Тема 1.Електростатика

Тема 1.Електростатика.

Робота електростатичного поля при переміщенні заряду. Потенціал.

Робота при переміщенні заряду в електростатичному полі. Потенціал електричного поля. Напруженість як градієнт потенціалу

Робота сил поля . Якщо заряд переміщається з точки 2 в точку 4, то робота

Різниця потенціалів. Зв’язок між напруженістю електричного поля та різницею потенціалів (напругою).

Нехай в електростатичному полі знаходиться заряд q. Робота при переміщенні цього заряду вздовж осі ОХ між двома нескінченно близькими точками… . З іншого боку, елементарна робота при переміщенні заряду q в електростатич­ному полі виражається через потенціали…

Електрична ємність відокремленого провідника. Одиниці електроємності.

Якщо надати відокремленому провіднику, який знаходиться в однорідному, ізотропному середовищі з відносною діелектричною проникністю ε деякий…   де - функція координат точки, що залежить від форми і розмірів провідника.

Конденсатори. З’єднання конденсаторів.

Конденсатор складається з двох провідників, які розділені діелектриком. Щоби на ємність конденсатора не впливали навколишні тіла, провідникам… Оскільки поле зосереджене всередині конденсатора, то лінії напруженості… Ємність конденсатора – фізична величина, що числово дорівнює відношенню величини заряду q, нагромадженого у…

І. Плоский конденсатор.

Якщо обкладки конденсатора мають форму паралельних між собою пластин, то його називають плоским (рис. 139). Площа пластин конденсатора S і якщо лінійні розміри пластин великі порівняно з d, то електричне поле між пластинами можна вважати еквівалентним полю між двома нескінченними площинами, які заряджені різнойменно і поверхневі густини яких дорівнюють і . Крім того, відстань d повинна бути настільки малою, щоб порушення однорідності поля поблизу його країв можна було не брати до уваги.

Напруженість електричного поля і різниця потенціалів між обкладками конденсатора в цьому випадку дорівнюють:

, ,

де - відносна діелектрична проникність середовища, що заповнює простір між пластинами.

Отже, ємність плоского конденсатора:

.

Ємність конденсатора, який має шаруватий діелектрик (рис. 140), визначають за формулою:

.

 

ІІ. Циліндричний конденсатор.

Циліндричний конденсатор утворюють дві металеві трубки різних радіусів, вставлені одна в одну аксіально, тобто так, що їх осі збігаються, і розділені шаром діелектрика (рис. 141). Поза конденсатором поля, створені внутрішньою і зовнішньою обкладками, взаємно знищуються. Поле створюється між обкладками тільки зарядом циліндра радіусом , оскільки заряд зовнішнього циліндра всередині конденсатора не створює електричного поля. Різниця потенціалів між обкладками циліндричного конденсатора

.

Тоді ємність циліндричного конденсатора

.

Якщо шар діелектрика дуже тонкий, то

 

і

.

Але площа обкладки циліндричного конденсатора. В результаті

.

Коли обкладки циліндричного конденсатора розділені дуже тонким шаром діелектрика, його електроємність з достатньою точністю можна обчислити за формою плоского конденсатора.

ІІІ. Сферичний конденсатор.

. Тоді електроємність сферичного конденсатора  

Паралельне з’єднання конденсаторів.

Різниця потенціалів між обкладками всіх конденсаторів , , , незалежно від ємності, однакова і дорівнює різниці потенціалів . При цьому… , , …, . Заряд всієї батареї розподіляється між обкладками конденсатора так, що

Послідовне з’єднання конденсаторів.

  Якщо на батарею подати напругу , то до такої різниці потенціалів зарядяться…  

Тема2.Постійний електричний струм.

Електричним струмом називають всякий упорядкований рух електричних зарядів. Електричний струм, який виникає у провіднику внаслідок того, що в ньому… Якщо перенесення електричних зарядів здійснюється при переміщенні у просторі зарядженого макроскопічного тіла, то…

Електричний струм у газах. Властивості газового розряду. Фізичні основи дії газорозрядних приладів. Струм в газах

Іонізацією газу називається явище відривання електронів від молекул газу, що приводить до утворення в газі вільних електронів та позитивних іонів і… Атоми і молекули газу – це стійкі системи заряджених частинок. Тому для… Роботу іонізації можна охарактеризувати за допомогою потенціалу іонізації.

Електричний струм у напівпровідниках. Власна та домішкова провідності напівпровідників. Власна провідність напівпровідників

У природі напівпровідники існують у вигляді хімічних елементів (елементи , , груп), наприклад, , , , , , i хімічних сполук,… Розрізняють власні і домішкові напівпровідники. Власними напівпровідниками є… На рис. 358 наведена спрощена схема структури власного напівпровідника. При абсолютному нулі його валентна зона…

Домішкова провідність напівпровідників

Домішками є атоми сторонніх елементів, надлишкові атоми, пусті вузли або атоми в міжвузлях і механічні дефекти. Наявність в напівпровіднику домішки… Розглянемо кристал германію в якому кожний атом зв’язаний з чотирма… При заміщенні атома германію Ge п’ятивалентним атомом арсену As один електрон не може утворити ковалентний зв’язок,…

Тема 4. Магнітостатика

Закон Ампера. Фізичні основи роботи електричних машин, електромагнітних реле та електровимірювальних приладів. Закон Ампера

Узагальнюючи результати дослідження дії магнітного поля на різні провідники зі струмом, Ампер встановив, що сила , з якою магнітне поле діє на елемент довжини провідника зі… .

Сила Лоренца. Рух заряджених частинок в магнітних полях. 3.Прискорювачі елементарних частинок.

Ефект Холла.

Потік вектора магнітної індукції. Теорема Гаусса для магнітного поля.

Робота при переміщенні контура зі струмом у магнітному полі.

Тема 5.Електромагнітна індукція. Магнітні властивості речовини.

Після відкриття Ерстеда, в якому було доведено, що навколо провідників із струмом існує магнітне поле, природно було поставити питання про… Явище виникнення електрорушійної сили при зміні магнітного потоку, що пронизує… Струм, що виникає у провідниках при електромагнітній індукції, називається індукційним.

Явище самоіндукції. Індуктивність контура. Явище самоіндукції. Індуктивність

. Під час проходження по контуру непостійного струму власний магнітний потік… Явище виникнення в контурі ЕРС індукції при змінах власного магнітного потоку, пов’язаних із зміною струму в цьому…

Взаємна індукція. Явище взаємної індукції. Взаємна індуктивність

Розглянемо два нерухомі контури, індуктивності яких і , що розміщені досить близько один від одного (рис. 198). Якщо в контурі 1 тече струм … Позначимо ту частину потоку, яка пронизує контур 2. Тоді ,

Енергія магнітного поля.

Енергія магнітного поля

Енергія магнітного поля дорівнює роботі, яка затрачається струмом на створення цього поля. Обчислимо енергію магнітного поля струму у випадку ізотропного середовища, в… .

Тема 6. Основи теорії Максвелла для електромагнітного поля.

Рівняння Максвела в інтегральній та диференціальній формах. Рівняння Максвелла для електромагнітного поля

Рівняння Максвелла пов’язують зміни основних характеристик електромаг­нітного поля - векторів , , , в даному матеріальному середовищі з… Середовище в рівняннях Максвелла враховується феноменологічно, тобто без… В основі теорії Максвелла лежать чотири рівняння.

Тема 7. Електромагнітні коливання і хвилі.

Загальні відомості про коливальні процеси.2. Гармонічні коливання. Рівняння гармонічного коливання гармонічних коливань

Коливання називаються періодичними, якщо значення фізичних величин, які змінюються в процесі коливань, повторюються через однакові проміжки часу.… Коливання називаються вільними або власними, якщо вони здійснюються за рахунок… Нехай матеріальна точка здійснює вільні гармонічні коливання вздовж осі координат біля положення рівноваги, яке…

Пружинний, математичний і фізичний маятники

Запишемо основне рівняння динамі­ки для цього випадку: , де - статична деформація пружини під дією сила тяжіння mg.

Рівняння затухаючого коливання. Диференціальне рівняння згасаючих коливань і його розв’язання

Для пружинного маятника масою m, що здійснює малі коливання під дією пружної сили , сила опору пропорційна до швидкості, тобто , , де – коефіцієнт опору.