Поле плоского конденсатора.
Плоский конденсатор- конденсатор, имеющий две изолированные друг от друга пластины, разделенные слоем диэлектрика, причем геометрический размер пластин гораздо больше расстояния между ними. Поле между пластинами однородно, причем его напряженность не изменяется при изменении расстояния между пластинами (при условии, что расстояние между пластинами много меньше их размеров). E=-Dj/d.
Электроемкость плоского конденсатора.
Электроемкость конденсатора- физическая величина, определяемая отношением заряда конденсатора к разности потенциалов. С=ee0S/d.
Последовательное и параллельное соединение конденсаторов.
При последовательном соединении конденсаторов Соб=Сi/n. При параллельном- Соб=nСi.
Энергия заряженного конденсатора.
Чтобы зарядить конденсатор, необходимо совершить работу. Две пластины обладают различным по модулю зарядом, положительная пластина создает поле E0=Q/2Se0; отрицательная пластина притягивается. Чтобы переместить отрицательную пластину от положительной на расстояние d, надо совершить работу A=Fd=QE0d=QEPd/2=QU/2=Q2/2C=CU2/2=ee0E2V/2=W.
Энергия электрического поля.
Электрическое поле обладает энергией, которую можно определить как работу по созданию этого поля. WЭ=+¥ò0F(dr), где r- расстояние. WЭ=Uq/2-для поля постоянного тока.
3.2.Постоянный ток.
Электрический ток.
Электрический ток- упорядоченное движение электрических зарядов. Возникает при действии на проводник электрической силой. Источники тока- устройства, которые создают электрическое поле внутри проводника и поддерживают его достаточно длительное время. Скорость тока (скорость распространения электрического поля) равна скорости света.
Сила тока.
Сила тока- количество электричества, проходящее через поперечное сечение проводника в единицу времени. I=q/t. Ток измеряется в Амперах. 1 Ампер- сила такого неизменного тока, который, проходя по двум бесконечно длинным, параллельным и прямолинейным проводникам ничтожно малого кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м друг от друга в вакууме, вызывает между этими проводниками силу взаимодействия 2 10-7 Н на каждый метр.
Условия существования тока в цепи.
Электрический ток возникает только при наличии свободных электронов и некоторой разности потенциалов, заставляющей их двигаться. Заряды двигаются от большего потенциала к меньшему. Для поддержания тока надо наличие сторонних сил, которые бы перемещали заряды обратно, против электрических сил. Такими силами являются источники тока.
Электродвижущая сила (ЭДС).
ЭДС- физическая величина, равная отношению работы сторонних сил внутри источника к величине положительного заряда, переносимого внутри источника от отрицательного к положительному полюсу. ЭДС- разность потенциалов на концах источника при разомкнутой цепи. Последовательное соединение источников: E=nEi, параллельное соединение источников: E=Ei.
Напряжение.
Напряжение- это скалярная физическая величина, численно равная работе по перемещению единичного положительного заряда из одной точки в другую. U=А/q=-Dj/q. Напряжение может быть только между двумя точками. 1 Вольт- такое напряжение между двумя точками, при котором перемещение положительного заряда, равного 1 Кулон, из одной точки в другую, сопровождается совершением работы, равной 1 Джоуль, силами электрического поля.
Закон Ома для участка цепи.
Протекающий в проводнике ток прямо пропорционален приложенному напряжению и обратно пропорционален сопротивлению проводника. I=U/R.
Омическое сопротивление проводника.
Сопротивление- физическая величина, зависящая только от вещества и геометрических размеров проводника. R=rl/S, r=RS/l, где r- удельное сопротивление. 1 Ом- сопротивление такого проводника, по которому течет ток в 1 Ампер, если на его концах поддерживается напряжение в 1 Вольт. [R]=[Ом]=[А/В].
Удельное сопротивление.
Удельное сопротивление (r)- физическая величина, численно равная сопротивлению проводника, длина которого 1 м, а площадь сечения 1 м2, при температуре t=20°C. R=rl/S. [r]=[Ом м].
Зависимость удельного сопротивления от температуры.
Опытным путем было установлено, что удельное сопротивление есть функция температуры. r=r0(1+aDt), где r0-удельное сопротивление при t=0°C. a-температурный коэффициент сопротивления, показывающий на сколько меняется удельное сопротивление проводника при его нагревании на 1°C (или на 1 К).
Сверхпроводимость.
Сверхпроводимость- явление исчезновения сопротивления некоторых веществ (металлов, растворов солей) при понижении температуры почти до абсолютного нуля.
Последовательное и параллельное соединение проводников.
Последовательное: Iоб=I1=I2; Uоб=U1+U2; Rоб=R1+R2.
Параллельное: Iоб=I1+I2; Uоб=U1=U2; 1/Rоб=1/R1+1/R2.
Закон Ома для полной цепи.
Сила тока в электрической цепи прямо пропорциональна ЭДС источника и обратно пропорциональна полному сопротивлению данной цепи: I=Е/(R+r).
Источники тока, их соединение.
Источники тока- различные устройства, в которых могут возникать сторонние силы. Сторонние силы- силы, отличные от сил электростатического поля и способные перенести свободные электроны от меньшего потенциала к большему. Источники тока создают электрическое поле в проводнике и поддерживают его достаточно длительное время. Последовательное соединение источников: E=nE1. Параллельное соединение: E=E1=E2.
Измерение тока и разности потенциалов в цепи.
Для измерения силы тока применяют амперметр или гальванометр (для измерения малых токов), их подключают в цепь последовательно. Для измерения разности потенциалов (напряжения) применяют вольтметр, его подключают в цепь параллельно.
Работа и мощность тока.
Работа электрического поля заставляет электроны двигаться упорядоченно, то есть в цепи возникает электрический ток. A=qU=IUt. Для последовательно соединенных проводников A=I2Rt, для параллельно соединенных- A=U2t/R. [Дж]=[А В с]. Мощность тока Р=А/t. Для последовательно соединенных проводников мощность тока P=I2R, для параллельно соединенных - P=U2/R. [Вт]=[Дж/с]=[А В].
Закон Джоуля- Ленца.
Согласно закону сохранения энергии, работа электрического поля превращается в тепловую энергию проводника A=Q. Q=А=IUt=I2Rt=U2t/R. Q=I2Rt- закон Джоуля- Ленца (для последовательного соединения проводников); Q=U2t/R- закон Джоуля- Ленца (для параллельного соединения проводников).
Электрический ток в металлах.
Электрический ток- упорядоченное движение свободных электронов. Если внутри металла нет электрического поля, то движение электронов хаотично и в каждый момент скорости различных электронов имеют разную величину и направление. Как только оно появляется, на каждый электрон начинает действовать сила, направленная в сторону, противоположную полю. Двигаясь под действием сил электрического поля, электроны приобретают некоторую кинетическую энергию. При соударениях она частично передается атомам и ионам решетки. Из-за этого происходит более интенсивное выделение тепла. При наличии тока происходит переход энергии упорядоченного движения электронов в энергию хаотического движения атомов, ионов и электронов (то есть во внутреннюю энергию тела). При наличии тока внутренняя энергия тока увеличивается.
Электрический ток в электролитах.
Электролитами являются растворы солей, кислот и щелочей. Заряженные частицы образуются в результате электролитической диссоциации. Молекулы растворяемых веществ распадаются на ионы. В отсутствии внешнего электрического поля все частицы находятся в хаотическом тепловом движении. Если ионы находятся во внешнем поле, то начинается их упорядоченное движение двумя встречными потоками: положительные ионы устремляются к катоду, отрицательные- к аноду. Суммарный ток через раствор складывается из обоих потоков.
Закон электролиза (закон Фарадея).
Электролиз- процесс выделения вещества на электродах и его перехода с одного на другой. Первый закон Фарадея: масса вещества, выделившегося при электролизе, пропорциональна суммарному заряду всех ионов, прошедших через электролит. m=kDq=kIDt, где k- электрохимический эквивалент вещества. Второй закон Фарадея устанавливает связь между химическим и электрохимическим эквивалентами вещества: k=M/FZ, где M- молярная масса вещества, Z- валентность вещества, F- постоянная Фарадея. F=9,65 104 Кл/моль.
Электрический ток в вакууме.
Вакуум- такое состояние газа, когда средняя длина пробега его частиц превышает размеры сосуда. Носителями электронного тока в вакууме являются электроны и другие заряженные частицы. Получить ток в вакуумной трубке не удается с помощью только одной термоэлектронной эмиссии, так как электроны, покидающие катод, не уходят очень далеко и «плавают» в виде электронного облака вблизи него. Чтобы возник электрический ток, надо подключить к цепи, кроме источника питания катода, источник ускоряющего поля между катодом и анодом.
Термоэлектронная эмиссия.
Термоэлектронная эмиссия- явление испускания электронов накаленным металлом. Наиболее быстрые электроны обладают энергией, достаточной для совершения работы выхода, и поэтому могут покинуть металл. Чем сильнее нагрет металл, тем больше «горячих» электронов, которые способны его покинуть.
Электронная лампа- диод.
Диод- лампа, состоящая из анода и катода. Диод состоит из стеклянного или металлического баллона, из которого выкачан воздух. Внутри находится нить, накаливаемая током до температуры, при которой выделяются электроны. Нить окружена металлическим цилиндром, который присоединяется к положительному полюсу и называется анодом. Нить накала называется катодом. Потенциал на аноде должен быть больше, чем на катоде, чтобы ток через диод шел.