zaeto.ru

Электродинамика

Другое
Экономика
Финансы
Маркетинг
Астрономия
География
Туризм
Биология
История
Информатика
Культура
Математика
Физика
Философия
Химия
Банк
Право
Военное дело
Бухгалтерия
Журналистика
Спорт
Психология
Литература
Музыка
Медицина
добавить свой файл
 

 
страница 1


ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

Электродинамика - наука о свойствах и закономерностях поведения особого вида материи - электромагнитного поля, осуществляющего взаимодействие между электрически заряженными телами.

Электрический заряд - величина, определяющая интенсивность электромагнитного взаимодействия заряженных частиц, источник электромагнитного поля. Существует два рода зарядов: положительные и отрицательные; тела, заряженные одноименно отталкиваются, заряженные разноименно - притягиваются.

q [Кл]

Точечный заряд - идеальный объект: точка, обладающая зарядом. Эта идеализация применима для тел, расстояния между которыми существенно больше их размеров.
Закон сохранения электрического заряда.

В замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов всех частиц остается неизменной.



q1 + q2 + ... + qn = const
Дальнодействие - представление, согласно которому действие тел друг на друга передается мгновенно через пустоту на сколь угодно большие расстояния.

Близкодействие - представление, согласно которому взаимодействие между удаленными друг от друга телами осуществляется с помощью промежуточных звеньев (или среды), передающих взаимодействие от точки к точке с конечной скоростью.

Электромагнитное поле - особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между заряженными частицами.

Однородность в пространстве - неизменность свойств чего-либо во всех точках пространства.
I. Электростатика

Закон Кулона.

Модуль силы взаимодействия двух точечных неподвижных зарядов прямо пропорционален произведению модулей зарядов и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними. Направление действия силы - линия, соединяющая заряды. Одноименные заряды отталкиваются, разноименные - притягиваются.



9109 [(Н м2)/Кл2]
Электрическое поле - частная форма проявления электромагнитного поля; создается электрическими зарядами и переменным магнитным полем.

Электростатическое поле - частная форма проявления электромагнитного поля; создается неподвижными электрическими зарядами.
Напряженность электрического поля - силовая характеристика этого поля. Напряженность электрического поля в данной точке поля - векторная физическая величина, модуль которой равен отношению силы, с которой поле действует на точечный заряд, помещенный в эту точку, к величине этого заряда; направление вектора напряженности совпадает с направлением силы, действующей на положительный точечный заряд, помещенный в эту точку.

[Н/Кл][В/м]

Модуль напряженности поля точечного заряда;




Принцип суперпозиции полей.

Напряженность поля, создаваемая несколькими точечными зарядами в данной точке, равна сумме напряженностей, которые создали бы эти заряды порознь.




Линии напряженности электрического поля (силовые линии электрического поля) - линии, касательные к которым в каждой их точке совпадают по направлению с вектором напряженности электрического поля в этой точке.

Проводники - вещества, содержащие свободные заряды, т.е. заряженные частицы, способные свободно перемещаться под действием электрического поля. Вследствие этого напряженность электростатического поля внутри проводника всегда равна нулю.

Диэлектрики - вещества, в которых нет свободных зарядов. Для создания свободных зарядов необходим ионизатор.

Относительная диэлектрическая проницаемость среды - физическая величина, показывающая, во сколько раз модуль напряженности электрического поля внутри однородного диэлектрика меньше модуля напряженности электрического поля, создаваемого теми же зарядами в отсутствие диэлектрика.

[безразм.]
Потенциальное поле - силовое поле, в котором работа по перемещению тела из одной точки в другую не зависит от формы траектории его (тела) движения ( или, что то же самое, работа сил поля при перемещении тела по замкнутому контуру равна нулю). Электростатическое поле - потенциальное поле.

Электрический потенциал - энергетическая характеристика электрического поля, физическая величина, определяемая отношением потенциальной энергии пробного заряда в данной точке поля к его величине.

[В]

Эквипотенциальная поверхность (поверхность равного потенциала) - поверхность, в каждой своей точке перпендикулярная силовым линиям электрического поля.

Напряжение (разность потенциалов) между двумя точками поля - физическая величина, равная отношению работы поля при перемещении пробного заряда из начальной точки в конечную к этому заряду.

[В]

В однородном электрическом поле напряжение между двумя точками равно скалярному произведению напряженности поля на перемещение из первой точки во вторую.



( - угол между и )

Электрическая емкость проводника - постоянный для данного тела коэффициент пропорциональности между зарядом этого тела и его потенциалом, характеризующий способность тела накапливать заряд.

[Ф]

Конденсатор - совокупность двух проводников, разделенных прослойкой диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников.

Емкость конденсатора - коэффициент пропорциональности между зарядом любой из его обкладок и напряжением между ними.



Емкость плоского конденсатора:

(S - площадь каждой обкладки, d - расстояние между обкладками)

Последовательное соединение конденсаторов: Параллельное соединение конденсаторов:



Энергия заряженного конденсатора: Плотность энергии электрического поля:



II. Электрический ток в средах

Электрический ток - направленное (упорядоченное) движение нескомпенсированного заряда. Направление тока - направление движения положительно заряженных частиц.

Сила тока - величина, характеризующая интенсивность электрического тока и равная отношению заряда, переносимого через поперечное сечение проводника за некоторый промежуток времени, к величине этого промежутка (при неограниченном стремлении величины этого промежутка к нулю).

[А]
II.1. Электрический ток в металлах

Металлы - простые вещества, в которых перенос заряда осуществляется электронами, не связанными с определенными атомами (свободные электроны). Перенос заряда электронами не связан с переносом вещества.
II.1.1. Постоянный электрический ток (I=const)

Сопротивление проводника - величина, обратная коэффициенту пропорциональности между силой тока в этом проводнике и напряжением на его концах, этот ток вызывающим.

R [Ом];

Последовательное соединение проводников:



Параллельное соединение проводников:



Удельное сопротивление вещества - величина, числено равная сопротивлению проводника, изготовленного из этого вещества в форме куба с ребром в 1 м, если ток направлен вдоль нормали к двум противоположным граням куба.

[Ом м], - длина проводника, S - площадь его поперечного сечения.

Зависимость удельного сопротивления вещества от температуры:

, где - температурный коэффициент сопротивления (величина, числено равная относительному изменению удельного сопротивления вещества при нагревании его на 1).

Сверхпроводимость - падение удельного сопротивления некоторых веществ до нуля при определенных (довольно низких) температурах.
Сторонние силы - любые силы, действующие на электрически заряженные частицы, за исключением кулоновских сил.

Электродвижущая сила (Э.Д.С.) - величина, равная отношению работы сторонних сил при перемещении заряда вдоль замкнутого контура, к величине этого заряда.

[В]


Закон Ома для участка цепи.

Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на его концах.



При наличии на участке источника Э.Д.С.:

- полярность источника соответствует направлению тока: U = E - I R

- полярность источника противоположна направлению тока: U = E + I R


Закон Ома для полной цепи.

Сила тока в полной цепи равна отношению Э.Д.С. цепи к ее полному сопротивлению.



I =  / (R + r)

Работа тока на участке цепи.

Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока на этом участке на напряжение на его концах и на величину промежутка времени, в течение которого протекал этот ток.




Закон Джоуля-Ленца.

Количество теплоты, выделяемое на участке цепи, равно произведению квадрата силы тока в нем на его сопротивление и на величину промежутка времени, в течение которого протекал этот ток.





II.1.2. Переменный электрический ток (Iconst)

II.1.2.1. Колебательный контур (свободные колебания).

Колебательный контур - цепь, состоящая из конденсатора емкости C и катушки индуктивности L. (см. п.IV)

Энергия колебательного контура.



Уравнение, описывающее процессы в колебательном контуре.



Закон изменения заряда.

, где
Период колебаний в колебательном контуре (формула Томсона).


II.1.2.2. Законы переменного тока (вынужденные колебания)

В данном разделе рассматриваются квазистационарные (“медленные” по сравнению со скоростью распространения электромагнитного поля), установившиеся, синусоидальные колебания (след., к мгновенным значениям изменяющихся величин применимы законы, справедливые для постоянного тока).


Мгновенное значение напряжения на участке цепи переменного тока:

u [В]

Мгновенное значение силы тока на участке цепи переменного тока:

i [А]

Амплитудное значение напряжения на участке цепи переменного тока;

Um [В]

Амплитудное значение силы тока на участке цепи переменного тока:

Im [А]

Действующее значение напряжения на участке цепи переменного тока;

[В]

Действующее значение силы тока на участке цепи переменного тока:

[А]

Закон Ома.

1. Активное сопротивление в цепи переменного тока.



2. Емкостное сопротивление в цепи переменного тока.



3. Индуктивное сопротивление в цепи переменного тока.



4. Колебательный контур в цепи переменного тока.

При совпадении частоты внешнего воздействия и собственной частоты колебательного контура () происходит резкое возрастание амплитуды вынужденных электрических колебаний в контуре - резонанс.
Работа тока и теплота, выделяющаяся на участке цепи переменного тока.

Работа тока на участке цепи.

Работа тока на участке цепи равна произведению действующего значения силы тока на этом участке на действующее значение напряжения на его концах, на величину промежутка времени, в течение которого протекал этот ток и на косинус сдвига фаз между током и напряжением.



Закон Джоуля-Ленца”.

Количество теплоты, выделяемое на участке цепи, равно произведению квадрата действующего значения силы тока в нем на его сопротивление и на величину промежутка времени, в течение которого протекал этот ток.



II.2. Электрический ток в электролитах.

Электролиты - жидкие или твердые вещества, в которых перенос заряда осуществляется имеющимися в них ионами. Перенос заряда связан с переносом вещества.

Электролиз - процесс выделения на электроде вещества при протекании электрического тока через электролит.
Закон электролиза.

Масса вещества, выделившаяся на электроде за некоторый промежуток времени при прохождении электрического тока, пропорциональна силе тока и величине этого промежутка времени.



, где [кг/Кл] - электрохимический эквивалент вещества.

(m0i - масса иона, q0i - заряд иона, M - молярная масса, NA - постоянная Авогадро, е - заряд электрона, n - валентность, F = eN - число Фарадея.)


II.3. Электрический ток в газах

Газовый разряд - процесс протекания электрического тока через газ.

несамостоятельный газовый разряд - разряд, для протекания которого нужен сторонний ионизатор.

самостоятельный газовый разряд - разряд, для протекания которого не нужен сторонний ионизатор, ионизация происходит за счет энергии электрического поля. (тлеющий, дуговой, искровой, коронный разряды)

Плазма - частично или полностью ионизированный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов практически совпадают.

II.4. Электрический ток в полупроводниках

Полупроводники - тела, занимающие промежуточное положение между проводниками и диэлектриками и обладающие отрицательным температурным коэффициентом сопротивления.

электронная проводимость - проводимость, обусловленная наличием в полупроводнике свободных электронов.

дырочная проводимость - проводимость, обусловленная наличием в полупроводнике вакантных мест (“дырок”), образующихся при разрыве связей между атомами.

примесная проводимость - проводимость, возникающая в полупроводниках в дополнение к собственной при наличии в них примесей.

донорные примеси - примеси, легко отдающие электроны; полупроводник с донорной примесью - полупроводник n-типа, основные носители заряда - электроны, неосновные - “дырки”.

акцепторные примеси - примеси, легко образующие дополнительные “дырки”; полупроводник с акцепторной примесью - полупроводник p-типа, основные носители заряда - “дырки”, неосновные - электроны.

Диод (полупроводниковый) - элемент электрической цепи, обладающий односторонней проводимостью.

Транзистор - полупроводниковый прибор, позволяющий управлять током в цепи и предназначенный для генерации и усиления электрических сигналов.
II.5. Электрический ток в вакууме

Термоэлектронная эмиссия - испускание электронов твердыми или жидкими телами, нагретыми до высокой температуры.

Диод (вакуумный) - элемент электрической цепи, обладающий односторонней проводимостью.

III. Магнитное взаимодействие

Магнитное взаимодействие - взаимодействие между заряженными телами, возникающее в дополнение к кулоновскому при их движении друг относительно друга.

Элемент тока - участок проводника длины , по которому протекает ток силы I.
* Закон Ампера (сила, с которой действует один элемент тока на другой).


Магнитное поле - частная форма проявления электромагнитного поля; создается движущимися зарядами и переменным электрическим полем.

Магнитная индукция - силовая характеристика магнитного поля.

[Тл]

Модуль вектора магнитной индукции - отношение максимальной силы, действующей в данной точке поля на пробный элемент тока, к произведению силы тока в нем на его длину.



Направление вектора магнитной индукции - перпендикуляр к плоскости, в которой протекает ток, создающий поле, и лежит вектор, соединяющий этот ток и точку, в которой хотят определить поле. Направление вектора удовлетворяет правилу правой руки: если обхватить ток, создающий поле, правой рукой так, чтобы большой палец указывал направление тока, остальные пальцы укажут направление вектора магнитной индукции.
Сила Ампера - сила, действующая на элемент тока в магнитном поле:

Модуль силы Ампера равен произведению модуля вектора магнитной индукции, действующей в данной точке поля, на модуль силы тока в элементе тока, на его длину и на синус угла между вектором индукции и направлением тока.



Направление вектора силы Ампера - перпендикуляр к плоскости, в которой лежат элемент тока и вектор индукции. Направление вектора силы Ампера удовлетворяет правилу левой руки: если левую руку расположить так, чтобы перпендикулярная к элементу тока составляющая вектора магнитной индукции входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца были направлены по току, то отогнутый большой палец покажет направление этой силы.



Сила Лоренца - сила, действующая на движущееся в магнитном поле заряженное тело.

Модуль силы Лоренца равен произведению модуля магнитной индукции, действующей в данной точке поля, на модуль заряда тела, на модуль его скорости и на синус угла между векторами индукции и скорости.



Направление силы Лоренца определяется по правилу левой руки (см. Сила Ампера)


Принцип суперпозиции полей.

Магнитная индукция, создаваемая несколькими источниками поля в данной точке, равна сумме индукций, которые создали бы эти источники порознь.




Линии магнитной индукции - линии, касательные к которым в каждой их точке совпадают по направлению с вектором магнитной индукции в этой точке.
Относительная магнитная проницаемость среды - физическая величина, показывающая, во сколько раз модуль магнитной индукции поля внутри однородного вещества больше модуля магнитной индукции поля, создаваемого теми же источниками в отсутствие вещества.

[безразм.]

Ферромагнетики - вещества, у которых относительная магнитная проницаемость много больше единицы.

Температура Кюри - определенная для данного ферромагнетика температура, выше которой исчезают его ферромагнитные свойства.

Плотность энергии магнитного поля


IV. Закон электромагнитной индукции.

Контур - замкнутый проводник, поперечное сечение которого пренебрежимо мало.

Электромагнитная индукция - явление, заключающееся в возникновении электрического тока в проводящем контуре, который либо покоится в переменном во времени магнитном поле, либо движется в магнитном поле таким образом, что число линий магнитной индукции, пронизывающих контур, изменяется.
Правило Ленца.

Возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он вызван.


Магнитный поток через поверхность - скалярная физическая величина, равная произведению модуля пронизывающего поверхность вектора магнитной индукции на площадь этой поверхности и на косинус угла между вектором магнитной индукции и нормалью к поверхности.

[Вб]
Закон электромагнитной индукции.

Э.Д.С. индукции в замкнутом контуре равна взятой со знаком минус скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром.

i

Э.Д.С. индукции в движущихся проводниках.

Э.Д.С. индукции, возникающая в движущемся в однородном магнитном поле проводнике равна произведению модуля магнитной индукции этого поля на модуль скорости движения проводника, на его длину и на модуль синуса угла между векторами индукции и скорости.

i
Самоиндукция - явление возникновения в контуре с током Э.Д.С. самоиндукции, препятствующей изменению силы этого тока внешними силами.

Индуктивность контура (коэффициент самоиндукции) - коэффициент пропорциональности между силой тока в контуре и вызванным этим током магнитным потоком, который пронизывает поверхность, ограниченную этим контуром.

[Гн]
Э.Д.С. самоиндукции.

Э.Д.С. самоиндукции пропорциональна скорости изменения тока в контуре.

is
Энергия проводника с током.


Токи Фуко - индукционные токи в массивных проводниках.

Трансформатор - устройство для повышения или понижения напряжения переменного тока (устройство для передачи энергии переменного тока с помощью индуктивно связанных электрических цепей).
V. Электромагнитные волны.

Электромагнитная волна - процесс распространения электромагнитных колебаний в пространстве.

Скорость распространения электромагнитной волны в пустоте: c = 3108 м/с

Плоская электромагнитная волна в пустоте, распространяющаяся вдоль оси OX:



;

Плотность потока электромагнитного излучения (J [Дж/(см2)]) (энергия, переносимая волной за единицу времени через площадку единичной площади, перпендикулярную направлению распространения волны).

, где w - плотность электромагнитной энергии.

Для точечного источника плотность потока электромагнитного излучения обратно пропорциональна квадрату расстояния до этого источника.

Плотность потока электромагнитного излучения пропорциональна четвертой степени частоты.

* VI. Теория Фарадея-Максвела.
1. Электрическое поле, соответствующее какому-либо распределению заряда, определяется из закона Кулона.

2. Магнитные заряды не существуют.



3. Переменное магнитное поле возбуждает электрическое поле.



4. Магнитное поле возбуждается токами и переменными электрическими полями.



5. Заряд сохраняется.



6. Электрические и магнитные поля действуют на заряд с силой, определяемой формулой Лоренца.




страница 1


Смотрите также:
Электродинамика
186.58kb. 1 стр.




     

скачать файл




 



 

 
 

 

 
   E-mail:
   © zaeto.ru, 2020