Физика лекции. ЭЛЕКТРОСТАТИКА

Физика лекции.

ЭЛЕКТРОСТАТИКА.

Вопрос. Потенциал электростатического поля.

Если в электростатическом поле зарядом из тб.1 вдоль произвольной траектории перемещается другой заряд, то сила проложенная к заряду совершает работу. Работа силы F на элементарном перемещении равна .

……….

Так как и так же проинтегрировав найдем работу при перемещении заряда из точки 1 в точку 2.

Работа не зависит от перемещения а определяется только начальным и конечным положением следовательно электростатическое поля точечного заряда является потенциальным а силы консервативными. Работа по любому замкнутому пути равна нулю следовательно циркуляция вектора напряженности по замкнутому контуру также равна нулю.

Линии напряженности не могут быть замкнутыми они начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных. Тело находящееся в потенциальном поле сил обладает потенциальной энергией за счет которой совершается работа отношение потенциальной энергии к энергетической характеристикой поля называемой потенциалом.

Работа совершаемая силами при перемещении заряда равна произведению перемещаемого заряда на разность потенциалов начальной и конечной точки или .

Напряжённость как силовая характеристика и потенциал как энергетическая характеристика связаны с отношением . То есть напряженность поля равна градиенту или изменению потенциалов со знаком минус. Знак минус определяется тем что вектор напряженности направлен в сторону убывания потенциалов. Для графического изображения распределения потенциалов используют эквипотенциальные поверхности это поверхности каждой точки которых потенциал одинаков.

…………….

Линии напряженности всегда нормальны к эквипотенциальным поверхностям угол 90 градусов. Так как все точки поверхности имеют одинаковый потенциал работа по перемещению заряда вдоль этой поверхностью равна нулю.

 

Вопрос. Диэлектрики в электрическом поле.

Диэлектрик как и всякое вещество состоит из атомов и молекул, т.к. положительный заряд равен суммарному заряду электронов то молекула в целом электрически нейтральна.

Под действием электрического поля диэлектрик поляризуется под действием электрического поля это процесс ориентации диполей или появление под воздействием внешнего поля ориентированных диполей. Положительный заряд

…………..

 

Поляризация характеризуется поляризованостью определяемой как дипольный момент единицей объёма ……

Для большинства диэлектриков поляризованость линейно зависит от напряженности поля за исключением сегнетов электриков.

- диэлектрическое восприимчивость вещества. Величина безразмерная для большинства диэлектриков это единицы и десятки.

где -диэлектрическая проницаемость.

Вектор напряженности проходя через границу диэлектрика претерпевает скачкообразное изменение которое характеризуется вектором электрического смещения. .

Вектором D описывается поле созданное свободными зарядами линии вектора D начинаются и заканчиваются только на свободных зарядах а линии вектора E на любых-свободных или на связанных.

…..

 

Для произвольной замкнутой поверхности поток вектора D сквозь эту поверхность

Теорема Гаусса для электро-статического поля в диэлектрике. .

Сегменты электрики это диэлектрики обладающие в определенном интервале температур само произвольной поляризованостью. Сегнетова соль или титанат бария. Температура при которой все не обычные свойства исчезнут называется точкой Кюри -18+24.

Сегнетовы электрики аномально обладают диэлектрической проницаемостью.

Изображается наличие поляризованности нелинейной зависимостью P от E диэлектрический гистерезис.

…………………..

-остаточная поляризованость. - коэрцитивной силой. Чтобы уничтожить остаточную поляризованость надо приложить электрическое поле обратного направления.

 

Вопрос. Проводники в электростатическом поле, емкость проводника.

Если поместить проводник во внешнее поле и зарядить его то на заряды проводника будет действовать поле в результате чего они начнут перемещаться. Перемещение зарядов или ток продолжается до тех пор пока не установится равновесное распределение. Поле внутри проводника при этом превращается в ноль что означает что потенциал во всех точках проводника постоянен, то есть поверхность проводника является эквипотенциальной поверхностью. Вектор напряженности по внешней поверхности направлен по нормали. Если проводником сообщить некоторый заряд то не скомпенсированные заряды располагаются только на поверхности проводника то есть напряженность поля у поверхности определяется поверхностной плотностью зарядов

Если во внешнее поле нейтральный проводник то свободные заряды электроны ионы будут перемещаться положительные по полю отрицательные против поля

……. ……

Эти заряды называют индуцированными процесс будет происходить до тех пор пока поле внутри проводника настанет равным нулю. Такое явление перераспределения поверхностных зарядов называются электростатической индукцией. Различные проводники будучи одинаково заряженными имеют различный потенциал .

Где С – электроемкость или просто емкость которая определяется зарядом если его сообщить проводнику который изменит потенциал на 1В. Емкость проводника зависит от его размеров и формы но не зависит от материала и агрегатного состояния. Единицы емкости фарад (Ф). фарад это емкость проводника потенциал которого изменяется на один вольт при сообщении ему заряда на один кулон.

Вопрос. Конденсаторы.

Чтобы проводник обладал большой емкостью ему необходимо иметь большие размеры но есть устройства которые на ряду с малыми размерами могут накапливать достаточные по величине заряды то есть обладать большой емкостью. Эти устройства называются конденсаторами. Конденсатор состоит из двух проводников (обкладок) разделенных диэлектриком так как на конденсатор недолжны оказывать влияние окружающие тела то обкладкам конденсатора придают такую форму чтобы поле создаваемое накопленным зарядом было сосредоточено в узком зазоре между обкладками. Этому условию удовлетворяет

1. две плоских пластины (плоский конденсатор)

2. два коаксиальных цилиндра (цилиндрический конденсатор)

3. две концентрических сферы (сферический конденсатор)

Под емкостью конденсатора понимается физическая величина равная отношению заряда накопленного в конденсаторе к разности потенциалов между его обкладками

……..

 

 

S –площадь обкладок.

Для увеличения емкости между обкладками помещают диэлектрик (см. вопрос 5) из за наличия связанных зарядов при той же разности потенциалов емкость оказывается выше.

 

 

Вопрос. Последовательное и параллельное соединение конденсаторов. Энергия конденсаторов.

……….

При последовательном соединении на каждой обкладки конденсатора накапливается одинаковый заряд

 

Конденсаторы характеризуются пробивным напряжением это разность потенциалов между обкладками при которой происходить пробой – электрический разряд через слой диэлектрика. Конденсатор обладает запасом энергии точно также запасом энергии обладает электростатическое поле точечный заряд проводник.

 

ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК.

Вопрос. Электрический ток, сила и плотность тока.

Для существования тока необходимо наличие свободных носителей заряда и разности потенциалов пот действием которых заряды начнут двигаться упорядоченно любое упорядоченное движение носителей и есть электрический ток. Пот действием электрического поля положительные заряды двигаются по полю отрицательные против поля. Количественной мерой электрического тока служит сила тока .

Если ток или сила тока его направление не меняется со временем то такой ток называется постоянным. За направление тока условно принято считать направление движения положительных зарядов. Плотность тока определяется силой тока проходящего через единицу площади поперечного сечения

Если концентрация носителей равна n. И каждый носитель имеет заряд е. то за время dT или площадь S будет проходить заряд. то сила тока

Сила тока сквозь произвольную замкнутую поверхность определяется как поток вектора j.

.

Вопрос. Сторонние силы. ЭДС.

 

Если на проводник действуют только силы электростатического поля (кулоновские силы) происходит перемещение носителей от точек с большим потенциалом к точкам с меньшем потенциалом. Это приведет к выравниванию потенциала и исчезновению тока поэтому для существования постоянного тока необходимо наличие в цепи устройства способного создавать и поддерживать разность потенциалов они называются источниками тока а силы не электростатического происхождения – сторонние силы. Количественной меры сторонних сил является электродвижущая сила ЭДС В=Дж./Кл. работа производится за счет энергии затрачиваемой в источнике тока поэтому ЭДС можно назвать ЭДС источника тока. На проводник могут действовать сторонние силы так и электростатические силы тогда работу можно представить в виде

Для замкнутой цепи работа электростатических сил равна нулю.

Напряжением называется физическая величина определяемая работой по перемещению единично положительного заряда. .

 

Вопрос. Сопротивление проводника.

Сопротивление проводника зависит от формы размеров материала проводника сопротивление также зависит от температуры и для проводников с увеличением температуры растет

 

Величина обратная сопротивлении называется проводимость

Для ряда металлов и их сплавов например ртуть цинк медь алюминий свинец. При очень низких температурах T=0.14-20K наблюдается скачкообразное уменьшение сопротивления до нуля. То есть метал становится об салютным проводником. Это явление впервые было открыто в 1911 году для ртути и называется сверх проводимость.

 

Вопрос. Закон Ома. Параллельное и последовательное соединение проводников.

Токи и напряжение в проводнике с сопротивлением R связаны простым соотношением называемым законом ома.

1 Закон ома для неоднородного участка цепи.

Неоднородным участком цепи подразумевают наличие источника тока с параметрами ЭДС и собственным или внутренним сопротивлением r, резистора, и приложенного на данный участок разности потенциалов.

2В замкнутой цепи потенциал в любой ее точке одинаков следовательно разность потенциалов равен нулю .

3 Закон Ома для участка цепи. Участок цепи подразумевает наличие резистора с сопротивлением R которому приложена разность потенциалов то есть отсутствие источника.

4 Закон Ома в дифференциальной форме. Для вывода объединим закон ома для участка цепи и формулу для сопротивления. , то .

Параллельное и последовательное соединение проводников.

….. ……

 

 

 

 

Вопрос. Работа и мощность тока закон Джона-Ленца.

Рассмотрим однородный проводник к которому приложено напряжение через сечение проводника так как ток представляет собой перемещение заряда пот действием электрического поля то работа поля где произведение тока и напряжения называется мощностью тока . Если проводник неподвижен то вся работа тока пойдет на ее нагревание .

Количество теплоты выделяющиеся за единицу времени в единице объема называется удельной тепловой мощностью тока учитывая закон ома в дифференциальной форме получим закон Джона-Ленца .

 

Вопрос. Правило или законы Кирхгофа.

Для расчета сложных разветвлённых электрических цепей используют два правила Кирхгофа.

Первый закон, закон для токов Алгебраическая сумма токов в узле равна нулю Любая точка разветвления электрической цепи в которой сходятся три и более проводников с током (ветвь) называется узлом ток входящий в узел принято считать положительным а ток выходящий из узла отрицательным или на оборот .

Второй закон. Закон для напряжений. Второй закон получается из обобщенного закона Ома. Рассмотри контур состоящий из трех участков цепи. Токи совпадающие с направлением отхода контура записываем со знаком плюс не совпадающие со знаком минус. Источники считаются положите тельными если они создают ток направленный в сторону обхода контура .

Уравнение выражает второй закон Кирхгофа: в любом замкнутом контуре алгебраическая сумма произведений сил токов соответствующих участков равна алгебраической сумме ЭДС встречающихся в контуре. . Для расчета сложных цепей с применением правил Кирхгофа необходимо 1) выбрать произвольно направление токов если при расчете искомый ток получился со знаком минус то это значит что его направление было выбрано неверно и ток течет в другую сторону. 2) выбрать направление обхода контура токи напряжения и ЭДС совпадающие с направлением отхода записываются со знаком плюс не совпадающие со знаком минус. 3) составить столько уравнений чтобы их число было равно числу искомых величин при этом в уравнениях необходимо учесть все элементы входящие в схему.

 

Вопрос. Магнитное поле и его характеристики.

Подобно тому как в пространстве окружающем электрические заряды возникает электростатическое поле так и в пространстве окружающем токи и постоянные магниты возникает силовое поле называемое магнитным полем. Важнейшей особенностью магнитного поля является то что оно действует только на движущиеся в нем заряды.

…….

Ориентация контуров в пространстве определяется направлением нормали к контуру а направление нормали определяется правилом правого винта: за положительное направление нормали принимается направление поступательного движения винта головка которого вращается в направлении тока в рамки. За направление магнитного поля принимается направление вдоль которого располагается положительная нормаль к рамке.

………

Рамка с током испытывает вращающий момент М где М-произведение двух векторов . Если в данную точку поля помещать рамки с различными магнитными моментами то на них будут действовать различные вращающие моменты но отношение максимального вращающего момента к магнитному моменту для всех контуров одно и тоже и может служить характеристикой магнитного поля. Называемой магнитной индукцией. B=Тл= . Так как магнитное поле является силовым то его изображают с помощью линий магнитной индукции это линии касательные котором в каждой точке совпадают с вектором B. Линии магнитной индукции всегда замкнуты не имеют не начало не конца и легко определяются ориентацией магнита в магнитной поля всегда выходят с северного полиса и выходят в южный полис. Магнитное поле описывается вектором напряженности H. где -магнитная постоянная числено . -магнитное проницаемость вещества или среды. Напряженность поля H. А/м.

 

Вопрос. Закон Био-Савара-Лаплас.

Данный закон определяет магнитную индукцию B для проводника с током I элемент dL которого создает в некоторой точке эту самую индукцию.

……

Магнитное поле прямого тока .

…..

Магнитное поле в центре кругового ветка.

…….

.

 

Вопрос. Закон Ампера. Взаимодействие параллельных токов.

Обобщая результаты исследования действия магнитного поля ампер установил что сила с которой магнитная поля действует на элемент проводника с током находящегося в магнитном поле равна . Где гол между dl и b. Направление силы может быть найдено по правилу левой руги. Если ладонь расположить так чтобы в нее входил вектор b четыре пальца расположить по направлению тока то отогнутый большой палец покажет направлении силы действующий на ток. Закон Ампера применяется для определения силы взаимодействие двух токов. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

 

Вопрос. Магнитное поле движущего заряда.

Так как ток упорядоченное движение заряженных частиц и вокруг любого провода возникает магнитное поле то в любой движущийся в вакууме или среде заряд создает вокруг себя магнитное поле. Со стороны поля на заряд действует сила Лоренца направление которой задается правилом левой руки . Где угол магнитной скорости между . Сила Лоренца не совершает работы не изменят по величине скорость а следовательно и кинетическую энергию частице но меняет направление вектора скорости. Под действием силы Лоренца частица начнет двигается по окружности приобретай нормальное (центростремительное) ускорение. .

Величина называется удельный заряд.

Так как период вращения частицы движение по окружности будет наблюдается когда частица влетает в магнитное поле перпендикулярно линиям . Если частица влетает параллельно линиям магнитной индукции то есть магнитное поле на частицу не действует. . Если частица влетает под каким то углом то она начнет двигаться по спирали. Эти свойства используются в ускорителях элементарных частиц.

 

Вопрос. Эффект Холла.

Эффект Холла это возникновение в металле или полупроводнике с током плотностью J помещенным в магнитное поле B электрического поля в направлении перпендикулярно B и J .

…..

При данном направлении движения электроны испытывают силы Лоренца направленной вверх. В результате у верхнего края пластинки возникает повышенная концентрация электронов он зарядится отрицательно а у нижнего края их недостаток он зарядится положительно. В результате между краями пластинки возникает дополнительная поперечное электрическое поле направленно верх. Когда напряженность этого поля достигнет такой величины что его действие на заряды уравновесится силой Лоренца установится стационарное усиление сигналов в поперечном направлении .

Где R постоянная Холла

По измеренному значению постоянной Холла можно определить концентрацию носителей или зная знак судить о типе проводимости полупроводника.

 

Вопрос. Магнитные поля соленоида и тороийда.

…….

Для нахождения магнитной индукции поле катушек воспользуемся теоремой Гаусса для поля В где называется магнитное движущая сила. Для катушки содержащих n витков .

Для тороийда .

В соленоиде поле сосредоточенно внутри в тороийда линии B сосредоточена на оси в не тороийда линий нет.

 

Вопрос. Магнитный поток. Потока сцепление.

Потоком вектора магнитной индукции или магнитным потоком через площадку dS называют произведение . Ф магнитный поток [Вб] .

Теорема Гаусса для поля В поток вектора магнитной индукции сквозь любую замкнутую поверхность = 0. . Данная теорема отображает факт отсутствия магнитных зарядов в следствии чего линии магнитной индукции всегда замкнуты не имеют не начало не конца. Потока сцепление показывают как магнитный поток сцепляется со всеми ветками катушки. .

 

Вопрос. Электра магнитная индукция.

Фарадей в 1831 году открыл явление ЭМИ заключающаяся в следующем в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока возникает электрически ток названный индукционным. Фарадей установил что ЭДС индукции определяется скоростью изменения магнитного потока. знак минус показывает что при увеличении потока ЭДС индукции меньше нуля то есть поле индукционного тока направленна на встречу потоку. Если поток уменьшается то он изменяет ЭДС больше нуля то есть направление потока и поля совпадают.

 

……….

…………………

………………

Параметры трансформатора связаны приблизительном соотношением это уравнение идеализированного трансформатора. В котором пренебрегают потерей сопротивления. Где - коэффициент трансформации. Трансформатор может быть понижающим или повышающим. Если к вторичной обмотке подсоединить нагрузку то в цепи возникнет ток. Катушка может обладать запасом энергии.

Магнитное поле однородно и сосредоточенно внутри соленоида или на оси тороийда поэтому энергия заключена в объеме и распределена с постоянной объемной плотностью.

 

Вопрос. Магнитные свойства вещества.

Любое вещество является магнетиком. По магнитным свойствам все вещества делятся диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики. Для объяснения магнитных явлений будем считать что электрон движется в атоме по круговой орбите при этом он обладает орбитальным магнитным моментом если электрон движется по часовой стрелке то ток направлен против часовой стрелке и вектор по правилу буравчика. С другой стороны движущийся по орбите электрон обладает механическим моментом импульса. направление противоположны по этому где называется гиромагнитным отношением орбитальных магнитов. Кроме орбитального момента электрон обладает собственным механическим моментом импульса. Спин является свойством электрона спину соответствует собственный магнитный момент .

 

постоянная Планка.

У диамагнетиков составляющая магнитных полей складывается образуя собственной магнитное поле ослабляющие внешнее магнитное поле. К диамагнетикам относится медь, золото, серебро, смолы, углерод. В этих веществах магнитные моменты взаимно компенсируются и суммарный магнитный момент атома равен нулю. Эффект называют диамагнитным а вещества во внешнем магнитном поле намагничиваются против магнитного поля. Пара магнитные вещества намагничиваются во внешнем поле по полю или линиям поля атомы парамагнетика всегда обладают магнитным моментом но в следствии теплового движения молекул магнитные моменты ориентированы беспорядочно. Перенесение парамагнетиков в магнитное поле устанавливается преимущественное ориентация магнитных моментов. К парамагнетикам относится алюминий, платина.

 

Вопрос. Ферромагнетики.

На ряду со слабо магнитными веществами существует сильно магнитные это ферромагнетики. Они обладают спонтанной намагниченностью то есть намагничены даже при отсутствии внешнего магнитного поля. К ним относятся все представители железа, кобальт, никель. Помимо способностей сильно намагничивается ферромагнетики обладают другими исключительными особенностями. Для деи и парамагнетиков зависимость g от h. Для ферромагнетиков эта зависимость нелинейная.

-намагниченность

Х-магнитная восприимчивость.

У диа и парамагнетиков намагниченность исчезает с уменьшением внешнего магнитного поля. Ферромагнетики размагничиваются по петле гистерезиса.

………….

При уменьшении внешнего магнитного поля ферромагнетик размагничивается но при обладает остаточною намагниченностью. Чтобы размагнитить ферромагнетик полностью необходимо приложить поле обратного действия которая характеризуется коэрцитивной силой . Участок три четыре происходит перемагничивание происходит смена полюсов . участок 4,5,6 соответствует участку 1,2,3. Участок 6,1 перемагничивание. Ферромагнетики бывают магнито мягкими и магнито твердые. Ферромагнетик также можно разогреть до температуры Кюри. При этом ферромагнетик превращается в парамагнетик.

 

Вопрос. Теория Максвелла для электромагнитного поля.

Максвелл предположил что всякая переменное магнитное поле возбуждает в окружающем пространстве электрическое поле которое и является причиной возникновения индукционного тока. Для установления количественных соотношений между изменяющимся электрическим полем и вызываемым им магнитным поле Максвелл ввел понятие тока смещения. Максвелл обобщил теорему по циркуляции вектора введя в ее правую часть полный ток таким образом в основе теории максвелла лежат четыре уравнения. уравнение показывает что источником электрического поля могут быть не только электрические заряды но и изменяющие во времени магнитные поля.

j-плотность тока. Обобщённое теорема о циркуляции вектора h. Уравнение показывает что магнитные поля могут возбуждается либо движущими зарядами (электрическими токами) или переменными электрическими полями.

Теорема Гаусса для поля D

Теорема Гаусса для поля B

Для стационарных полей (E=const, B=const) уравнение Максвелла принят вид

 

Из уравнения Максвелла следует что электрические и магнитные поля неразрывно связаны друг с другом и образуют единое целое электромагнитное поле одним из выводов теории Максвелла на основании предложенного им тока смещения явилась возможность предсказания электромагнитных волн. Переменного электромагнитного поля распространяющегося с бесконечной скоростью. 3*10⁸.

 

КОЛИБАНИЯ И ВОЛНЫ.

Вопрос. Гармонические колебания и их характеристики.

Колебаниями называют движения или процессы которые характеризуются определенной повторяемостью во времени. Колебания называются свободными или собственными если они совершаются за счет первоначально сообщенной энергии. Простейшим типом колебаний являются гармонические колебания. Эти колебания изменяющиеся по закону синуса и косинуса. где А максимальное значение колеблющийся величины. круговая или циклическая частота. - начальная фаза колебаний.

фаза колебания. Т период колебания. Величина обратная периоду является частота. . А …………………

 

Кинетическая энергия точки совершающей прямолинейные гармонические колебания.

Полная энергия остается постоянной.

 

Вопрос. Гармонический осциллятор.

Гармоническим осциллятором называется система совершающая гармонические колебания по закону где уравнение гармонического колебания. Примерами гармонического осциллятора являются маятники.

Пружинный маятник груз совершающий гармонические колебания на пружине жесткостью пот действием упругой силы .

Физический маятник твердое тело совершающие под действием силы тяжести совершающие колебания вокруг неподвижной горизонтальной оси проходящий не через центр масс.

Математический маятниксостоит из материальной точки массы m подвощённой на нити и совершающий колебания под действием силы тяжести .

Примером гармонического осциллятора также является колебательный контур электрическая цепь состоящая из последовательно включённых катушки конденсатора и резистора. Для возбуждения электромагнитных колебаний в контуре к заряженному конденсатору присоединяет катушку такая система называется идеализированным колебательным контуром (R=0). Энергия заряженного конденсатора начинает уменьшатся а энергия магнитного поля катушки начинает увеличивается.

Период колебаний задается формулой Томсона

 

 

Вопрос. Сложение Гармонических колебаний.

Колеблющиеся тело может участвовать в нескольких колебательных процессов тогда необходимо найти результирующие колебания ли другими словами сложить колебания. Сложим гармонические колебания одного направления и одинаковой частоты . Так как колебания совершаются с одинаковой частотой то разность фаз . Уравнение результирующего колебания где амплитуда колебания . А начальная фаза результирующего колебания . Графически изобразить сложения колебания методом вращающегося вектора. Периодические изменения амплитуды колебания возникающие при сложении двух колебаний с близкими частотами. называется биениями. Биения характеризуются периодом биения . При сложении колебаний одинаковой частоты происходящих в двух взаимном перпендикулярных направлениях x y. Результатом сложения будет окружность при разности фаз равной . При других соотношениях разности фаз окружность вырождается в овал или прямую линию. При кратном соотношении частот результирующие колебания будут представлять собой различные фигуры называется фигурами Лиссажу.

1:1
1:2     1:3     2:3	//////   //////     //////	////	///   //////	/////	//////   //////     /////

Вопрос. Свободные затухающие колебания.

Колебания амплитуда которых в следствии потери энергии стечением времени уменьшается. Дифференциальные уравнения затухающих колебаний имеет вид

Где коэффициент затухания.

 

Так как любые колебания затухающие то они характеризуются частотой затухающихся колебаний.

Амплитуда колебания меняется по экспоненциальному закону.

В реальном контуре период колебаний также задается формулой Томсона .

Если амплитуды двух последовательных затуханий то их отношение называется декремент затухания. . Про логарифмировав данное выражение получим логарифмический декремент затухания. где это время с течением которого амплитуда колебаний уменьшается в раз называется время релаксации. . Колебательный контур характеризуется также добротностью.

 

Вопрос. Переменный ток.

Синусоидальный или переменный ток изменяющийся по гармоническому закону. . - мгновенное значение тока в данный момент времени. Если к резистору сопротивлению R приложить переменное напряжение то согласно закону Ома

Ток и напряжение совпадают по фазе.

Если катушке приложить переменное напряжение то согласно закону Ома и закону Фарадея . Так как то переменный ток после интегрирования получим . То есть напряжение опережает ток на . - индуктивность сопротивления. В конденсаторе реактивное сопротивление . При этом ток опережает напряжение по фазе на угол . Цепи переменного тока характеризуются полным сопротивлением. в цепи содержащей все три элемента угол сдвига фаз между напряжением и током задается уравнением .

 

 

Вопрос. Резонансные явления.

Явление резкого возрастания амплитуды колебаний при частоте равной или близкой к собственной частоте системы называется резонансом связи с этим различают резонанс напряжений или резонанс токов. Резонанс характеризуется резонансными кривыми. Резонанс напряжений возможен в последовательном колебательном контуре. При условии равенства реактивных сопротивлений сдвиг фаз между напряжением и током обращается в ноль. Поэтому условию удовлетворяет частота называемая резонансной частотой. . Ток в цепи определяется эти сопротивлением и принимает максимальное значение при этом напряжение на резисторе равно внешнему напряжению а напряжение на конденсаторе и напряжение на катушке одинаковы по амплитуде и противоположны по фазе. Явление резонанса используется в технике для усиления колебаний напряжения какой либо частоты что позволяет выделить из многих сигналов одно колебание определённой частоты то есть например на радио приемнике настроится на нужную длину волны.

 

 

Вопрос. Резонанс токов.

Возможен параллельном колебательном контуре.

Явление резкого уменьшения амплитуды силы тока во внешней цепи при приближении частоты к резонансной называется резонансом токов .В цепях переменного тока сила тока зависит от частоты. Так как от частоты зависит сопротивление данных элементов. Исходя из закона Ома

 

 

Вопрос. Мощность цепи переменного тока

Мгновенное значение мощности определяется произведение значением мгновенного тока мгновенного значения напряжения.

 

 

Активная мощность определяется произведением где коэффициент мощности. Мощность в цепи переменного тока зависит не только от силы тока и напряжения но и от сдвига фаз между ними. Если в цепи реактивное сопротивление . Если в цепи нет активного элемента R=0 то =0 и Активная мощность равна нулю какими бы высокими при этом небыли бы токи и напряжения.

Реактивная мощность определяется произведением если в цепи нет реактивного сопротивления то нет и реактивной мощности. Полная мощность определяется произведением где полное сопротивление цепи. Вт*А. Если коэффициент мощности имеет значение значительно меньше единицы то для передачи заданной мощности при данном напряжении нужно увеличивать силу тока. Увеличение силы тока приведет к выделению Джоулеввой теплоты или потребуется увеличить сечение провода поэтому на практике всегда стремятся увеличить коэффициент мощности наименьшее допустимое значение для промышленных установок составляет примерно 0.85.

 

 

Вопрос. Термоэлектрические явления.

Если температура контактов не одинакова то в цепи возникает электрический ток называемый термоэлектрическим. Явление возбуждения термоэлектрического тока

(явление Зеебека) а также связанное с ним явление Пельтье и Томсона называется термоэлектрическими явлениями.

Явление Зеебека обнаружил что в замкнутой цепи состоящий из последовательно соединённых разнородных проводников контакты между которыми имеют различную температуру возникает электрический ток. Рассмотрим цепь состоящею из проводников 1 и 2 с температурами t1 контакт А и t2 контакт Б.

 

В замкнутой цепи для многих пар металлов термо ЭДС прямо пропорционально разности температур

 

Причина возникновения ЭДС определяется контактной разностью потенциалов на границе двух металлов. Если температуры разные то разным будет потенциал и как следствие разность потенциалов. При градиенте температур происходит также диффузия электронов которая также обуславливает ЭДС. Для поддержания постоянного тока в цепи необходимо поддерживать постоянную разность температур а к более нагретому контакте все время подводить теплоту от менее нагретому все время отводить. Явление Зеебека используется для измерения температур для это применяют термоэлементы или термопары. Термопары это датчики температур состоящие из двух соединённые между собой проводников. Если контакты образовывающие термопару находятся при разных температурах то в цепи возникает термо ЭДС зависящая еще и от природы принимаемых материалов.

Явление Пельтье.

Рассмотрим цепь из двух проводников по которым пропускаю ток совпадающий с направлением термо тока при условии что t1>t2. Контакт (спай) А…

Явление Томсона.

Томсон исследует термо электрические явления пришёл к заключению что при прохождении тока по неравномерно нагретому проводнику должно происходить дополнительное выделение или поглощение теплоты. Объяснить явление Томсона можно также как и явление Пельтье.