ФИзика

1. Тела могут иметь электрические заряды двух типов.Носители-элементарные частицы(е,р,ионы).

З.Сохр.зар.: «Алгебраическая сумма электрических зарядов тел или частиц, образующих электрически изолированную систему, не изменяется при любых процессах, происходящих в этой системе». Электрически изолированной принято считать систему, через поверхность которой нет переноса зарядов.

З.Куллона: «Сила электростатического взаимодействия между двумя точечными электрическими зарядами прямо пропорциональна произведению величин зарядов, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и направлена вдоль соединяющей их прямой так, что одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются». «Сила электростатического взаимодействия между двумя точечными электрическими зарядами прямо пропорциональна произведению величин зарядов, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и направлена вдоль соединяющей их прямой так, что одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются». Экспериментальные исследования показали, что при прочих равных условиях сила электростатического взаимодействия зависит от свойств среды, в которой находятся заряды. Поэтому коэффициент пропорциональности k в законе Кулона представляют в виде k = k₁ / e, где k₁ - коэффициент, зависящий только от выбора системы единиц; e - безразмерная величина, которая характеризует электрические свойства среды и называется относительной диэлектрическойпроницаемостью среды. Для вакуума e = 1.

В системе единиц СИ единица заряда кулон (Кл) определяется через единицу силы тока ампер (А) и единицу времени секунду (с), так что 1 Кл = 1 А×1 с. Коэффициент k₁ в этой системе определяется следующим образом: k₁ = 1 / 4pe₀ = 8,988×10⁹ (Н×м²) / Кл², где e₀ = 8,85×10^–12 Кл² / (Н×м²) и носит названиеэлектрической постоянной.

2.Поле, создаваемое неподвижными электрическими зарядами, называют стационарным электрическим, или электростатическим полем. Оно представляет собой частный случай электромагнитного поля. О наличии электрического поля можно судить, прежде всего, по его способности оказывать силовое действие на электрические заряды, движущиеся и неподвижные.

Количественной характеристикой силового действия электрического поля на заряженные тела служит векторная величина E, называемая напряжённостью электрического поля.E = F / q _пр.Напряженность поля точечного заряда. Используя закон Кулона найдем выражение для напряжённости электрического поля, создаваемого точечным зарядом q в однородной изотропной среде на расстоянии r от заряда:

Напряженность не зависит от того какой заряд мы внесли в некоторую (.),даже если в ней не будет никакого заряда-напряженность будет та де.

Напряженность векторной суммы есть напряженность создаваемая всеми всеми источниками зарядов в эл.поле-сумма пот. энергий.

Принцип суперпозиции. Напряжённость поля, создаваемого системой неподвижных точечных зарядов q₁, q₂, q₃, ¼, q_n, равна векторной сумме напряжённостей электрических полей, создаваемых каждым из этих зарядов в отдельности:                                           

Циркуляция вектора напряженности электрического поля. Работа, совершаемая силами электрического поля при перемещении единичногоположительного заряда по замкнутому контуру длиной l, определяется как циркуляция вектора напряженности электрического поля:

Так как для замкнутого пути положения начальной и конечной точек перемещения заряда совпадают, то работа сил электрического поля на замкнутом пути равна нулю, а значит, равна нулю и циркуляция вектора напряженности, т.е.

.

Равенство нулю означает, что силы электрического поля являются силамиконсервативными, а само поле - потенциальным.

3.Для установления связи между силовой характеристикой электрического поля -напряжённостью и его энергетической характеристикой - потенциаломрассмотрим элементарную работу сил электрического поля на бесконечно малом перемещении точечного заряда q: dA = q E dl, эта же работа равна убыли потенциальной энергии заряда q: dA = - dW_п = - q d, где d - изменение потенциала электрического поля на длине перемещения dl. Приравнивая правые части выражений, получаем: E dl = -d или в декартовой системе координат

E_x dx + E_y dy + E_z dz = -d,      (1.8)

где E_x, E_y, E_z - проекции вектора напряженности на оси системы координат. Поскольку выражение (1.8) представляет собой полный дифференциал, то для проекций вектора напряженности имеем

откуда 

Напряжённость в какой-либо точке электрического поля равна градиенту потенциала в этой точке, взятому с обратным знаком. Знак «минус» указывает, что напряженность E направлена в сторону убывания потенциала.

 .

4. Линии напряженности-это линии касательные к которым в любой точке совпадают по направлению с вектором Е.Густота линий напряженности задает задает величину напряженности. В случае однородного или центрального полей силовые линии прямые,в других случаях искривлены.

Эквипотенциальная поверхность- поверхность, в любой своей точке ортогональная силовым линиям поля. Чем ближе поверхности друг к другу тем больше напряженность поля.

5. Электрический ди­поль — система двух равных по модулю разноименных точечных зарядов ( + Q, -Q), расстояние l между которыми зна­чительно меньше расстояния до рассмат­риваемых точек поля. Вектор, направлен­ный по оси диполя (прямой, проходящей через оба заряда) от отрицательного за­ряда к положительному и равный расстоя­нию между ними, называется плечом дипо­ля l. Вектор совпадающий по направлению с плечом диполя и равный произведению заряда|Q| на плечо l, называется электрическим моментом диполя р или дипольным мо­ментом.

Согласно принципу суперпозиции (80.2), напряженность Е поля диполя в произвольной точке:Е=Е₊ + Е_-,где Е₊ и Е_- — напряженности полей, со­здаваемых соответственно положительным и отрицательным зарядами. Воспользо­вавшись этой формулой, рассчитаем на­пряженность поля на продолжении оси диполя и на перпендикуляре к середине его оси.

1. Напряженность поля на продолже­нии оси диполя в точке.напряженность поля диполя в точке направлена по оси дипо­ля и по модулю равнаЕ_A=Е₊-Е_-.

Обозначив расстояние от точки до середины оси диполя через л, на основании формулы для вакуума можно за­писать

2. Напряженность поля на перпенди­куляре, восставленном к оси из его середи­ны, в точке В (рис. 123). Точка В равноу­далена от зарядов, поэтому

ренных треугольников, опирающихся плечо диполя и вектор ев, получим

откуда

Е_B=Е₊l/r'. (80.5)

Подставив в выражение (80.5) значение (80.4), получим

Вектор Е_B имеет направление, противопо­ложное электрическому моменту диполя (вектор р направлен от отрицательного заряда к положительному).

11. Диэлектриками называются вещества, которые в обычных условиях практически не проводят электрический ток, их удельное сопротивление в раз больше, чем у металлов. Молекулы, обладающие электрическим дипольным моментом, называют полярными. Степень поляризации диэлектрика характеризуется векторной величиной, которая называется поляризованостью или вектором поляризации (P). Поляризованность определяется как электрический момент единицы объема диэлектрика

,

Электронный тип поляризации характерен для диэлектриков с неполярными молекулами. Ориентационнный тип поляризации характерен для полярных диэлектриков. Решеточный тип поляризации характерен для ионных кристаллов. Поляризованность изотропных диэлектриков любого типа связана с напряженностью поля соотношением , где  - диэлектрическая восприимчивость диэлектрика.

7. Дипольным взаимодействием называется взаимодействие диполей, приводящие к их взаимной ориентации и притяжению. Энергия взаимодействия двух диполей пропорциональна произведению их дипольных моментов. 

8. Поток вектора напряженности электрического поля. Пусть небольшую площадку DS пересекают силовые линии электрического поля, направление которых составляет с нормалью n к этой площадке угол a. Полагая, что вектор напряженности Е не меняется в пределах площадки DS, определим поток вектора напряженности через площадку DS как DF_E = E DS cos a.    

Для элементарной площадки dS выражение принимает вид

dF_E = E dS

Через всю площадку S поток вектора напряженности вычисляется как интеграл по поверхности

Т.Гаусса: Поток вектора Е через замкнутую поверхность=отношению суммы зарядов заключенных внутри этой поверхности к е₀

Заряд внутри произвольной замкнутой оболочки.

Поток ~ количеству силовых линий.Если через 2 поверхности проходят одни и те же силовые линии то потоки равны.

9.

10. Проводники в электростатическом поле. Электростатическая индукция. К проводникам относят вещества, у которых имеются свободные заряженные частицы, способные двигаться упорядоченно по всему объему тела под действием электрического поля. Заряды таких частиц называют свободными.  Проводниками являются металлы, некоторые химические соединения, водные растворы солей, кислот и щелочей, расплавы солей, ионизированные газы. Рассмотрим поведение в электрическом поле твердых металлических проводников. В металлах носителями свободных зарядов являются свободные электроны, называемые электронами проводимости. Если внести незаряженный металлический проводник в однородное электрическое поле, то под действием поля в проводнике возникает направленное движение свободных электронов в направлении, противоположном направлению вектора напряженности Ео этого поля. Электроны будут скапливаться на одной стороне проводника, образуя там избыточный отрицательный заряд, а их недостача на другой стороне проводника приведет к образованию там избыточного положительного заряда, т.е. в проводнике произойдет разделение зарядов. Эти нескомпенсированные разноименные заряды появляются на проводнике только под действием внешнего электрического поля, т.е. такие заряды являются индуцированными (наведенными), а в целом проводник по-прежнему остается незаряженным

12. Так как на границе раздела диэлектриков нет свободных зарядов, то, в соответствии с теоремой Гаусса, поток вектора электрической индукции через данную поверхность

13. Если проводник имеет избыточный заряд,то вся его поверхность и объем имеют постоянный потенциал.Если заряд изменить,то потенциал изменится во столько же раз. Коэффициент пропорциональности между зарядом и потенциалом-электроемкость.

Если мы имеем конденсатор,то потенциал измеряем не относительно 8,а относительно пластины.

14.

15. Если через некоторую поверхность переносится суммарный заряд, отличный от нуля, то говорят, что через эту поверхность течет электрический ток. Направлением тока условились считать направление движения положительно заряженных частиц. Линии, вдоль которых движутся заряженные частицы, названылиниями тока. Для количественной характеристики электрического тока служат две основные величины: плотность тока и сила тока. Плотность тока равна заряду, проходящему в единицу времени через единицу поверхности, которая перпендикулярна к линиям тока. Сила тока в проводнике равна заряду, проходящему в единицу времени через полное сечение проводникаРазмерность силы тока - ампер (А), единица измерения плотности тока - ампер на метр квадратный (). Если сила тока не меняется во времени, то ток, протекающий в проводнике, называют постоянным.

26. Внутри металла имеются микроскопические области(домены).При увеличении внешнего поля начинают расти те домены,дипольный момент которых направлен вдоль поля. За счет соседних доменов,которые ориентированы против поля. Если внешнее поле убрать,то доменная структура не вернется в прежнее состояние и вещество останется намагниченным.

е кружится вокруг ядра,но заряженная частица должна кружиться вокруг В.т.е. 2 вращения.Второе вращение приводит к образованию дополнительного дипольного момента направленного вдоль В.

 Циркуляция вектора   по произвольному замкнутому контуру (Г) равна алгебраической сумме токов. Напряжённость магнитного поля, векторная физическая величина (Н), являющаяся количественной характеристикой магнитного поля.Напряжённость магнитного поля не зависит от магнитных свойств среды. В вакууме Напряжённость магнитного поля совпадает с магнитной индукцией В

17.

18.

19.Магнитная индукция-силовая характеристика магнитного поляМодуль и направление вектора магнитной индукции определяется по влиянию магнитного поля на рамку с током, помещаемую в заданную точку магнитного поля.

 Закон Био Савара Лапласа определяет величину модуля вектора магнитной индукции в точке выбранной произвольно находящейся в магнитном поле. Поле при этом создано постоянным током на некотором участке:При прохождении постоянного тока по замкнутому контуру, находящемуся в вакууме, для точки, отстоящей на расстоянии r0, от контура магнитная индукция будет иметь вид.

35.КОГЕРЕНТНОСТЬ согласованное протекание в пространстве и во времени нескольких колебательных или волновых процессов, при котором разность их фаз остается постоянной.Это означает, что волны (звук, свет, волны на поверхности воды и пр.) распространяются синхронно, отставая одна от другой на вполне определенную величину. При сложении когерентных колебаний возникает интерференция; амплитуду суммарных колебаний определяет разность фаз.

Пространственная когерентность — когерентность колебаний, которые совершаются в один и тот же момент времени в разных точках плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.

Понятие пространственной когерентности введено для объяснения явления интерференции (на экране) от двух разных источников (от двух точек удлиненного источника, от двух точек круглого источника и т. п.).

Так при определённом расстоянии от источников разность оптического хода будет такой, что фазы двух волн будут отличаться на π. В результате этого приходящие волны от различных частей источника в центр экрана будут уменьшать значение мощности по сравнению с максимальным, которое имело бы место, если бы все волны имели одинаковую фазу.

Временная когерентность волны характеризует сохранение взаимной когерентности при временном отставании одного из таких лучей по отношению к другому. При этом мерой временной когерентности служит время когерентности – максимально возможное время отставания одного луча по отношению к другому, при котором их взаимная когерентность ещё сохраняется. Временная когерентность определяется степенью монохроматичности.

22. есть

28. Зако́н электромагни́тной инду́кции Фараде́я является основным законом электродинамики. Для любого замкнутого контура индуцированная электродвижущая сила (ЭДС) равна скорости изменения магнитного потока, проходящего через этот контур.

24.есть

25. Так как на проводник с током в магнитном поле действуют силы Ампера, то при перемещении проводника эти силы совершают работу. Пусть в однородном магнитном поле проводник длиной  совершает поступательное движение в направлении, перпендикулярном направлению вектора 

+

27. Все магнетики принято делить на три класса:

     1) парамагнетики – вещества, которые слабо намагничиваются в магнитном поле, причем результирующее поле в парамагнетиках сильнее, чем в вакууме, магнитная проницаемость парамагнетиков m > 1; Такими свойствами обладают алюминий, платина, кислород и др.;

     2) диамагнетики – вещества, которые слабо намагничиваются против поля, то есть поле в диамагнетиках слабее, чем в вакууме, магнитная проницаемость m < 1. К диамагнетикам относятся медь, серебро, висмут и др.;

     3) ферромагнетики – вещества, способные сильно намагничиваться в магнитном поле, . Это железо, кобальт, никель и некоторые сплавы.

29. Самоиндукция является важным частным случаем электромагнитной индукции, когда изменяющийся магнитный поток, вызывающий ЭДС индукции, создается током в самом контуре. Если ток в рассматриваемом контуре по каким-то причинам изменяется, то изменяется и магнитное поле этого тока, а, следовательно, и собственный магнитный поток, пронизывающий контур. В контуре возникает ЭДС самоиндукции, которая согласно правилу Ленца препятствует изменению тока в контуре.

Собственный магнитный поток Φ, пронизывающий контур или катушку с током, пропорционален силе тока I: 

30. Вокруг проводника с током существует магнитное поле, которое обладает энергией.  Откуда она берется? Источник тока, включенный в эл.цепь, обладает запасом энергии.  В момент замыкания эл.цепи источник тока расходует часть своей энергии на преодоление действия возникающей ЭДС самоиндукции. Эта часть энергии, называемая собственной энергией тока, и идет на образование магнитного поля.  Энергия магнитного поля равна собственной энергии тока.  Собственная энергия тока численно равна работе, которую должен совершить источник тока для преодоления ЭДС самоиндукции, чтобы создать ток в цепи.