Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.

Розміщено на http://www.allbest.ru/

П'ятигорська філія ГБОЛ ВПО ВолгДМУ МОЗ РФ

Реферат на темуу:

«Електродинаміка»

Виконала:

Студентка 211 групи

Моніна Марина

1. Історія електродинаміки

2. Електростатика

3. Закони постійного струму

1. Історія електродинаміки

Електродинаміка - це наука про властивості та закономірності поведінки особливого виду матерії - електромагнітного поля, що здійснює взаємодію між електрично зарядженими тілами та частинками.

В електродинаміці існує чотири типи взаємодії:

Гравітаційне

Електромагнітне

Слабке (взаємодія між елементарними частинками)

Електромагнітне взаємодія найголовніше землі.

Електродинаміка бере свій початок у Стародавній Греції. У перекладі слово електрон – бурштин. Крім бурштину притягуються також багато інших тіла. До наелектризованих тіл притягуються як легкі, і важкі предмети. В 1729 Грей виявив передачу зарядів на відстані. Шарль Дюфре виявляє два роди зарядів: скляне та смоляне. Скляне видається як позитивний, а смоляне - як негативний заряд. Надалі Джеймс Клерк Максвелл завершує створення теорії електродинаміки, але використання електродинаміки починається лише у другій половині ХІХ століття. Максвелл звернув увагу на недоліки класичної електродинаміки. Невідповідність закону збереження заряду була достатнім аргументом для того, щоб засумніватися в її істинності, оскільки закони збереження мають досить загальний характер.

Математичними наслідками із видозміненої системи рівнянь Максвелла було твердження про збереження енергії в електромагнітних процесах та теоретичний висновок про можливість незалежного від зарядів та струмів існування поля у вигляді електромагнітних хвиль у порожньому просторі. Це останнє передбачення знайшло блискуче експериментальне підтвердження у знаменитих дослідах Герца та Попова, які поклали основу сучасного радіозв'язку. Розрахована із системи швидкість поширення електромагнітних хвиль виявилася рівною експериментально виміряної швидкості поширення світла у вакуумі, що означало об'єднання практично раніше незалежних розділів фізики електромагнетизму та оптики в одну закінчену теорію.

Найважливішим кроком уперед у розвитку вчення про електричні та магнітні явища був винахід першого джерела постійного струму - гальванічного елемента. Історія цього винаходу починається з робіт італійського лікаря Луїджі Гальвані, що належать до кінця XVIII ст. Гальвані цікавився фізіологічною дією електричного розряду. Починаючи з 80-х років. XVIII ст., він зробив ряд дослідів для з'ясування впливу електричного розряду на м'язи препарованої жаби. Одного разу він виявив, що при проскакуванні іскри в електричній машині або при розряді лейденської банки м'язи жаби скорочувалися, якщо до них у цей час торкалися металевим скальпелем.

3ацікавившись ефектом, що спостерігається, Гальвані вирішив перевірити, чи не надаватиме така ж дія на лапки жаби атмосферну електрику. Дійсно, з'єднавши один кінець нерва лапки жаби провідником із ізольованим жердиною, виставленим на даху, а інший кінець нерва із землею, він помітив, що під час грози час від часу відбувалося скорочення м'язів жаби.

Потім Гальвані підвісив препарованих жаб за мідні гаки, зачеплені за їхній спинний мозок, біля залізних ґрат саду. Він виявив, що іноді, коли м'язи жаби торкалися залізної огорожі, відбувалося скорочення м'язів. Причому, ці явища спостерігалися і в ясну погоду. Отже, вирішив Гальвані, в даному випадку вже не гроза є причиною явища, що спостерігається.

Для підтвердження цього висновку Гальвані зробив такий досвід у кімнаті. Він узяв жабу, у якої спинний нерв був з'єднаний із мідним гаком, і поклав її на залізну дощечку. Виявилося, що коли мідний гачок торкався заліза, відбувалося скорочення м'язів жаби.

Гальвані вирішив, що відкрив «тварину електрику», тобто електрику, що виробляється в організмі жаби. При замиканні нерва жаби за допомогою мідного гака і залізної дощечки утворюється замкнутий ланцюг, яким пробігає електричний заряд (електрична рідина чи матерія), що й викликає скорочення м'язів.

Відкриттям Гальвані зацікавились і фізики та лікарі. Серед фізиків був співвітчизник Гальвані Алессандро Вольта. Вольта повторив досліди Гальвані, а потім вирішив перевірити, як поводитимуться м'язи жаби, якщо через них пропустити не («тварину електрику»), а електрику, отриману якимось із відомих способів. При цьому він виявив, що м'язи жаби так само скорочувалися, як у досвіді Гальвані.

Проробивши такого роду дослідження, Вольта дійшов висновку, що жаба є лише «приладом», що реєструє протікання електрики, що ніякої «животної електрики» не існує.

Вольт припустив, що причиною електрики є контакт двох різних металів.

Потрібно відзначити, що вже Гальвані помітив залежність сили судомного стиснення м'язів жаби від роду металів, що утворюють ланцюг, яким протікає електрика. Однак Гальвані не звернув на це серйозної уваги. Вольта ж, навпаки, побачив у ньому можливість побудови нової теорії.

Не погодившись з теорією «тварини електрики», Вольта висунув теорію «металевої електрики». З цієї теорії причиною гальванічної електрики є зіткнення різних металів.

У кожному металі, вважав Вольта, міститься електрична рідина – флюїд, яка, коли метал не заряджений, перебуває у спокої і себе не проявляє. Але якщо з'єднати два різних метали, то рівновага електрики всередині них порушиться, електрична рідина почне рухатися. При цьому електричний флюїд у деякій кількості перейде з одного металу до іншого, після чого рівновага знову відновиться. Але внаслідок цього метали наелектризуються: один – позитивно, інший – негативно.

Ці міркування Вольта підтвердив на досвіді. Йому вдалося показати, що справді при простому зіткненні двох металів один з них набуває позитивного заряду, а інший негативного. Таким чином, Вольта відкрив так звану контактну різницю потенціалів. Вольта проробляв такий досвід. На мідний диск, прикріплений до звичайного електроскоп замість кульки, він поміщав такий же диск, виготовлений з іншого металу і має рукоятку. Диски при накладенні у низці місць приходили в дотик.

У результаті між дисками з'являлася контактна різниця потенціалів (за термінологією Вольта, між дисками виникала «різниця напруг»).

Для того щоб виявити «різницю напруги», що з'являється при дотику різних металів, яка, взагалі кажучи, мала, Вольта піднімав верхній диск і тоді листочки електроскопа помітно розходилися. Це викликано тим, що ємність конденсатора, утвореного дисками, зменшувалася, а різниця потенціалів між ними у стільки ж разів збільшувалася.

Але відкриття контактної різниці потенціалів між різними металами ще пояснити дослідів Гальвані з жабами. Потрібні були додаткові припущення.

Але на досвіді Гальвані поєднувалися не тільки метали. У ланцюг включалися і м'язи жаби, що містять і рідину.

Він припустив, що всі провідники слід розбити на два класи: провідники першого роду – метали та деякі інші тверді тіла, та провідники другого роду – рідини. При цьому Вольта вирішив, що різниця потенціалів виникає тільки при зіткненні перших провідників.

Таке припущення пояснювало досвід Гальвані. Внаслідок зіткнення двох різних металів порушується рівновага в них електрики. Ця рівновага відновлюється внаслідок того, що метали з'єднуються через тіло жаби. Таким чином електрична рівновага постійно порушується, і весь час відновлюється, отже, електрика постійно рухається.

Таке пояснення досвіду Гальвані невірно, але воно наштовхнуло Вольта на думку про створення джерела постійного струму – гальванічної батареї. І ось 1800 р. Вольта побудував першу гальванічну батарею - Вольтов стовп.

Вольтов стовп складався з кількох десятків круглих срібних та цинкових пластин, покладених один на одного. Між парами пластин було прокладено картонні кружки, просочені солоною водою. Такий прилад був джерелом безперервного електричного струму.

Цікаво, що доказом про існування безперервного електричного струму Вольта приваблював безпосередні відчуття людини. Він писав, що якщо крайні пластини замкнуті через тіло людини, то спочатку, як і у випадку з лейденською банкою, людина зазнає удару і поколювання. 3атем виникає відчуття безперервного печіння, «яке не тільки не вщухає, але робиться все сильніше і сильніше, стаючи швидко нестерпним, доки ланцюг не розімкнеться».

Винахід Вольтова стовпа, першого джерела постійного струму, мало велике значення для розвитку вчення про електрику та магнетизм. Що ж до пояснення дії цього приладу Вольта, то воно було помилковим. Це незабаром помітили деякі вчені.

Справді, з теорії Вольта виходило, що з гальванічним елементом під час його дії не відбувається жодних змін. Електричний струм тече по дроту, нагріває його, може зарядити лейденську банку тощо, але сам гальванічний елемент у своїй залишається незмінним. Такий прилад є нічим іншим, як вічним двигуном, який, не змінюючись, здійснює зміну в навколишніх тілах, у тому числі й механічну роботу.

Наприкінці XVIII в. серед вчених вже поширилася думка про неможливість існування вічного двигуна. Тому багато хто з них відкинув теорію дії гальванічного елемента, придуманого Вольтою.

На противагу теорії Вольта було запропоновано хімічну теорію гальванічного елемента. Незабаром після його винаходу було помічено, що в гальванічному елементі відбуваються хімічні реакції, які вступають метали і рідини. Правильна хімічна теорія дії гальванічного елемента витіснила теорію Вольта.

Після відкриття Вольтова стовпа вчені з різних країн почали досліджувати дії електричного струму. У цьому вдосконалювався і сам гальванічний елемент. Вже Вольта поряд зі «стовпом» став використовувати більш зручну чашкову батарею електричних елементів. Для дослідження процесів електричного струму стали будувати батареї з дедалі більшим числом елементів.

Найбільш велику батарею на самому початку XIX ст. побудував російський фізик Василь Володимирович Петров у Петербурзі. Його батарея складалася з 4200 цинкових та мідних гуртків. Гуртки укладалися в ящик горизонтально і поділялися паперовими прокладками, просоченими нашатирем.

Перші кроки у вивченні електричного струму належали до його хімічних дій. Вже того ж року, коли Вольта винайшов гальванічну батарею, було відкрито властивість електричного струму розкладати воду. Після цього було розкладено електричним струмом розчинів деяких солей. У 1807 р. англійський хімік Деві шляхом електролізу розплавів їдких лугів відкрив нові елементи: калій та натрій.

Дослідження хімічної дії струму та з'ясування хімічних процесів, що відбуваються в гальванічних елементах, призвело вчених до розробки теорії проходження електричного струму через електроліти.

Слідом за вивченням хімічної дії струму вчені звернулися до його теплових та оптичних дій. Найцікавішим результатом цих досліджень на самому початку ХІХ ст. було відкриття електричної дуги Петровим.

Відкриття, зроблене Петровим, забули. Багато, особливо іноземні, вчені про нього не знали, оскільки книга Петрова була написана російською. Тому, коли Деві в 1812 р знову відкрив електричну дугу, його стали вважати автором цього відкриття.

Найбільш важливою подією, що призвела незабаром до нових уявлень про електричні та магнітні явища, було відкриття магнітної дії електричного струму.

2. Електростатика

Електростатика – частина електродинаміки, що вивчає нерухомі електричні заряди.

Електричний заряд

Частинки взаємодіють один з одним із силами, які зменшуються зі збільшенням відстані так само, як і сили всесвітнього тяжіння, але перевищують сили тяжіння у багато разів, то кажуть, що ці частинки мають електричний заряд. Бувають частинки без заряду, але електричний заряд без частки не існує. Взаємодія між зарядженими частинками називається електромагнітним. Наявність електричного заряду частинок означає існування певних силових взаємодій між ними. У вільному стані, можуть, не обмежено довго існувати, тільки електрони та протони. Якщо елементарна частка має заряд, його значення суворо визначено.

Заряджені тіла

Електромагнітні сили відіграють величезну роль у природі завдяки тому, що до складу всіх тіл входять електрично заряджені частинки. Дія електромагнітних сил між тілами немає, т.к. тіла у звичайному стані електрично нейтральні. Позитивно та негативно заряджені частинки пов'язані один з одним електричними силами та утворюють нейтральні системи.

Макроскопічне тіло заряджено електрично в тому випадку, якщо воно містить надмірну кількість елементарних частинок з одним знаком заряду.

Для того, щоб наелектризувати тіло, потрібно відокремити частину негативного заряду від пов'язаного з ним позитивного. Це можна зробити за допомогою тертя.

Закон збереження електричного заряду

Під час електризації тіл виконується закон збереження електричного заряду. Цей закон справедливий для замкнутої системи. Справедливість закону збереження електричного заряду підтверджує спостереження величезним числом перетворень елементарних частинок.

Закон Кулону

Основним законом електростатики є експериментально встановлений закон французького фізика Шарля Кулона у 1785 р. XVIII

Проте історія його відкриття розпочинається раніше. Ця історія показує одне із шляхів, яким розвивається фізика, - шлях застосування аналогії. Епінус вже здогадувався про те, що сила взаємодії між електричними зарядами обернено пропорційна квадрату відстані між ними. І цей здогад виник на основі деякої аналогії між силами тяжіння та електричними силами. Але аналогія не є доказом. Висновок з аналогії завжди потребує перевірки. Спираючись лише на аналогію, можна дійти й невірних результатів. Епінус не перевірив справедливість цієї аналогії, і тому його висловлювання мало лише ймовірний характер.

Закон Кулона застосовується для точкових зарядів. Точкові заряди - розміри тіл, яких значно менше ніж відстань між ними. Сили взаємодії двох нерухомих точкових заряджених тіл у вакуумі прямо пропорційно добутку модулів зарядів і обернено пропорційно квадрату відстані між ними.

За допомогою крутильних вагів вдалося встановити один з одним нерухомі заряджені тіла. Кулон знайшов простий спосіб зміни заряду однієї з кульок у 2, 4 і більше разів, з'єднуючи його з такою самою не зарядженою кулькою. Заряд при цьому розподіляється порівну між кульками, що зменшувало досліджуваний заряд у відомому відношенні.

Один Кулон - це заряд проходить через поперечний переріз провідника при силі струму один Ампер за секунду.

Електричне поле

Після відкриття закону Кулона теорія далекодії дуже витісняє теорію близькодії. І лише у ХІХ ст. Фарадей відроджує теорію близькодії. Однак її загальне визнання починається з другої половини ХІХ ст., після експериментального доказу теорії Максвелла.

Згідно ідеї Фарадея електричні заряди не діють один на одного безпосередньо. Кожен із них створює в навколишньому просторі електричне поле. Поле одного заряду діє інший заряд, і навпаки. У міру віддалення від заряду поле слабшає.

Успіх до теорії близькодії прийшов після вивчення електронних взаємодій заряджених частинок, що рухаються. Спочатку було доведено існування змінних у часі полів і лише після цього було зроблено висновок реальності електричного поля нерухомих зарядів. Грунтуючись на ідеях Фарадея, Максвелл зумів теоретично довести, що електромагнітні взаємодії мають поширюватися у просторі з кінцевою швидкістю. Це означає, що якщо трохи пересунути один заряд, то сила, що діє на інший заряд, зміниться, але не в ту ж мить, а лише через деякий час.

Існування певного процесу, у просторі між взаємодіючими тілами, яким ділиться кінцевий час, – ось головне, що відрізняє теорію близькодії від теорії дії на відстані. Головна властивість електричного поля – дії його на електричні заряди з деякою силою. Електричне поле нерухомих зарядів називають електростатичним. Воно не змінюється з часом. Електростатичне поле створюється лише електричним зарядом. Воно існує у просторі, що оточує ці заряди, і нерозривно з ними пов'язане.

Відповідно до теорії близькодії взаємодія між зарядженими частинками здійснюється за допомогою електричного поля.

Електричне поле - це особлива форма матерії, яка існує незалежно від наших уявлень про нього. Доказом реальності електричного поля – кінцева швидкість поширення електромагнітних взаємодій.

Напруженість електричного поля

Електричне поле виявляється під силу, які діють заряд. Якщо по черзі поміщати в ту саму точку поля невеликі заряджені тіла і вимірювати сили, то виявиться, що сила, що діє на заряд з боку поля, прямо пропорційна цьому заряду. Відношення сили, що діє на заряд, що міститься в дану точку поля, до цього заряду для кожної точки поля не залежить від заряду і може розглядатися як характеристика поля. Цю характеристику називають напругою електричного поля. Подібно до сили, напруженість поля - векторна величина. Напруженість поля дорівнює відношенню сили, з якою поле діє точковий заряд, до цього заряду.

Силові лінії електричного поля

Електричне поле не є видимим для людського ока. Проте розподіл поля у просторі можна зробити видимим. Безперервні лінії, які стосуються яких у кожній точці, через яку вони проходять, збігаються з векторами напруженості. Ці лінії називаються силовими лініями електричного поля чи лініями напруженості. Електричне поле, напруженість якого однакова у всіх точках простору, називається однорідним.

3. Закони постійного струму

Електричний струм

Під час руху заряджених частинок у провіднику відбувається перенесення з одного місця до іншого. Якщо заряджені частинки роблять безладний тепловий рух, як, вільні електрони в металі, то перенесення заряду не відбувається. Електричний заряд переміщається через поперечний переріз провідника тільки в тому випадку, якщо поряд з безладним рухом електрони беруть участь у впорядкованому русі. І тут кажуть, що у провіднику встановлюється електричний струм.

Електричний струм – упорядкований рух заряджених частинок. Електричний струм виникає при впорядкованому переміщенні вільних електронів чи іонів. Електричний струм має певний напрямок. За напрямок струму приймають напрямок руху позитивно заряджених частинок. Якщо струм утворений рухом негативно заряджених частинок, напрям струму вважають протилежним напрямку руху частинок.

Електричний струм існує за тими діями чи явищами, що його супроводжують:

а) провідник, яким тече струм, нагрівається

б) електричний струм може змінювати хімічний склад провідника

в) струм показує силовий вплив на сусідні струми та намагнічені тіла

Магнітна дія струму на відміну від хімічного та теплового є основною.

Якщо в ланцюзі встановлюється електричний струм, це означає, що через поперечний переріз провідника постійно переноситься електричний заряд. Заряд, перенесений в одиницю часу, є основною кількісною характеристикою струму, званої силою струму.

Сила струму дорівнює відношенню заряду, який переноситься через поперечний переріз провідника за інтервал часу, до цього інтервалу часу. Якщо сила струму згодом змінюється, то струм називають постійним. Сила струму – скалярна величина. Вона може бути як негативною та позитивною. Сила струму залежить від заряду, що переноситься кожною часткою, концентрації частинок, швидкості їх спрямованого руху та площі поперечного перерізу провідника. Сила струму виражають у амперах. Це одиницю встановлюють з урахуванням магнітного взаємодії струмів. Силу струму вимірюють амперметрами. Швидкість упорядкованого переміщення електронів дуже мала (близько 0,1 мм/с). Сила струму – основна кількісна характеристика електричного струму.

Для існування та виникнення постійного електричного струму в речовині потрібна наявність вільних заряджених частинок. Для створення та підтримки впорядкованого руху, заряджених частинок, необхідна сила, що діє на них у певному напрямку. Зазвичай саме електричне поле всередині провідника є причиною, що викликає і підтримує впорядкований рух заряджених частинок. Якщо всередині провідника є електричне поле, між кінцями провідника існує різниця потенціалів. Коли різниця потенціалів не змінюється у часі, то провіднику встановлюється постійний електричний струм.

Закон Ома для ділянки ланцюга

Для кожного провідника існує певна залежність сили струму від прикладеної різниці потенціалів на кінцях провідника. Цю залежність виражає вольт-амперна характеристика провідника.

Її знаходять, вимірюючи силу струму у провіднику при різних значеннях напруги. Найбільш простий вигляд має вольт-амперна характеристика металевих провідників та розчинів електролітів. Вперше вольт-амперну характеристику для металів встановив німецький учений Георг Ом.

Відповідно до закону Ома для ділянки ланцюга сила струму прямо пропорційна доданому напрузі і обернено пропорційна опору провідника.

Основна електрична характеристика провідника – опір. Від цієї величини залежить сила струму у провіднику при заданій напрузі. Опір провідника є мірою протидії провідника встановленню в ньому електричного струму. Опір залежить від матеріалу провідника та його геометричних розмірів. Питомий опір чисельно дорівнює опору провідника, що має форму куба з ребром один метр, якщо струм спрямований уздовж нормалі до двох протилежних граней куба. Одиниця опору провідника, з урахуванням закону Ома, називають ом. Одиницею питомого опору є Ом*м. Закон Ома дозволяє нам визначити опір провідника.

Вимірювання сили струму

Для вимірювання сили струму в провіднику амперметр послідовно включають з цим провідником. Якщо підключити амперметр до розетки, відбудеться коротке замикання.

Для того, щоб виміряти напругу на ділянці ланцюга з опором, до нього паралельно підключають вольтметр. Напруга на вольтметрі збігається з напругою на ділянці ланцюга.

При впорядкованому русі заряджених частинок у провіднику електричне поле виконує роботу, її називають роботою струму. Робота струму на ділянці ланцюга дорівнює добутку сили струму, напруги та часу, протягом якого відбувалася робота.

Будь-який електричний пристрій розрахований на споживання певної енергії в одиницю часу. Тому поруч із роботою струму дуже важливе значення має поняття потужність струму.

Потужність струму - дорівнює відношенню роботи струму за час до цього інтервалу часу.

Електричне поле заряджених частинок не здатне підтримувати постійний струм у ланцюзі. Будь-які сили, які діють електрично заряджені частинки, крім сил електростатичного походження називають сторонніми силами.

При замиканні ланцюга створюється електричне поле у ​​всіх провідниках ланцюга. Усередині джерела струму заряди рухаються під дією сторонніх сил проти кулонівських сил, а у решті ланцюга їх приводить в рух електричне поле.

Дія сторонніх сил характеризується важливою фізичною величиною, яка називається електрорушійною силою. Електрорушійна сила в замкнутому контурі є відношенням роботи сторонніх сил при переміщенні заряду вздовж контуру до заряду. Електрорушійна сила гальванічного елемента є робота сторонніх сил при переміщенні одиничного позитивного заряду всередині елемента від одного полюса до іншого. Робота сторонніх сил може бути виражена через різницю потенціалів, оскільки сторонні сили непотенційні та його робота залежить від форми траєкторії. Постійний струм не може існувати в замкнутому ланцюзі, якщо в ньому не діють сторонні сили.

Закон Джоуля – Ленца

Закон Джоуля - Ленца - це закон, що визначає кількість теплоти, що виділяє провідник зі струмом у навколишнє середовище.

Закон Джоуля - Ленца сформульований так: кількість теплоти, що виділяється провідником зі струмом, дорівнює добутку квадрата сили струму, опору провідника і часу проходження струму по провіднику.

Закон Ома для повного ланцюга

Опір джерела часто називають внутрішнім опором на відміну зовнішнього опору ланцюга. Закон Ома для замкнутого ланцюга пов'язує силу струму в ланцюгу, ЕРС та повний опір ланцюга. Цей зв'язок може бути встановлений теоретично, якщо використовувати закон збереження енергії та закон Джоуля – Ленца. Твір сили струму та опору ділянки ланцюга називають падінням напруги на цій ділянці. Таким чином, ЕРС дорівнює сумі падінь напруги на внутрішньому та зовнішньому ділянках замкнутого ланцюга.

Сила струму в повному ланцюзі дорівнює відношенню ЕРС ланцюга до її повного опору. Сила струму залежить від трьох величин: ЕРС, опорів зовнішньої та внутрішньої ділянок ланцюга. Внутрішній опір джерела струму не помітно впливає на силу струму, якщо воно мало в порівнянні з опором зовнішньої частини ланцюга.

Висновок

електродинаміка провідник опір

Розглянувши все вище сказане, бачимо, що закони електродинаміки переважно залежать друг від друга й у відкриття нового закону доводиться розглядати і перевіряти закони чи з самого початку. Ми також розуміємо, що без усіх цих законів у наш час, можна сказати, не прожити. Вони застосовуються скрізь. Кожна людина має своє магнітне поле. Але крім вчених ніхто й не замислюється над тим, що якби не було всього цього люди так і зупинилися б на перших стадіях розвитку.

Мета, поставлена ​​перед роботою, розглянути один з основних розділів фізики - електродинаміки, можна сказати, виконана, і кожен, хто прочитав її, зможе зрозуміти всю важливість і суть фізики, загалом, і кожного закону або якогось відкриття окремо.

Розміщено на Allbest.ru

...

Подібні документи

Елементарний електричний заряд. Закон збереження електричного заряду. Напруженість електричного поля. Напруженість поля точкового заряду. Лінії напруги силові лінії. Енергія взаємодії системи зарядів. Циркуляція напруги поля.

презентація , доданий 23.10.2013


Електричний заряд. Взаємодія заряджених тел. Закон Кулону. Закон збереження заряду. Електричні поля. Напруженість електричного поля. Електричне поле точкового заряду. Принцип суперпозицій полів. Електромагнітна індукція. Магнітний потік.

навчальний посібник, доданий 06.02.2009


Поняття електричного заряду, одиниця його виміру. Закон збереження суми алгебри заряду в замкнутій системі. Перерозподіл зарядів між тілами за її електризації. Особливості взаємодії зарядів. Основні характеристики електричного поля.

презентація , доданий 07.02.2015


Основні поняття та спеціальні розділи електродинаміки. Умови існування електричного струму, розрахунок його роботи та потужності. Закон Ома для постійного та змінного струму. Вольт-амперна характеристика металів, електролітів, газів та вакуумного діода.

презентація , доданий 30.11.2013


Концепція електричного ланцюга та електричного струму. Що таке електропровідність та опір, визначення одиниці електричного заряду. Основні елементи ланцюга, паралельне та послідовне з'єднання. Прилади для вимірювання сили струму та напруги.

презентація , доданий 22.03.2011


Електромагнітне поле. Система диференціальних рівнянь Максвелла. Розподіл потенціалу електричного поля. Розподіл потенціалу та складових напруженості електричного поля та побудова графіків для кожної відстані. Закон Кулону.

курсова робота , доданий 12.05.2016


Закон збереження електричного заряду. Взаємодія електричних набоїв у вакуумі, закон Кулона. Додавання електростатичних полів, принцип суперпозиції. Електростатичне поле диполя, взаємодія диполів. Напруженість електростатичного поля.

презентація , доданий 13.02.2016


Силові лінії напруженості електричного поля для однорідного електричного поля та точкових зарядів. Потік вектор напруженості. Закон Гауса в інтегральній формі, його застосування для полів, створених тілами, що мають геометричну симетрію.

презентація , додано 19.03.2013


Електричний заряд та закон його збереження у фізиці, визначення напруженості електричного поля. Поведінка провідників та діелектриків в електричному полі. Властивості магнітного поля, рух заряду у ньому. Ядерна модель атома та реакції з його участю.

контрольна робота , доданий 14.12.2009


Робота сил електричного поля під час переміщення заряду. Циркуляція вектора напруги електричного поля. Потенціал поля точкового заряду та системи зарядів. Зв'язок між напруженістю та потенціалом електричного поля. Еквіпотенційні поверхні.

Визначення 1

Електродинаміка - це величезна і важлива область фізики, в якій досліджуються класичні, неквантові властивості електромагнітного поля та руху позитивно заряджених магнітних зарядів, що взаємодіють один з одним за допомогою цього поля.

Малюнок 1. Коротко для електродинаміки. Автор24 - інтернет-біржа студентських робіт

Електродинаміка представляється широким комплексом різноманітних постановок завдань та їх грамотних рішень, наближених способів та окремих випадків, які об'єднані в одне ціле загальними початковими законами та рівняннями. Останні, становлячи основну частину класичної електродинаміки, докладно представлені у формулах Максвелла. В даний час вчені продовжують вивчати принципи зазначеної галузі у фізиці, скелет її побудови взаємини з іншими науковими напрямами.

Закон Кулона в електродинаміці позначається таким чином: $ F = \ frac (kq1q2) (r2) $, де $ k = \ frac (9 \ cdot 10 (H \ cdot m)) (Кл) $. Рівняння напруженості електричного поля записується так: $E= \frac(F)(q)$, а потік вектора індукції магнітного поля $∆Ф=В∆S \cos(a)$.

В електродинаміці насамперед вивчаються вільні заряди та системи зарядів, які сприяють активізації безперервного енергетичного спектру. Класичному опису електромагнітного взаємодії сприяє те, що є ефективним вже у низькоенергетичному межі, коли енергетичний потенціал частинок і фотонів малий проти енергією спокою електрона.

У таких ситуаціях найчастіше відсутня анігіляція заряджених частинок, оскільки є лише поступова зміна стану їхнього нестабільного руху в результаті обміну великою кількістю низькоенергетичних фотонів.

Зауваження 1

Однак і при високих енергіях частинок у середовищі, незважаючи на суттєву роль флуктуації, електродинаміка може бути використана з успіхом для комплексного опису середньостатистичних, макроскопічних характеристик та процесів.

Основні рівняння електродинаміки

Основними формулами, які описують поведінку електромагнітного поля та його пряму взаємодію із зарядженими тілами, є рівняння Максвелла, що визначають ймовірні дії вільного електромагнітного поля в середовищі та вакуумі, а також загальну генерацію поля джерелами.

Серед цих положень у фізиці можна виділити:

• теорема Гауса для електричного поля - призначена визначення генерації електростатичного поля позитивними зарядами;
• гіпотеза замкнутості силових ліній - сприяє взаємодії процесів усередині самого магнітного поля;
• закон індукції Фарадея – встановлює генерацію електричного та магнітного поля змінними властивостями довкілля.

В цілому, теорема Ампера - Максвелла - це унікальна ідея про циркуляцію ліній в магнітному полі з поступовим додаванням струмів зсуву, введених самим Максвеллом, точно визначає трансформацію магнітного поля зарядами, що рухаються, і змінною дією електричного поля.

Заряд та сила в електродинаміці

В електродинаміці взаємодія сили та заряду електромагнітного поля виходить з наступного спільного визначення електричного заряду $q$, енергії $E$ і магнітного $B$ полів, які затверджуються як основний фізичний закон, заснований на всій сукупності експериментальних даних. Формулу для сили Лоренца (у межах ідеалізації точкового заряду, що рухається з певною швидкістю), записують із заміною швидкості $v$.

У провідниках часто міститься величезна кількість зарядів, отже, ці заряди досить добре компенсовані: кількість позитивних і негативних зарядів завжди рівні між собою. Отже, сумарна електрична сила, яка постійно діє провідник, дорівнює також нулю. Магнітні ж сили, що функціонують на окремих зарядів у провіднику, не компенсуються, адже за наявності струму швидкості руху зарядів завжди різні. Рівняння дії провідника зі струмом у магнітному полі можна записати так: $G = |v ⃗ |s \cos(a) $

Якщо досліджувати не рідину, а повноцінний і стабільний потік заряджених частинок як струм, то весь енергетичний потенціал, що проходить лінійно через майданчик за $1с$,- і буде силою струму, що дорівнює $I = ρ| \vec (v) |s \cos(a) $, де $ρ$ - щільність заряду (в одиниці обсягу загальному потоці).

Зауваження 2

Якщо магнітне та електричне поле систематично змінюється від точки до точки на конкретному майданчику, то у виразах та формулах для часткових потоків, як і у випадку з рідиною, обов'язково проставляються середні показники $E ⃗ $і $B ⃗$ на майданчику.

Особливе становище електродинаміки у фізиці

p align="justify"> Значне становище електродинаміки в сучасній науці можливо підтвердити за допомогою відомого твору А. Ейнштейна, в якому були детально викладені принципи та основи спеціальної теорії відносності. Наукова праця видатного вченого називається «До електродинаміки рухомих тіл», і включає величезну кількість важливих рівнянь і визначень.

Як окрема галузь фізики електродинаміка складається з таких розділів:

• вчення про поле нерухомих, але електрично заряджених фізичних тіл та частинок;
• вчення про властивості електричного струму;
• вчення про взаємодію магнітного поля та електромагнітної індукції;
• вчення про електромагнітні хвилі та коливання.

Усі вищезгадані розділи на одне ціле об'єднує теорема Д. Максвелла, який створив і представив струнку теорію електромагнітного поля, а й описав всі його властивості, довівши його реальне існування. Робота саме цього вченого показала науковому світу, що відомі на той момент електричне та магнітне поля є лише проявом єдиного електромагнітного поля, що функціонує в різних системах відліку.

Істотна частина фізики присвячена вивченню електродинаміки та електромагнітних явищ. Ця область значною мірою претендує на статус окремої науки, тому що вона не лише досліджує всі закономірності електромагнітних взаємодій, а й детально описує їх у вигляді математичних формул. Глибокі та багаторічні дослідження електродинаміки відкрили нові шляхи для використання електромагнітних явищ на практиці для блага всього людства.

Електродинаміка- Розділ фізики, що вивчає електромагнітне поле в найбільш загальному випадку (тобто, розглядаються змінні поля, що залежать від часу) та його взаємодія з тілами, що мають електричний заряд (електромагнітна взаємодія). Предмет електродинаміки включає зв'язок електричних і магнітних явищ, електромагнітне випромінювання (у різних умовах, як вільне, так і в різноманітних випадках взаємодії з речовиною), електричний струм (взагалі кажучи, змінний) та його взаємодія з електромагнітним полем (електричний струм може бути розглянутий при цьому як сукупність заряджених частинок, що рухаються). Будь-яка електрична та магнітна взаємодія між зарядженими тілами розглядається в сучасній фізиці як здійснюється через посередництво електромагнітного поля, і, отже, також є предметом електродинаміки.

Найчастіше під терміном електродинаміка за умовчанням розуміється класична (не торкається квантових ефектів) електродинаміка; для позначення сучасної квантової теорії електромагнітного поля та його взаємодії із зарядженими частинками зазвичай використовується стійкий термін квантова електродинаміка.

Розділи електродинаміки

Основні поняття та закони електростатики

Електростатика- Розділ вчення про електрику, що вивчає взаємодію нерухомих електричних зарядів.

Між однойменно зарядженими тілами виникає електростатичне (або кулонівське) відштовхування, а між різноіменно зарядженими - електростатичне тяжіння. Явище відштовхування однойменних зарядів є основою створення електроскопа - приладу виявлення електричних зарядів.

Закон Кулону:сила взаємодії двох точкових нерухомих зарядів у вакуумі прямо пропорційна добутку модулів зарядів і обернено пропорційна квадрату відстані між ними:

Коефіцієнт пропорційності k цьому законі дорівнює:

У СІ коефіцієнт k записується як

де ε0 = 8,85 · 10-12 Ф/м (електрична постійна).

Напруженість електричного поля

Точковими зарядами називають такі заряди, відстані між якими набагато більші від їх розмірів.

Електричні заряди взаємодіють між собою за допомогою електричного поля. Для якісного опису електричного поля використовується силова характеристика, яка називається напруженістю електричного поля.

Напрямок вектора напруженості збігається із напрямком сили, що діє на позитивний пробний заряд. [E] = B/м. Із закону Кулона та визначення напруженості поля випливає, що напруженість поля точкового заряду дорівнює

де q - Заряд, що створює поле; r – відстань від точки, де знаходиться заряд, до точки, де створюється поле. Якщо електричне поле створюється не одним, а декількома зарядами, то для знаходження напруженості результуючого поля використовується принцип суперпозиції електричних полів: напруженість результуючого поля дорівнює векторній сумі напруженостей полів, створених кожним із джерел-джерел окремо:

DIV_ADBLOCK233">

знайдемо роботу переміщення позитивного заряду силами Кулона в електричному однорідному полі. Нехай поле переміщує заряд q з точки 1 до точки 2:

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

Звідси слідує що:

DIV_ADBLOCK234">

Закон Ома для ділянки ланцюга має вигляд:

Коефіцієнт пропорційності R, який називається електричним опором, є характеристикою провідника [R] = Ом. Опір провідника залежить від його геометрії та властивостей матеріалу.

де l – довжина провідника, ρ – питомий опір, S – площа поперечного перерізу. ρ є характеристикою матеріалу та його стану. [ρ] = Ом · м.

Провідники можна послідовно з'єднувати. Опір такого з'єднання знаходиться як сума опорів:

При паралельному з'єднанні величина, зворотна опору, дорівнює сумі зворотних опорів:

Для того, щоб у ланцюзі тривалий час протікав електричний струм, у складі ланцюга повинні бути джерела струму. Кількісно джерела струму характеризують їх електрорушійною силою (ЕРС). Це відношення роботи, яку здійснюють сторонні сили при перенесенні електричних зарядів по замкнутому ланцюгу, до величини перенесеного заряду:

Якщо до затискачів джерела струму підключити навантажувальний опір R, то в замкнутому ланцюгу, що вийшов, потече струм, силу якого можна підрахувати за формулою:

Це співвідношення називають законом Ома для повного кола.

Електричний струм, пробігаючи провідниками, нагріває їх, виконуючи при цьому роботу:

де t – час, I – сила струму, U – різниця потенціалів, q – минулий заряд.

Основні поняття та закони магнітостатики

Характеристикою магнітного поля є магнітна індукція B. Оскільки це вектор, слід визначити і напрям цього вектора, і його модуль. Напрямок вектора магнітної індукції пов'язане з орієнтовною дією магнітного поля на магнітну стрілку. За напрямок вектора магнітної індукції приймається напрямок від південного полюса S до північного магнітної стрілки N, вільно встановлюється в магнітному полі.

Напрямок вектора магнітної індукції прямолінійного провідника зі струмами можна визначити за допомогою правила буравчика: якщо напрямок поступального руху буравчика збігається з напрямком струму в провіднику, то напрямок обертання рукоятки буравчика збігається з напрямком вектора магнітної індукції.

Модулем вектора магнітної індукції назвемо відношення максимальної сили, що діє з боку магнітного поля на ділянку провідника зі струмом, до твору сили струму на довжину цієї ділянки:

Одиниця магнітної індукції називається тесла (1 Тл).

Магнітним потоком через поверхню контуру площею S називають величину, рівну добутку модуля вектора магнітної індукції на площу цієї поверхні і на косинус кута між вектором магнітної індукції B і нормаллю до поверхні n:

Одиницею магнітного потоку є вебер (1 Вб).

На провідник із струмом, поміщений у магнітне поле, діє сила Ампера.

Закон Ампера:

На відрізок провідника зі струмом силою I і довжиною l, поміщений в однорідне магнітне поле з індукцією B, діє сила, модуль якої дорівнює добутку модуля вектора магнітної індукції на силу струму, на довжину ділянки провідника, що знаходиться в магнітному полі, і на синус кута між напрямом вектора і провідником зі струмом:

Напрямок сили Ампера визначається за допомогою правила лівої руки:

якщо ліву руку розташувати так, щоб перпендикулярна провіднику складова вектора магнітної індукції входила в долоню, а чотири витягнуті пальці вказували б напрям струму, то відігнутий на 90◦ великий палець вкаже напрям сили Ампера.

На електричний заряд, що рухається у магнітному полі, діє сила Лоренца. Модуль сили Лоренца дорівнює добутку модуля заряду на модуль вектора магнітної індукції і на синус кута між вектором магнітної індукції і вектором швидкості заряду, що рухається:

DIV_ADBLOCK237">

де L - індуктивність провідника, що створює поле; I - Струм, поточний по цьому провіднику.

Електромагнітні коливання та хвилі

Коливальний контур називається електричний ланцюг, що складається з послідовно з'єднаних конденсатора з ємністю C і котушки з індуктивністю L (дивіться малюнок).

ВИЗНАЧЕННЯ

Електромагнітне поле- це вид матерії, що проявляється у взаємодії заряджених тіл.

Електродинаміка для чайників

Часто електромагнітне поле ділять на електричне та магнітне поле. Властивості електромагнітних полів, принципи їхньої взаємодії вивчає особливий розділ фізики, який називають електродинамікою. У самій електродинаміці виділяють такі розділи:

1. електростатику;
2. магнітостатику;
3. електродинаміку суцільного середовища;
4. релятивістську електродинаміку.

Електродинаміка є основою для вивчення та розвитку оптики (як розділу науки), фізики радіохвиль. Цей розділ науки є фундаментом для радіотехніки та електротехніки.

Класична електродинаміка в описі властивостей електромагнітних полів та принципів їх взаємодії використовує систему рівнянь Максвелла (в інтегральній чи диференціальній формах), доповнюючи її системою матеріальних рівнянь, граничними та початковими умовами. Згідно з Максвеллом є два механізми виникнення магнітного поля. Це наявність струмів провідності (електричний заряд, що переміщається) і змінне в часі електричне поле (наявність струмів зміщення).

Рівняння Максвелла

Основні закони класичної електродинаміки (система рівнянь Максвелла) є результатом узагальнення експериментальних даних і стали квінтесенцією електродинаміки нерухомого середовища. Рівняння Максвелла ділять на структурні та матеріальні. Структурні рівняння записують у двох видах: в інтегральному та диференціальному вигляді. Запишемо рівняння Максвелла у диференціальному вигляді (система СІ):

де - Вектор напруженості електричного поля; - Вектор магнітної індукції.

де - Вектор напруженості магнітного поля; - Вектор діелектричного зміщення; - Вектор щільності струму.

де - Щільність розподілу електричного заряду.

Структурні рівняння Максвелла у диференційній формі характеризують електромагнітне поле у ​​кожній точці простору. Якщо заряди та струми розподілені у просторі безперервно, то інтегральна та диференціальна форми рівнянь Максвелла еквівалентні. Однак, якщо є поверхні розриву, інтегральна форма запису рівнянь Максвелла є більш загальною. (Інтегральну форму запису рівнянь Максвелла можна переглянути у розділі «Електродинаміка»). Для досягнення математичної еквівалентності інтегральної та диференціальної форм рівнянь Максвелла диференціальний запис доповнюють граничними умовами.

З рівнянь Максвелла випливає, що змінне магнітне поле породжує змінне електричне поле і навпаки, тобто ці поля є нерозривними і утворюють єдине електромагнітне поле. Джерелами електричного поля можуть бути електричні заряди, або змінне в часі магнітне поле. Магнітні поля збуджуються електричними зарядами (струмами), що рухаються, або змінними електричними полями. Рівняння Максвелла є симетричними щодо електричного і магнітного полів. Це відбувається через те, що електричні заряди існують, а магнітних немає.

Матеріальні рівняння

Систему структурних рівнянь Максвелла доповнюють матеріальними рівняннями, що відбивають зв'язок векторів з параметрами, що характеризують електричні та магнітні властивості речовини.

де - Відносна діелектрична проникність, - Відносна магнітна проникність, - Питома електропровідність, - Електрична постійна, - магнітна постійна. Середовище в такому випадку вважається ізотропним, неферомагнітним, несегнетоелектричним.

Приклади розв'язання задач

ПРИКЛАД 1

Завдання	Запишіть систему структурних рівнянь Максвелла для стаціонарних полів.
Рішення	Якщо йдеться про стаціонарні поля, то мають на увазі, що: . Тоді система рівнянь Максвелла набуває вигляду: Джерелами електричного поля у разі є лише електричні заряди. Джерела магнітного поля у своїй струми провідності. У нашому випадку електричне та магнітне поля є незалежними один про одного. Це дає можливість досліджувати окремо постійне електричне та магнітне поле.

ПРИКЛАД 2

Завдання	Запишіть функцію щільності струму усунення залежно від відстані від осі соленоїда (), якщо магнітне поле соленоїда змінюється за законом: . R – радіус соленоїда. Соленоїд є прямим. Розгляньте випадок, коли намалюйте графік ).
Рішення	Як основи для вирішення задачі використовуємо рівняння із системи рівнянь Максвелла в інтегральному вигляді: Визначимо струм усунення як: Знайдемо приватну похідну , використовуючи задану залежність B(t):

ОСНОВИ ЕЛЕКТРОДИНАМІКИ. ЕЛЕКТРОСТАТИКА

ОСНОВИ ЕЛЕКТРОДИНАМІКИ

Електродинаміка- Наука про властивості електромагнітного поля.

Електромагнітне поле- визначається рухом та взаємодією заряджених частинок.

Прояв ел/магнітного поля- це дія ел/магнітних сил:
1) сили тертя та сили пружності в макросвіті;
2) дія ел/магнітних сил у мікросвіті (будова атома, зчеплення атомів у молекули,
перетворення елементарних частинок)

Відкриття ел/магнітного поля- Дж. Максвелл.

ЕЛЕКТРОСТАТИКА

Розділ електродинаміки, вивчає електрично заряджені тіла, що покояться.

Елементарні часткиможуть мати ел. заряд, тоді вони називаються зарядженими;
- взаємодіють один з одним із силами, які залежать від відстані між частинками,
але перевищують у багато разів сили взаємного тяжіння (ця взаємодія називається
електромагнітним).

Ел. заряд- Фізич. величина, що визначає інтенсивність ел/магнітних взаємодій.
Існує 2 знаки ел.зарядів: позитивний та негативний.
Частинки з однойменними зарядами відштовхуються, з різноіменними притягуються.
Протон має позитивний заряд, електрон – негативний, нейтрон – електрично нейтральний.

Елементарний заряд- Мінімальний заряд, розділити який неможливо.
Чим пояснити наявність електромагнітних сил у природі?
- До складу всіх тіл входять заряджені частинки.
У нормальному стані тіла ел. нейтральні (бо атом нейтральний), і ел/магн. сили не виявляються.

Тіло зарядженеякщо має надлишок зарядів будь-якого знака:
негативно заряджено - якщо надлишок електронів;
позитивно заряджено - якщо нестача електронів.

Електризація тіл- це один із способів отримання заряджених тіл, наприклад, дотиком).
При цьому обидва тіла заряджаються, причому заряди протилежні за знаком, але рівні за модулем.

Закон збереження електричного заряду.

У замкнутій системі алгебраїчна сума зарядів всіх частинок залишається незмінною.
(...але, не числа заряджених частинок, тому що існують перетворення елементарних частинок).

Замкнута система

Система частинок, в яку не входять ззовні та не виходять назовні заряджені частинки.

Закон Кулону

Основний закон електростатики.

Сила взаємодії двох точкових нерухомих заряджених тіл у вакуумі прямо пропорційна
добутку модулів заряду і обернено пропорційна квадрату відстані між ними.

Коли тіла вважаються точковими? - якщо відстань між ними набагато більше розмірів тіл.
Якщо два тіла мають електричні заряди, то вони взаємодіють за законом Кулона.

Одиниця електричного заряду
1 Кл - заряд, що проходить за 1 секунду через поперечний переріз провідника за силою струму 1 А.
1 Кл – дуже великий заряд.
Елементарний заряд:

ЕЛЕКТРИЧНЕ ПОЛЕ

Існує навколо електричного заряду матеріально.
Основна властивість електричного поля: дія із силою на ел.заряд, внесений до нього.

Електростатичне поле- Поле нерухомого ел.заряду, не змінюється з часом.

Напруженість електричного поля.- кількісна характеристика ел. поля.
- це відношення сили, з якою поле діє внесений точковий заряд до величини цього заряду.
- не залежить від величини заряду, а характеризує електричне поле!

Напрямок вектора напруженості
збігається з напрямком вектора сили, що діє на позитивний заряд, і протилежно напрямку сили, що діє негативний заряд.

Напруженість поля точкового заряду:

де q0 – заряд, що створює електричне поле.
У будь-якій точці поля напруженість завжди спрямована вздовж прямої, що з'єднує цю точку і q0.

ЕЛЕКТРОЄМНІСТЬ

Характеризує здатність двох провідників накопичувати електричний заряд.
- не залежить від q та U.
- Залежить від геометричних розмірів провідників, їх форми, взаємного розташування, електричних властивостей середовища між провідниками.

Одиниці виміру в СІ: (Ф - фарад)

КОНДЕНСАТОРИ

Електротехнічний пристрій, що накопичує заряд
(Два провідника, розділених шаром діелектрика).

Де d набагато менше розмірів провідника.

Позначення на електричних схемах:

Все електричне поле зосереджено усередині конденсатора.
Заряд конденсатора – це абсолютне значення заряду однієї з обкладок конденсатора.

Види конденсаторів:
1. на вигляд діелектрика: повітряні, слюдяні, керамічні, електролітичні
2. формою обкладок: плоскі, сферичні.
3. за величиною ємності: постійні, змінні (підстроювальні).

Електроємність плоского конденсатора

де S - площа пластини (обкладки) конденсатора
d - відстань між пластинами
eо - електрична постійна
e - діелектрична проникність діелектрика

Включення конденсаторів у електричний ланцюг

паралельне

послідовне

Тоді загальна електроємність (С):

при паралельному включенні

.

при послідовному включенні

АКОНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Електричний струм- упорядкований рух заряджених частинок (вільних електронів чи іонів).
При цьому через поперечний переріз провідника перно ел. заряд (при тепловому русі заряджених частинок сумарний перенесений ел. зпряд = 0, тому що позитивні та негативні заряди компенсуються).

Напрямок ел. струму- умовно прийнято вважати напрямок руху позитивно заряджених частинок (від + до -).

Дії ел. струму (у провіднику):

теплова дія струму- Нагрівання провідника (крім надпровідників);

хімічна дія струму -проявляється тільки у електролітів, На електродах виділяються речовини, що входять до складу електроліту;

магнітна дія струму(основне) - спостерігається у всіх провідників (відхилення магнітної стрілки поблизу провідника зі струмом та силова дія струму на сусідні провідники за допомогою магнітного поля).

ЗАКОН ОМА ДЛЯ ДІЛЬНИЦЯ ЛАНЦЮГУ

де R - опір ділянки ланцюга. (сам провідник теж вважатимуться ділянкою ланцюга).

До кожного провідника існує своя певна вольт-амперна характеристика.

ОПІР

Основна електрична характеристика провідника.
- за законом Ома ця величина стала для даного провідника.

1 Ом – це опір провідника з різницею потенціалів на його кінцях
1 В і силою струму в ньому 1 А.

Опір залежить тільки від властивостей провідника:

де S - площа поперечного перерізу провідника, l - довжина провідника,
ро - питомий опір, що характеризує властивості речовини провідника.

ЕЛЕКТРИЧНІ ЛАНЦЮГИ

Складаються з джерела, споживача електричного струму, дротів, вимикача.

НАСЛІДНЕ З'ЄДНАННЯ ПРОВІДНИКІВ

I - сила струму в ланцюзі
U – напруга на кінцях ділянки ланцюга

ПАРАЛЕЛЬНЕ З'ЄДНАННЯ ПРОВІДНИКІВ

I - сила струму в нерозгалуженій ділянці ланцюга
U – напруга на кінцях ділянки ланцюга
R - повний опір ділянки ланцюга

Згадай, як підключаються вимірювальні прилади:

Амперметр - включається послідовно з провідником, у якому вимірюється сила струму.

Вольтметр - підключається паралельно до провідника, на якому вимірюється напруга.

АБОТА ПОСТОЯННОГО СТРУМУ

Робота струму- це робота електричного поля з перенесення електричних зарядів вздовж провідника;

Робота струму на ділянці ланцюга дорівнює добутку сили струму, напруги та часу, протягом якого робота відбувалася.

Застосовуючи формулу закону Ома для ділянки ланцюга, можна записати кілька варіантів формули для розрахунку роботи струму:

За законом збереження енергії:

Робота дорівнює зміні енергії ділянки ланцюга, тому енергія, що виділяється провідником, дорівнює роботі струму.

У системі СІ:

ЗАКОН ДЖОУЛЯ-ЛЕНЦЯ

При проходженні струму провіднику нагрівається, і відбувається теплообмін з навколишнім середовищем, тобто. провідник віддає теплоту оточуючим його тілам.

Кількість теплоти, що виділяється провідником зі струмом у навколишнє середовище, дорівнює добутку квадрата сили струму, опору провідника та часу проходження струму по провіднику.

За законом збереження енергії кількість теплоти, що виділяється провідником чисельно дорівнює роботі, яку здійснює струм, що протікає по провіднику, за цей же час.

У системі СІ:

[Q] = 1 Дж

ПОТУЖНІСТЬ ПОСТОЯННОГО СТРУМУ

Відношення роботи струму за час t до інтервалу часу.

У системі СІ:

Явище надпровідності

Відкриття низькотемпературної надпровідності:
1911р. - голландський вчений Камерлінг - Оннес
спостерігається при наднизьких температурах (нижче 25 К) у багатьох металах та сплавах;
за таких температур питомий опір цих речовин стає зникаюче малим.

У 1957 р. дано теоретичне пояснення явища надпровідності:
Купер (США), Боголюбов (СРСР)

1957р. досвід Коллінза: струм у замкнутому ланцюзі без джерела струму не припинявся протягом 2,5 років.

У 1986 р. відкрита (для металокераміки) високотемпературна надпровідність (при 100 К).

Труднощі досягнення надпровідності:
- Необхідність сильного охолодження речовини

Галузь застосування:
- Отримання сильних магнітних полів;
- потужні електромагніти з надпровідною обмоткою в прискорювачах та генераторах.

Зараз в енергетиці існує велика проблема
- великі втрати електроенергії під час передачіїї з дротів.

Можливе рішенняпроблеми:
при надпровідності опір провідників приблизно дорівнює 0
та втрати енергії різко зменшуються.

Речовина із найвищою температурою надпровідності
У 1988 р. США, за температури –148°З отримано явище надпровідності. Провідником служила суміш оксидів талію, кальцію, барію та міді – Тl2Са2Ва2Сu3Оx.

Напівпровідник

Речовина, у якої питомий опір може змінюватися в широких межах і дуже швидко зменшується з підвищенням температури, а це означає, що електрична провідність (1/R) збільшується.
- спостерігається у кремнію, германію, селену та в деяких сполук.

Механізм провідностіу напівпровідників

Кристали напівпровідників мають атомні кристалічні грати, де зовнішні електрони пов'язані з сусідніми атомами ковалентними зв'язками.
При низьких температурах у чистих напівпровідників вільних електронів немає і він поводиться як діелектрик.

ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ У ВАКУУМІ

Що таке вакуум?
- це такий ступінь розрідження газу, при якому зіткнень молекул практично немає;

Електричний струм неможливий, т.к. можливу кількість іонізованих молекул не може забезпечити електропровідність;
- Створити ел.ток у вакуумі можна, якщо використовувати джерело заряджених частинок;
- дія джерела заряджених частинок може ґрунтуватися на явищі термоелектронної емісії.

Термоелектронна емісія

- це випромінювання електронів твердими або рідкими тілами при їх нагріванні до температур, що відповідають видимому світінню розжареного металу.
Нагрітий металевий електрод безперервно випромінює електрони, утворюючи навколо себе електронну хмару.
У рівноважному стані число електронів, що залишили електрод, дорівнює числу електронів, що повернулися на нього (бо електрод при втраті електронів заряджається позитивно).
Чим вища температура металу, тим вища щільність електронної хмари.

Вакуумний діод

Електричний струм у вакуумі можливий у електронних лампах.
Електронна лампа – це пристрій, у якому застосовується явище термоелектронної емісії.

Вакуумний діод - це двоелектродна (А-анод і К-катод) електронна лампа.
Усередині скляного балона створюється дуже низький тиск

Н - нитка розжарення, вміщена всередину катода для його нагрівання. Поверхня нагрітого катода випромінює електрони. Якщо анод з'єднаний з джерела струму, а катод з -, то в ланцюзі протікає
постійний термоелектронний струм. Вакуумний діод має односторонню провідність.
Тобто. струм в аноді можливий, якщо потенціал анода вищий за потенціал катода. В цьому випадку електрони з електронної хмари притягуються до анода, створюючи ел.струм у вакуумі.

Вольтамперна характеристика вакуумного діода

При малих напругах на аноді не всі електрони, що випускаються катодом, досягають анода, і електричний струм невеликий. При високих напругах струм досягає насичення, тобто. максимальне значення.
Вакуумний діод використовується для випрямлення змінного струму.

Струм на вході діодного випрямляча:

Струм на виході випрямляча:

Електронні пучки

Це потік електронів, що швидко летять, в електронних лампах і газорозрядних пристроях.

Властивості електронних пучків:

Відхиляються у електричних полях;
- відхиляються у магнітних полях під дією сили Лоренца;
- при гальмуванні пучка, що потрапляє на речовину, виникає рентгенівське випромінювання;
- викликає свічення (люмінісценцію) деяких твердих і рідких тіл (люмінофорів);
- Нагріють речовину, потрапляючи на нього.

Електронно-променева трубка (ЕЛТ)

Використовуються явища термоелектронної емісії та властивості електронних пучків.

ЕПТ складається з електронної гармати, горизонтальних та вертикальних відхиляючих
пластин-електродів та екрану.
В електронній гарматі електрони, що випускаються підігрівним катодом, проходять через електрод-сітку, що управляє, і прискорюються анодами. Електронна гармата фокусує електронний пучок у крапку та змінює яскравість свічення на екрані. горизонтальні та вертикальні пластини, що відхиляють, дозволяють переміщати електронний пучок на екрані в будь-яку точку екрана. Екран трубки покритий люмінофором, який починає світитися під час бомбардування його електронами.

Існують два види трубок:

1) з електростатичним управлінням електронного пучка (відхилення ел. Пучка тільки ел.полем);
2) з електромагнітним управлінням (додаються магнітні котушки, що відхиляють).

Основне застосування ЕЛТ:

кінескопи у телеапаратурі;
дисплеї ЕОМ;
електронні осцилографи у вимірювальній техніці.

ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ У ГАЗАХ

У нормальних умовах газ - це діелектрик, тобто. він складається з нейтральних атомів та молекул і не містить вільних носіїв ел.струму.
Газ-провідник – це іонізований газ. Іонізований газ має електронно-іонну провідність.

Повітря є діелектриком в лініях електропередач, повітряних конденсаторах, контактних вимикачах.

Повітря є провідником у разі виникнення блискавки, електричної іскри, у разі виникнення зварювальної дуги.

Іонізація газу

Це розпад нейтральних атомів чи молекул на позитивні іони та електрони шляхом відриву електронів від атомів. Іонізація відбувається при нагріванні газу або дії випромінювань (УФ, рентген, радіоактивне) і пояснюється розпадом атомів та молекул при зіткненнях на високих швидкостях.

Газовий розряд

Це ел.ток в іонізованих газах.
Носіями зарядів є позитивні іони та електрони. p align="justify"> Газовий розряд спостерігається в газорозрядних трубках (лампах) при впливі електричного або магнітного поля.

Рекомбінація заряджених частинок

- газ перестає бути провідником, якщо іонізація припиняється, це відбувається через рекомбінацію (возз'єднання протилежно заряджених частинок).

Існує самостійний та несамостійний газовий розряд.

Несамостійний газовий розряд

Якщо дію іонізатора припинити, припиниться і розряд.

Коли розряд досягає насичення – графік стає горизонтальним. Тут електропровідність газу викликана лише дією іонізатора.

Самостійний газовий розряд

У цьому випадку газовий розряд продовжується і після припинення дії зовнішнього іонізатора за рахунок іонів та електронів, що виникли внаслідок ударної іонізації (= іонізації ел. удару); виникає зі збільшенням різниці потенціалів між електродами (виникає електронна лавина).
Несамостійний газовий розряд може переходити до самостійного газового розряду при Ua = U запалювання.

Електричний пробій газу

Процес переходу несамостійного газового розряду самостійний.

Самостійний газовий розряд буває 4-х типів:

1. тліючий – при низьких тисках (до декількох мм рт.ст.) – спостерігається в газосвітніх трубках та газових лазерах.
2. іскровий – при нормальному тиску та високій напруженості електричного поля (блискавка – сила струму до сотень тисяч ампер).
3. коронний – при нормальному тиску в неоднорідному електричному полі (на вістря).
4. дуговий - велика щільність струму, мала напруга між електродами (температура газу каналі дуги -5000-6000 градусів Цельсія); спостерігається у прожекторах, проекційній кіноапаратурі.

Ці розряди спостерігаються:

тліючий - у лампах денного світла;
іскровий - у блискавках;
коронний – в електрофільтрах, при витоку енергії;
дуговий - при зварюванні, в ртутних лампах.

Плазма

Це четвертий агрегатний стан речовини з високим ступенем іонізації за рахунок зіткнення молекул великої швидкості при високій температурі; зустрічається в природі: іоносфера – слабо іонізована плазма, Сонце – повністю іонізована плазма; штучна плазма – у газорозрядних лампах.

Плазма буває:

Низькотемпературна – при температурах менше 100 000К;
високотемпературна – при температурах більше 100 000К.

Основні властивості плазми:

Висока електропровідність
- сильна взаємодія із зовнішніми електричними та магнітними полями.

При температурі

будь-яка речовина знаходиться у стані плазми.

Цікаво, що 99% речовини у Всесвіті – плазма.

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ ДО ЗАЛІКУ