตรงข้ามกัน ปรากฏการณ์การผลักกันประจุที่คล้ายคลึงกันทำให้เกิดการสร้างอิเล็กโทรสโคปซึ่งเป็นอุปกรณ์สำหรับตรวจจับประจุไฟฟ้า

กฎของคูลอมบ์:แรงอันตรกิริยาระหว่างประจุจุดที่นิ่งสองประจุในสุญญากาศนั้นเป็นสัดส่วนโดยตรงกับผลคูณของโมดูลประจุและแปรผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างพวกมัน:

ค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วน k ในกฎหมายนี้เท่ากับ:

ใน SI ค่าสัมประสิทธิ์ k เขียนเป็น

โดยที่ ε0 = 8.85·10−12 F/m (ค่าคงที่ทางไฟฟ้า)

ความแรงของสนามไฟฟ้า

ประจุแบบแต้มคือประจุที่มีระยะทางระหว่างกันซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าขนาดมาก

ประจุไฟฟ้าโต้ตอบกันโดยใช้สนามไฟฟ้า ในการอธิบายสนามไฟฟ้าในเชิงคุณภาพ จะใช้ลักษณะเฉพาะของแรง ซึ่งเรียกว่าความแรงของสนามไฟฟ้า ความแรงของสนามไฟฟ้าเท่ากับอัตราส่วนของแรงที่กระทำต่อประจุทดสอบที่วาง ณ จุดใดจุดหนึ่งในสนามต่อขนาดของ ค่าใช้จ่ายนี้:

ทิศทางของเวกเตอร์แรงดันไฟฟ้าเกิดขึ้นพร้อมกับทิศทางของแรงที่กระทำต่อประจุทดสอบเชิงบวก [E] = บี/ม. จากกฎของคูลอมบ์และคำจำกัดความของความแรงของสนาม เป็นไปตามความแรงของสนามของจุดประจุเท่ากับ

โดยที่ q คือประจุที่สร้างสนาม r คือระยะทางจากจุดที่มีประจุถึงจุดที่สร้างสนาม หากสนามไฟฟ้าไม่ได้ถูกสร้างขึ้นโดยหนึ่ง แต่ด้วยประจุหลายประจุจากนั้นเพื่อค้นหาความแรงของสนามผลลัพธ์จะใช้หลักการของการทับซ้อนของสนามไฟฟ้า: ความแรงของสนามผลลัพธ์จะเท่ากับผลรวมเวกเตอร์ของสนาม จุดแข็งที่สร้างขึ้นโดยแต่ละประจุต้นทางแยกกัน:

DIV_ADBLOCK233">

มาดูงานการเคลื่อนย้ายประจุบวกด้วยแรงคูลอมบ์ในสนามไฟฟ้าสม่ำเสมอกัน ปล่อยให้สนามย้ายประจุ q จากจุดที่ 1 ไปยังจุดที่ 2:

https://pandia.ru/text/78/189/images/image005_142.jpg" width="175" height="31 id=">

เป็นไปตามนั้น:

DIV_ADBLOCK234">

กฎของโอห์มสำหรับส่วนของวงจรมีรูปแบบดังนี้

ค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วน R หรือที่เรียกว่าความต้านทานไฟฟ้าเป็นคุณลักษณะของตัวนำ [R] = โอห์ม ความต้านทานของตัวนำขึ้นอยู่กับรูปทรงและคุณสมบัติของวัสดุ

โดยที่ l คือความยาวของตัวนำ ρ คือความต้านทานไฟฟ้า S คือพื้นที่หน้าตัด ρ เป็นคุณลักษณะของวัสดุและสถานะของวัสดุ [ρ] = โอห์ม ม.

ตัวนำสามารถต่อแบบอนุกรมได้ ความต้านทานของการเชื่อมต่อดังกล่าวจะพบเป็นผลรวมของความต้านทาน:

ด้วยการเชื่อมต่อแบบขนาน ส่วนกลับของความต้านทานจะเท่ากับผลรวมของความต้านทานผกผัน:

เพื่อให้กระแสไฟฟ้าไหลในวงจรเป็นเวลานาน วงจรจะต้องมีแหล่งกำเนิดกระแส แหล่งที่มาปัจจุบันมีลักษณะเชิงปริมาณด้วยแรงเคลื่อนไฟฟ้า (EMF) นี่คืออัตราส่วนของงานที่ทำโดยแรงภายนอกเมื่อถ่ายโอนประจุไฟฟ้าผ่านวงจรปิดต่อปริมาณประจุที่ถ่ายโอน:

หากความต้านทานโหลด R เชื่อมต่อกับขั้วของแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้ากระแสจะไหลในวงจรปิดที่เกิดขึ้นซึ่งสามารถคำนวณความแรงได้โดยใช้สูตร:

ความสัมพันธ์นี้เรียกว่ากฎของโอห์มสำหรับวงจรสมบูรณ์

กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวนำทำให้พวกมันร้อนขึ้นโดยทำงาน:

โดยที่ t คือเวลา I คือความแรงในปัจจุบัน U คือความต่างศักย์ q คือประจุที่ส่งผ่าน

แนวคิดพื้นฐานและกฎของสนามแม่เหล็ก

ลักษณะของสนามแม่เหล็กคือการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B เนื่องจากนี่คือเวกเตอร์ จึงควรกำหนดทั้งทิศทางของเวกเตอร์นี้และขนาดของมัน ทิศทางของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กสัมพันธ์กับผลของการวางแนวของสนามแม่เหล็กบนเข็มแม่เหล็ก ทิศทางของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กถือเป็นทิศทางจากขั้วใต้ S ถึงขั้วเหนือ N ของเข็มแม่เหล็ก ซึ่งกำหนดอย่างอิสระในสนามแม่เหล็ก

ทิศทางของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กของตัวนำตรงที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านสามารถกำหนดได้โดยใช้กฎสว่าน: ถ้าทิศทางของการเคลื่อนที่ของการแปลของสว่านนั้นเกิดขึ้นพร้อมกับทิศทางของกระแสในตัวนำ ดังนั้นทิศทางการหมุนของสว่านนั้น ที่จับเกิดขึ้นพร้อมกับทิศทางของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก

ขนาดของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กคืออัตราส่วนของแรงสูงสุดที่กระทำจากสนามแม่เหล็กบนส่วนของตัวนำที่แบกกระแสต่อผลคูณของความแรงของกระแสและความยาวของส่วนนี้:

หน่วยของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กเรียกว่าเทสลา (1 เทสลา)

ฟลักซ์แม่เหล็ก Φ ผ่านพื้นผิวรูปร่างของพื้นที่ S คือปริมาณเท่ากับผลคูณของขนาดของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กโดยพื้นที่ของพื้นผิวนี้และโคไซน์ของมุมระหว่างเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B และค่าปกติถึง พื้นผิว n:

หน่วยของฟลักซ์แม่เหล็กคือเวเบอร์ (1 Wb)

ตัวนำไฟฟ้าที่นำกระแสไฟฟ้าวางอยู่ในสนามแม่เหล็กจะถูกกระทำโดยแรงแอมแปร์

กฎของแอมแปร์:

ส่วนของตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้ามีความแรง I และความยาว l วางอยู่ในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอที่มีการเหนี่ยวนำ B จะถูกกระทำโดยแรงที่มีโมดูลัสเท่ากับผลคูณของโมดูลัสของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กด้วยความแรงของกระแสไฟฟ้า ตามความยาวของส่วนของตัวนำที่อยู่ในสนามแม่เหล็กและโดยไซน์ของมุมระหว่างทิศทางของเวกเตอร์ B และตัวนำที่มีกระแส:

ทิศทางของแรงแอมแปร์ถูกกำหนดโดยใช้กฎมือซ้าย:

ถ้ามือซ้ายอยู่ในตำแหน่งที่ส่วนประกอบของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่ตั้งฉากกับตัวนำเข้าไปในฝ่ามือ และนิ้วที่ยื่นออกมาสี่นิ้วระบุทิศทางของกระแส จากนั้นให้งอนิ้วโป้ง 90° เพื่อแสดงทิศทางของแรงแอมแปร์

ประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กจะได้รับผลกระทบจาก ลอเรนซ์ ฟอร์ซ- โมดูลัสแรงลอเรนซ์เท่ากับผลคูณของโมดูลัสประจุและโมดูลัสเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก และไซน์ของมุมระหว่างเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กและเวกเตอร์ความเร็วของประจุเคลื่อนที่:

DIV_ADBLOCK237">

โดยที่ L คือการเหนี่ยวนำของตัวนำที่สร้างสนาม ฉัน คือกระแสที่ไหลผ่านตัวนำนี้

การสั่นและคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

วงจรออสซิลเลเตอร์คือวงจรไฟฟ้าที่ประกอบด้วยตัวเก็บประจุที่มีความจุ C และขดลวดที่มีความเหนี่ยวนำ L ต่ออนุกรมกัน (ดูรูป)

คำนิยาม

สนามแม่เหล็กไฟฟ้า- นี่คือประเภทของสสารที่ปรากฏในการโต้ตอบของวัตถุที่มีประจุ

ไฟฟ้าพลศาสตร์สำหรับหุ่นจำลอง

สนามแม่เหล็กไฟฟ้ามักแบ่งออกเป็นสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก คุณสมบัติของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและหลักการของการโต้ตอบได้รับการศึกษาโดยสาขาฟิสิกส์พิเศษที่เรียกว่าไฟฟ้าพลศาสตร์ ในอิเล็กโทรไดนามิกส์นั้น มีการแบ่งส่วนต่างๆ ดังต่อไปนี้:

1. ไฟฟ้าสถิต;
2. สนามแม่เหล็ก;
3. พลศาสตร์ไฟฟ้าของความต่อเนื่อง
4. ไฟฟ้าพลศาสตร์เชิงสัมพัทธภาพ

ไฟฟ้าพลศาสตร์เป็นพื้นฐานสำหรับการศึกษาและพัฒนาทัศนศาสตร์ (เป็นสาขาวิทยาศาสตร์) และฟิสิกส์ของคลื่นวิทยุ สาขาวิชาวิทยาศาสตร์นี้เป็นรากฐานสำหรับวิศวกรรมวิทยุและวิศวกรรมไฟฟ้า

พลศาสตร์ไฟฟ้าแบบคลาสสิกในการอธิบายคุณสมบัติของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและหลักการปฏิสัมพันธ์ของพวกมันนั้น ใช้ระบบสมการของแมกซ์เวลล์ (ในรูปแบบอินทิกรัลหรือดิฟเฟอเรนเชียล) เสริมด้วยระบบสมการวัสดุ ขอบเขต และเงื่อนไขเริ่มต้น จากข้อมูลของ Maxwell มีสองกลไกในการเกิดขึ้นของสนามแม่เหล็ก นี่คือการมีอยู่ของกระแสการนำ (ประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่) และสนามไฟฟ้าที่แปรผันตามเวลา (การมีอยู่ของกระแสกระจัด)

สมการของแมกซ์เวลล์

กฎพื้นฐานของอิเล็กโทรไดนามิกส์แบบคลาสสิก (ระบบสมการของแมกซ์เวลล์) เป็นผลมาจากการทำให้ข้อมูลการทดลองมีลักษณะทั่วไป และกลายเป็นแก่นสารของอิเล็กโทรไดนามิกส์ของตัวกลางที่อยู่นิ่ง สมการของแมกซ์เวลล์แบ่งออกเป็นโครงสร้างและวัสดุ สมการโครงสร้างเขียนได้เป็นสองรูปแบบ: รูปแบบอินทิกรัลและดิฟเฟอเรนเชียล มาเขียนสมการของแมกซ์เวลล์ในรูปแบบอนุพันธ์ (ระบบ SI):

เวกเตอร์ความแรงของสนามไฟฟ้าอยู่ที่ไหน - เวกเตอร์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก

เวกเตอร์ความแรงของสนามแม่เหล็กอยู่ที่ไหน - เวกเตอร์การกระจัดของอิเล็กทริก - เวกเตอร์ความหนาแน่นกระแส

ความหนาแน่นของการกระจายประจุไฟฟ้าอยู่ที่ไหน

สมการโครงสร้างของแมกซ์เวลล์ในรูปแบบดิฟเฟอเรนเชียลแสดงลักษณะของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในแต่ละจุดในอวกาศ ถ้าประจุและกระแสมีการกระจายอย่างต่อเนื่องในอวกาศ รูปแบบอินทิกรัลและดิฟเฟอเรนเชียลของสมการของแมกซ์เวลล์จะเท่ากัน อย่างไรก็ตาม หากมีพื้นผิวที่ไม่ต่อเนื่อง รูปแบบอินทิกรัลในการเขียนสมการของแมกซ์เวลล์ก็จะกว้างกว่า (รูปแบบการเขียนสมการของแมกซ์เวลล์แบบอินทิกรัลมีอยู่ในส่วน "ไฟฟ้าพลศาสตร์") เพื่อให้บรรลุความเท่าเทียมกันทางคณิตศาสตร์ของสมการอินทิกรัลและดิฟเฟอเรนเชียลของสมการของแมกซ์เวลล์ สัญกรณ์ดิฟเฟอเรนเชียลจึงถูกเสริมด้วยเงื่อนไขขอบเขต

จากสมการของแมกซ์เวลล์พบว่าสนามแม่เหล็กสลับสร้างสนามไฟฟ้ากระแสสลับ และในทางกลับกัน กล่าวคือ สนามเหล่านี้แยกออกไม่ได้และก่อตัวเป็นสนามแม่เหล็กไฟฟ้าสนามเดียว แหล่งที่มาของสนามไฟฟ้าอาจเป็นได้ทั้งประจุไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็กที่แปรผันตามเวลา สนามแม่เหล็กถูกกระตุ้นโดยการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้า (กระแส) หรือสนามไฟฟ้ากระแสสลับ สมการของแมกซ์เวลล์ไม่สมมาตรเมื่อเทียบกับสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก สิ่งนี้เกิดขึ้นเพราะมีประจุไฟฟ้า แต่ไม่มีประจุแม่เหล็ก

สมการวัสดุ

ระบบสมการโครงสร้างของแมกซ์เวลล์เสริมด้วยสมการวัสดุที่สะท้อนความสัมพันธ์ของเวกเตอร์กับพารามิเตอร์ที่กำหนดคุณลักษณะทางไฟฟ้าและแม่เหล็กของสสาร

โดยที่ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกสัมพัทธ์คือค่าความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กสัมพัทธ์ คือค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะ ค่าคงที่ทางไฟฟ้า คือค่าคงที่แม่เหล็ก สื่อในกรณีนี้ถือเป็นไอโซโทรปิก ไม่ใช่เฟอร์โรแมกเนติก และไม่ใช่เฟอร์โรอิเล็กทริก

ตัวอย่างการแก้ปัญหา

ตัวอย่างที่ 1

ออกกำลังกาย	เขียนระบบสมการโครงสร้างของแมกซ์เวลล์สำหรับสนามนิ่ง
สารละลาย	หากเรากำลังพูดถึงสนามนิ่ง เราหมายถึงว่า: . จากนั้นระบบสมการของแมกซ์เวลล์จะอยู่ในรูปแบบ: แหล่งกำเนิดของสนามไฟฟ้าในกรณีนี้เป็นเพียงประจุไฟฟ้าเท่านั้น แหล่งที่มาของสนามแม่เหล็กคือกระแสการนำ ในกรณีของเรา สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กเป็นอิสระจากกัน ทำให้สามารถศึกษาสนามไฟฟ้าคงที่และสนามแม่เหล็กแยกกันได้

ตัวอย่างที่ 2

ออกกำลังกาย	เขียนฟังก์ชันความหนาแน่นกระแสการกระจัดโดยขึ้นอยู่กับระยะห่างจากแกนโซลินอยด์ () หากสนามแม่เหล็กของโซลินอยด์แปรผันตามกฎหมาย: R คือรัศมีของโซลินอยด์ โซลินอยด์อยู่ตรง พิจารณากรณีที่วาดกราฟ)
สารละลาย	เป็นพื้นฐานในการแก้ปัญหา เราใช้สมการจากระบบสมการของแมกซ์เวลล์ในรูปแบบอินทิกรัล: เรามานิยามอคติปัจจุบันเป็น: มาหาอนุพันธ์บางส่วนโดยใช้การพึ่งพาที่กำหนด B(t):

พื้นฐานของอิเล็กโทรไดนามิกส์ ไฟฟ้าสถิต

พื้นฐานของอิเล็กโทรไดนามิกส์

ไฟฟ้ากระแส- ศาสตร์แห่งคุณสมบัติของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า

สนามแม่เหล็กไฟฟ้า- พิจารณาจากการเคลื่อนที่และปฏิกิริยาของอนุภาคที่มีประจุ

การปรากฏตัวของสนามไฟฟ้า/สนามแม่เหล็ก- นี่คือการกระทำของแรงไฟฟ้า/แม่เหล็ก:
1) แรงเสียดทานและแรงยืดหยุ่นในจักรวาลมหภาค
2) การกระทำของแรงไฟฟ้า/แม่เหล็กในพิภพเล็ก ๆ (โครงสร้างอะตอม การมีเพศสัมพันธ์ของอะตอมเป็นโมเลกุล
การเปลี่ยนแปลงของอนุภาคมูลฐาน)

การค้นพบสนามไฟฟ้า/สนามแม่เหล็ก- เจ. แม็กซ์เวลล์.

ไฟฟ้าสถิต

สาขาไฟฟ้าพลศาสตร์ศึกษาวัตถุที่มีประจุไฟฟ้าขณะอยู่นิ่ง

อนุภาคมูลฐานอาจมีอีเมล์ ประจุแล้วจึงเรียกว่าประจุ
- มีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันด้วยแรงที่ขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างอนุภาค
แต่เกินกว่าแรงโน้มถ่วงซึ่งกันและกันหลายเท่า (เรียกว่าปฏิกิริยานี้
แม่เหล็กไฟฟ้า)

อีเมล ค่าใช้จ่าย- ทางกายภาพ ค่าจะกำหนดความเข้มของการโต้ตอบทางไฟฟ้า/แม่เหล็ก
ประจุไฟฟ้ามี 2 สัญญาณ คือ บวกและลบ
อนุภาคที่มีประจุเหมือนกันจะผลักกัน และอนุภาคที่มีประจุต่างกันจะดึงดูดกัน
โปรตอนมีประจุบวก อิเล็กตรอนมีประจุลบ และนิวตรอนมีความเป็นกลางทางไฟฟ้า

ค่าใช้จ่ายเบื้องต้น- ค่าธรรมเนียมขั้นต่ำที่ไม่สามารถแบ่งได้
เราจะอธิบายการมีอยู่ของแรงแม่เหล็กไฟฟ้าในธรรมชาติได้อย่างไร?
- วัตถุทั้งหมดมีอนุภาคที่มีประจุ
ในสภาวะปกติของร่างกายเอล. เป็นกลาง (เนื่องจากอะตอมเป็นกลาง) และไฟฟ้า/แม่เหล็ก อำนาจก็ไม่ปรากฏให้เห็น

ร่างกายถูกชาร์จถ้ามีประจุเกินป้ายใด ๆ
มีประจุลบ - หากมีอิเล็กตรอนมากเกินไป
มีประจุบวก - หากขาดอิเล็กตรอน

การใช้พลังงานไฟฟ้าของร่างกาย- นี่เป็นวิธีหนึ่งในการรับวัตถุที่มีประจุเช่นโดยการติดต่อ)
ในกรณีนี้ วัตถุทั้งสองมีประจุ และประจุอยู่ตรงข้ามกันในเครื่องหมาย แต่มีขนาดเท่ากัน

กฎการอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า

ในระบบปิด ผลรวมพีชคณิตของประจุของอนุภาคทั้งหมดยังคงไม่เปลี่ยนแปลง
(... แต่ไม่ใช่จำนวนอนุภาคที่มีประจุ เนื่องจากมีการเปลี่ยนแปลงของอนุภาคมูลฐาน)

ระบบปิด

ระบบอนุภาคที่อนุภาคมีประจุไม่เข้าไปจากภายนอกและไม่ออกไป

กฎของคูลอมบ์

กฎพื้นฐานของไฟฟ้าสถิต

แรงอันตรกิริยาระหว่างวัตถุที่มีประจุคงที่สองจุดในสุญญากาศนั้นเป็นสัดส่วนโดยตรง
ผลคูณของโมดูลประจุและเป็นสัดส่วนผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างพวกมัน

เมื่อไร เนื้อความถือเป็นเนื้อจุด- - หากระยะห่างระหว่างพวกเขามากกว่าขนาดของร่างกายหลายเท่า
หากวัตถุทั้งสองมีประจุไฟฟ้า วัตถุทั้งสองจะมีปฏิกิริยาโต้ตอบกันตามกฎของคูลอมบ์

หน่วยประจุไฟฟ้า
1 C คือประจุที่ไหลผ่านหน้าตัดของตัวนำใน 1 วินาทีที่กระแส 1 A
1 C เป็นประจุที่มีขนาดใหญ่มาก
ประจุธาตุ:

สนามไฟฟ้า

มีประจุไฟฟ้าอยู่รอบๆ อย่างเป็นรูปธรรม
คุณสมบัติหลักของสนามไฟฟ้า: การกระทำที่มีแรงต่อประจุไฟฟ้าที่เข้าสู่สนามไฟฟ้า

สนามไฟฟ้าสถิต- สนามของประจุไฟฟ้าที่อยู่นิ่งไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลา

ความแรงของสนามไฟฟ้า- ลักษณะเชิงปริมาณของเอล สาขา
คืออัตราส่วนของแรงที่สนามกระทำต่อประจุจุดที่แนะนำต่อขนาดของประจุนี้
- ไม่ขึ้นอยู่กับขนาดของประจุที่แนะนำ แต่เป็นลักษณะของสนามไฟฟ้า!

ทิศทางเวกเตอร์แรงดึง
เกิดขึ้นพร้อมกับทิศทางของเวกเตอร์แรงที่กระทำต่อประจุบวก และตรงข้ามกับทิศทางของแรงที่กระทำต่อประจุลบ

ความแรงของสนามประจุแบบจุด:

โดยที่ q0 คือประจุที่สร้างสนามไฟฟ้า
ณ จุดใดก็ตามในสนาม ความเข้มจะมุ่งไปตามเส้นตรงที่เชื่อมจุดนี้กับ q0 เสมอ

ความจุไฟฟ้า

แสดงถึงความสามารถของตัวนำสองตัวในการสะสมประจุไฟฟ้า
- ไม่ขึ้นอยู่กับ q และ U
- ขึ้นอยู่กับขนาดทางเรขาคณิตของตัวนำ รูปร่าง ตำแหน่งสัมพัทธ์ และคุณสมบัติทางไฟฟ้าของตัวกลางระหว่างตัวนำ

หน่วย SI: (F - ฟารัด)

ตัวเก็บประจุ

อุปกรณ์ไฟฟ้าที่เก็บประจุ
(ตัวนำสองตัวคั่นด้วยชั้นอิเล็กทริก)

โดยที่ d เล็กกว่าขนาดของตัวนำมาก

การกำหนดบนไดอะแกรมไฟฟ้า:

สนามไฟฟ้าทั้งหมดกระจุกตัวอยู่ภายในตัวเก็บประจุ
ประจุของตัวเก็บประจุคือค่าสัมบูรณ์ของประจุบนแผ่นตัวเก็บประจุแผ่นใดแผ่นหนึ่ง

ประเภทของตัวเก็บประจุ:
1. ตามประเภทของอิเล็กทริก: อากาศ, ไมกา, เซรามิก, อิเล็กโทรไลต์
2.ตามรูปร่างของแผ่น: แบน, ทรงกลม.
3. ตามความจุ: คงที่, ตัวแปร (ปรับได้)

ความจุไฟฟ้าของตัวเก็บประจุแบบแบน

โดยที่ S คือพื้นที่ของแผ่น (การชุบ) ของตัวเก็บประจุ
d - ระยะห่างระหว่างแผ่นเปลือกโลก
eo - ค่าคงที่ทางไฟฟ้า
e - ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของอิเล็กทริก

รวมถึงตัวเก็บประจุในวงจรไฟฟ้า

ขนาน

ตามลำดับ

ดังนั้นความจุไฟฟ้าทั้งหมด (C):

เมื่อเชื่อมต่อแบบขนาน

.

เมื่อเชื่อมต่อแบบอนุกรม

ดีซี เอคอนส์

ไฟฟ้า- สั่งการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุ (อิเล็กตรอนหรือไอออนอิสระ)
ในกรณีนี้ไฟฟ้าจะถูกถ่ายโอนผ่านหน้าตัดของตัวนำ ประจุ (ในระหว่างการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของอนุภาคที่มีประจุ ประจุไฟฟ้าที่ถูกถ่ายโอนทั้งหมด = 0 เนื่องจากประจุบวกและลบได้รับการชดเชย)

ทิศทางอีเมล์ ปัจจุบัน- เป็นที่ยอมรับตามอัตภาพในการพิจารณาทิศทางการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุบวก (จาก + ถึง -)

การดำเนินการทางอีเมล กระแสไฟ (ในตัวนำ):

ผลกระทบทางความร้อนของกระแส- การทำความร้อนตัวนำ (ยกเว้นตัวนำยิ่งยวด)

ผลกระทบทางเคมีของกระแส -ปรากฏเฉพาะในอิเล็กโทรไลต์เท่านั้น สารที่ประกอบเป็น อิเล็กโทรไลต์จะถูกปล่อยออกมาบนอิเล็กโทรด

ผลของสนามแม่เหล็ก(หลัก) - สังเกตได้ในตัวนำทั้งหมด (การโก่งตัวของเข็มแม่เหล็กใกล้กับตัวนำที่มีกระแสและผลกระทบของแรงของกระแสบนตัวนำข้างเคียงผ่านสนามแม่เหล็ก)

กฎของโอห์มสำหรับส่วนวงจร

โดยที่ , R คือความต้านทานของส่วนวงจร (ตัวนำเองก็ถือได้ว่าเป็นส่วนหนึ่งของวงจรด้วย)

ตัวนำแต่ละตัวมีลักษณะเฉพาะของแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบัน

ความต้านทาน

ลักษณะทางไฟฟ้าพื้นฐานของตัวนำ
- ตามกฎของโอห์ม ค่านี้เป็นค่าคงที่สำหรับตัวนำที่กำหนด

1 โอห์มคือความต้านทานของตัวนำที่มีความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ปลาย
ที่ 1 V และความแรงของกระแสในนั้นคือ 1 A

ความต้านทานขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของตัวนำเท่านั้น:

โดยที่ S คือพื้นที่หน้าตัดของตัวนำ l คือความยาวของตัวนำ
ro - ความต้านทานที่แสดงคุณสมบัติของสารตัวนำ

วงจรไฟฟ้า

ประกอบด้วยแหล่งกำเนิด ผู้ใช้กระแสไฟฟ้า สายไฟ และสวิตช์

การเชื่อมต่อแบบอนุกรมของตัวนำ

ผม - ความแรงของกระแสในวงจร
U - แรงดันไฟฟ้าที่ปลายส่วนวงจร

การเชื่อมต่อแบบขนานของตัวนำ

I - ความแรงของกระแสในส่วนที่ไม่แยกส่วนของวงจร
U - แรงดันไฟฟ้าที่ปลายส่วนวงจร
R - ความต้านทานรวมของส่วนวงจร

จำไว้ว่าเครื่องมือวัดเชื่อมโยงกันอย่างไร:

แอมมิเตอร์ - เชื่อมต่อแบบอนุกรมกับตัวนำที่ใช้วัดกระแส

โวลต์มิเตอร์ - เชื่อมต่อขนานกับตัวนำที่ใช้วัดแรงดันไฟฟ้า

การดำเนินงานดีซี

งานปัจจุบัน- นี่คืองานของสนามไฟฟ้าในการถ่ายโอนประจุไฟฟ้าไปตามตัวนำ

งานที่ทำโดยกระแสไฟฟ้าบนส่วนของวงจรจะเท่ากับผลคูณของกระแส แรงดันไฟฟ้า และเวลาในระหว่างที่ทำงาน

เมื่อใช้สูตรกฎของโอห์มสำหรับส่วนของวงจร คุณสามารถเขียนสูตรหลายเวอร์ชันสำหรับคำนวณการทำงานของกระแสได้:

ตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน:

งานเท่ากับการเปลี่ยนแปลงพลังงานของส่วนของวงจร ดังนั้นพลังงานที่ปล่อยออกมาจากตัวนำจึงเท่ากับงานของกระแสไฟฟ้า

ในระบบเอสไอ:

กฎหมายจูล-เลนซ์

เมื่อกระแสไหลผ่านตัวนำ ตัวนำจะร้อนขึ้นและเกิดการแลกเปลี่ยนความร้อนกับสิ่งแวดล้อม เช่น ตัวนำจะปล่อยความร้อนไปยังวัตถุที่อยู่รอบๆ

ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาโดยตัวนำที่นำกระแสเข้าสู่สิ่งแวดล้อมจะเท่ากับผลคูณของกำลังสองของความแรงของกระแส ความต้านทานของตัวนำ และเวลาที่กระแสไหลผ่านตัวนำ

ตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาจากตัวนำจะมีค่าเท่ากับงานที่ทำโดยกระแสที่ไหลผ่านตัวนำในเวลาเดียวกัน

ในระบบเอสไอ:

[Q] = 1 เจ

ดีซีพาวเวอร์

อัตราส่วนของงานที่ทำโดยกระแสไฟฟ้าในช่วงเวลา t ต่อช่วงเวลานี้

ในระบบเอสไอ:

ปรากฏการณ์ของตัวนำยิ่งยวด

การค้นพบความเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิต่ำ:
พ.ศ. 2454 - นักวิทยาศาสตร์ชาวดัตช์ Kamerling - Onnes
สังเกตได้ที่อุณหภูมิต่ำมาก (ต่ำกว่า 25 เคลวิน) ในโลหะและโลหะผสมหลายชนิด
ที่อุณหภูมิดังกล่าว ความต้านทานของสารเหล่านี้จะมีน้อยมาก

ในปี 1957 มีการให้คำอธิบายทางทฤษฎีเกี่ยวกับปรากฏการณ์ของตัวนำยิ่งยวด:
คูเปอร์ (สหรัฐอเมริกา), โบโกลิโบฟ (สหภาพโซเวียต)

2500 การทดลองของคอลลินส์: กระแสในวงจรปิดโดยไม่มีแหล่งกำเนิดกระแสไม่หยุดเป็นเวลา 2.5 ปี

ในปี 1986 มีการค้นพบตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง (ที่ 100 K) (สำหรับโลหะเซรามิก)

ความยากในการบรรลุความเป็นตัวนำยิ่งยวด:
- ความจำเป็นในการระบายความร้อนอย่างแรงของสาร

พื้นที่ใช้งาน:
- การได้รับสนามแม่เหล็กแรงสูง
- แม่เหล็กไฟฟ้ากำลังสูงพร้อมขดลวดตัวนำยิ่งยวดในเครื่องเร่งความเร็วและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

ปัจจุบันในภาคพลังงานก็มี ปัญหาใหญ่
- การสูญเสียไฟฟ้าจำนวนมากระหว่างการส่งเธอด้วยสาย

แนวทางแก้ไขที่เป็นไปได้ปัญหา:
ที่มีค่าการนำไฟฟ้ายิ่งยวดความต้านทานของตัวนำจะอยู่ที่ประมาณ 0
และการสูญเสียพลังงานลดลงอย่างมาก

สารที่มีอุณหภูมิตัวนำยิ่งยวดสูงสุด
ในปี 1988 ในสหรัฐอเมริกา ที่อุณหภูมิ –148°C เกิดปรากฏการณ์ตัวนำยิ่งยวด ตัวนำเป็นส่วนผสมของแทลเลียม แคลเซียม แบเรียม และคอปเปอร์ออกไซด์ - Tl2Ca2Ba2Cu3Ox

เซมิคอนดักเตอร์ -

สารที่มีความต้านทานสามารถเปลี่ยนแปลงได้ในช่วงกว้างและลดลงอย่างรวดเร็วเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ซึ่งหมายความว่าค่าการนำไฟฟ้า (1/R) เพิ่มขึ้น
- พบได้ในซิลิคอน เจอร์เมเนียม ซีลีเนียม และสารประกอบบางชนิด

กลไกการนำในสารกึ่งตัวนำ

ผลึกเซมิคอนดักเตอร์มีตาข่ายคริสตัลอะตอมที่อิเล็กตรอนชั้นนอกถูกพันธะกับอะตอมข้างเคียงด้วยพันธะโควาเลนต์
ที่อุณหภูมิต่ำ เซมิคอนดักเตอร์บริสุทธิ์จะไม่มีอิเล็กตรอนอิสระและมีพฤติกรรมเหมือนฉนวน

กระแสไฟฟ้าในสุญญากาศ

สุญญากาศคืออะไร?
- นี่คือระดับของการทำให้บริสุทธิ์ของก๊าซซึ่งไม่มีการชนกันของโมเลกุล

กระแสไฟฟ้าไม่สามารถทำได้เพราะว่า จำนวนโมเลกุลไอออไนซ์ที่เป็นไปได้ไม่สามารถให้การนำไฟฟ้าได้
- เป็นไปได้ที่จะสร้างกระแสไฟฟ้าในสุญญากาศหากคุณใช้แหล่งกำเนิดของอนุภาคที่มีประจุ
- การกระทำของแหล่งกำเนิดของอนุภาคที่มีประจุอาจขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์การปล่อยความร้อน

การปล่อยความร้อน

- นี่คือการปล่อยอิเล็กตรอนโดยวัตถุที่เป็นของแข็งหรือของเหลวเมื่อถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่สอดคล้องกับการเรืองแสงของโลหะร้อนที่มองเห็นได้
อิเล็กโทรดโลหะที่ให้ความร้อนจะปล่อยอิเล็กตรอนอย่างต่อเนื่อง ก่อตัวเป็นเมฆอิเล็กตรอนรอบๆ ตัวมันเอง
ในสภาวะสมดุล จำนวนอิเล็กตรอนที่ออกจากอิเล็กโทรดจะเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนที่กลับมา (เนื่องจากอิเล็กโทรดจะมีประจุบวกเมื่อสูญเสียอิเล็กตรอน)
ยิ่งอุณหภูมิของโลหะสูง ความหนาแน่นของเมฆอิเล็กตรอนก็จะยิ่งสูงขึ้นตามไปด้วย

ไดโอดสุญญากาศ

กระแสไฟฟ้าในสุญญากาศสามารถทำได้ในหลอดสุญญากาศ
หลอดสุญญากาศเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ปรากฏการณ์การปล่อยความร้อน

ไดโอดสุญญากาศคือหลอดอิเล็กตรอนสองขั้ว (A - แอโนดและ K - แคโทด)
ภายในภาชนะแก้วจะมีแรงดันต่ำมาก

H - ฟิลาเมนต์ที่อยู่ภายในแคโทดเพื่อให้ความร้อน พื้นผิวของแคโทดที่ได้รับความร้อนจะปล่อยอิเล็กตรอนออกมา หากขั้วบวกเชื่อมต่อกับ + ของแหล่งกำเนิดปัจจุบัน และขั้วแคโทดเชื่อมต่อกับ - แสดงว่าวงจรจะไหล
กระแสความร้อนคงที่ ไดโอดสุญญากาศมีค่าการนำไฟฟ้าทางเดียว
เหล่านั้น. กระแสไฟฟ้าในขั้วบวกเป็นไปได้หากศักยภาพของขั้วบวกสูงกว่าศักยภาพของขั้วลบ ในกรณีนี้ อิเล็กตรอนจากเมฆอิเล็กตรอนถูกดึงดูดไปยังขั้วบวก ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าในสุญญากาศ

ลักษณะแรงดันกระแสของไดโอดสุญญากาศ

ที่แรงดันแอโนดต่ำ อิเล็กตรอนบางตัวที่ปล่อยออกมาจากแคโทดอาจไม่ถึงขั้วแอโนด และกระแสไฟฟ้าก็มีน้อย ที่แรงดันไฟฟ้าสูง กระแสจะถึงความอิ่มตัว เช่น ค่าสูงสุด
ไดโอดสุญญากาศใช้เพื่อแก้ไขกระแสสลับ

กระแสที่อินพุตของวงจรเรียงกระแสไดโอด:

กระแสไฟขาออกของวงจรเรียงกระแส:

คานอิเล็กตรอน

นี่คือกระแสของอิเล็กตรอนที่บินอย่างรวดเร็วในหลอดสุญญากาศและอุปกรณ์ปล่อยก๊าซ

คุณสมบัติของลำอิเล็กตรอน:

เบี่ยงเบนไปในสนามไฟฟ้า
- เบี่ยงเบนไปในสนามแม่เหล็กภายใต้อิทธิพลของแรงลอเรนซ์
- เมื่อลำแสงกระทบกับสารถูกชะลอความเร็ว รังสีเอกซ์จะปรากฏขึ้น
- ทำให้เกิดการเรืองแสง (เรืองแสง) ของของแข็งและของเหลวบางชนิด (luminophores)
- ให้ความร้อนกับสารโดยการสัมผัส

หลอดรังสีแคโทด (CRT)

มีการใช้ปรากฏการณ์การปล่อยความร้อนและคุณสมบัติของลำอิเล็กตรอน

CRT ประกอบด้วยปืนอิเล็กตรอน ตัวเบี่ยงแนวนอนและแนวตั้ง
แผ่นอิเล็กโทรดและหน้าจอ
ในปืนอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากแคโทดที่ให้ความร้อนจะผ่านอิเล็กโทรดกริดควบคุม และถูกเร่งด้วยแอโนด ปืนอิเล็กตรอนจะโฟกัสลำอิเล็กตรอนไปที่จุดหนึ่งและเปลี่ยนความสว่างของแสงบนหน้าจอ การหักเหของแผ่นแนวนอนและแนวตั้งทำให้คุณสามารถเลื่อนลำอิเล็กตรอนบนหน้าจอไปยังจุดใดก็ได้บนหน้าจอ ตะแกรงหลอดเคลือบด้วยสารเรืองแสงที่เริ่มเรืองแสงเมื่อถูกโจมตีด้วยอิเล็กตรอน

หลอดมีสองประเภท:

1) ด้วยการควบคุมไฟฟ้าสถิตของลำแสงอิเล็กตรอน (การโก่งตัวของลำแสงไฟฟ้าโดยสนามไฟฟ้าเท่านั้น)
2) ด้วยการควบคุมแม่เหล็กไฟฟ้า (เพิ่มขดลวดโก่งแม่เหล็ก)

การใช้งานหลักของ CRT:

หลอดภาพในอุปกรณ์โทรทัศน์
จอแสดงผลคอมพิวเตอร์
ออสซิลโลสโคปอิเล็กทรอนิกส์ในเทคโนโลยีการวัด

กระแสไฟฟ้าในก๊าซ

ภายใต้สภาวะปกติ ก๊าซจะเป็นอิเล็กทริก เช่น ประกอบด้วยอะตอมและโมเลกุลที่เป็นกลางและไม่มีพาหะของกระแสไฟฟ้าอิสระ
ก๊าซตัวนำเป็นก๊าซไอออไนซ์ ก๊าซไอออไนซ์มีค่าการนำไฟฟ้าของอิเล็กตรอนไอออน

อากาศเป็นอิเล็กทริกในสายไฟ ตัวเก็บประจุอากาศ และสวิตช์หน้าสัมผัส

อากาศเป็นตัวนำเมื่อเกิดฟ้าผ่า เกิดประกายไฟ หรือเมื่อเกิดส่วนเชื่อม

แก๊สไอออไนเซชัน

เป็นการสลายอะตอมหรือโมเลกุลที่เป็นกลางให้เป็นไอออนบวกและอิเล็กตรอนโดยการเอาอิเล็กตรอนออกจากอะตอม ไอออนไนซ์เกิดขึ้นเมื่อก๊าซได้รับความร้อนหรือสัมผัสกับรังสี (UV, รังสีเอกซ์, กัมมันตภาพรังสี) และอธิบายได้จากการสลายตัวของอะตอมและโมเลกุลระหว่างการชนด้วยความเร็วสูง

การปล่อยก๊าซ

นี่คือกระแสไฟฟ้าในก๊าซไอออไนซ์
ตัวพาประจุคือไอออนบวกและอิเล็กตรอน การปล่อยก๊าซจะสังเกตได้ในท่อปล่อยก๊าซ (หลอดไฟ) เมื่อสัมผัสกับสนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็ก

การรวมตัวกันใหม่ของอนุภาคที่มีประจุ

- ก๊าซสิ้นสุดการเป็นตัวนำหากไอออไนเซชันหยุด สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการรวมตัวกันใหม่ (การรวมตัวใหม่ของอนุภาคที่มีประจุตรงข้ามกัน)

มีการปล่อยก๊าซแบบพึ่งตนเองและไม่ยั่งยืน

การปล่อยก๊าซที่ไม่ยั่งยืน

หากการทำงานของเครื่องสร้างประจุไอออนหยุด การคายประจุจะหยุดลงด้วย

เมื่อการคายประจุถึงความอิ่มตัว กราฟจะกลายเป็นแนวนอน ในที่นี้ ค่าการนำไฟฟ้าของก๊าซมีสาเหตุมาจากการกระทำของไอออไนเซอร์เท่านั้น

การปล่อยก๊าซอย่างยั่งยืนด้วยตนเอง

ในกรณีนี้ การปล่อยก๊าซจะดำเนินต่อไปแม้หลังจากการสิ้นสุดของไอออไนเซอร์ภายนอกเนื่องจากไอออนและอิเล็กตรอนที่เป็นผลมาจากการกระแทกของไอออนไนซ์ (= ไอออนไนซ์ของไฟฟ้าช็อต) เกิดขึ้นเมื่อความต่างศักย์ระหว่างอิเล็กโทรดเพิ่มขึ้น (เกิดหิมะถล่มของอิเล็กตรอน)
การปล่อยก๊าซที่ไม่ยั่งยืนในตัวเองสามารถเปลี่ยนเป็นการปล่อยก๊าซอย่างยั่งยืนในตัวเองเมื่อ Ua = Uignition

การพังทลายของแก๊สด้วยไฟฟ้า

กระบวนการเปลี่ยนการปล่อยก๊าซที่ไม่พึ่งพาตนเองไปสู่การปล่อยก๊าซที่พึ่งพาตนเองได้

การปล่อยก๊าซอย่างยั่งยืนในตัวเองเกิดขึ้น 4 ประเภท:

1. การคุกรุ่น - ที่ความดันต่ำ (สูงถึงหลายมม. ปรอท) - สังเกตได้ในหลอดแก๊สและเลเซอร์แก๊ส
2. ประกายไฟ - ที่ความดันปกติและความแรงของสนามไฟฟ้าสูง (ฟ้าผ่า - ความแรงของกระแสสูงถึงหลายแสนแอมแปร์)
3. โคโรนา - ที่ความดันปกติในสนามไฟฟ้าที่ไม่สม่ำเสมอ (ที่ส่วนปลาย)
4. ส่วนโค้ง - ความหนาแน่นกระแสสูง, แรงดันไฟฟ้าต่ำระหว่างอิเล็กโทรด (อุณหภูมิของก๊าซในช่องอาร์ค -5,000-6,000 องศาเซลเซียส) สังเกตได้จากสปอตไลท์และอุปกรณ์ฉายภาพยนตร์

สังเกตการปล่อยเหล่านี้:

ระอุ - ในหลอดฟลูออเรสเซนต์
ประกายไฟ - สายฟ้า;
โคโรนา - ในเครื่องตกตะกอนไฟฟ้าระหว่างการรั่วไหลของพลังงาน
ส่วนโค้ง - ระหว่างการเชื่อมในหลอดปรอท

พลาสมา

นี่เป็นสถานะที่สี่ของการรวมตัวของสารที่มีระดับไอออไนซ์สูงเนื่องจากการชนกันของโมเลกุลด้วยความเร็วสูงที่อุณหภูมิสูง พบในธรรมชาติ: ไอโอโนสเฟียร์ - พลาสมาแตกตัวเป็นไอออนอ่อน, ดวงอาทิตย์ - พลาสมาแตกตัวเป็นไอออนเต็มที่; พลาสมาประดิษฐ์ - ในหลอดปล่อยก๊าซ

พลาสมาสามารถ:

อุณหภูมิต่ำ - ที่อุณหภูมิน้อยกว่า 100,000K;
อุณหภูมิสูง - ที่อุณหภูมิสูงกว่า 100,000K

คุณสมบัติพื้นฐานของพลาสมา:

การนำไฟฟ้าสูง
- ปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงกับสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กภายนอก

ที่อุณหภูมิ

สารใดๆ ก็ตามมีสถานะพลาสมา

สิ่งที่น่าสนใจคือ 99% ของสสารในจักรวาลเป็นพลาสมา

คำถามทดสอบสำหรับการทดสอบ