17. Магнитный поток. Теорема Остроградского-Гаусса. Закон Ампера.

Потоком вектора магнитной индукции (магнитным потоком) через площадку называетсяскалярная физическая величина, равная: . Для однородного поля и плоской поверхности:.Единица магнитного потока – вебер.

Теорема Остроградского-Гаусса: поток вектора магнитной индукции сквозь любую замкнутую поверхность равен нулю: . Эта теорема отражает факт отсутствия магнитных зарядов, вследствие чего линии магнитной индукции не имеют ни начала, ни конца и являются замкнутыми.

Закон Ампера: два параллельных тока одинакового направления притягиваются друг к другу с силой: .

18. Контур с током в магнитном поле. Работа перемещения контура с током в магнитном поле.

Магнитное поле оказывает на рамку с током ориентирующее действие, поворачивая ее определенным образом. Этот результат используется для выбора направления магнитного поля. За направление магнитного поля в данной точке принимается направление, вдоль которого располагается положительная нормаль к рамке. Вращающий момент сил зависит как от свойств поля в данной точке, так и от свойств рамки и определяется по формуле: , где – вектор магнитного момента рамки с током.

Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле равна произведению силы тока на магнитный поток, пересеченный движущимся проводником: . Полученная формула справедлива и для произвольного направления вектора . работа по перемещению замкнутого контура с током в магнитном поле равна произведению силы тока в контуре на изменение магнитного потока, сцепленного с контуром: .

19. Приближения квазисвободного и квазисвязанного электрона в теории твердого тела. Энергетические зоны в кристаллах. Распределение электронов по энергетическим зонам. Металлы, диэлектрики, полупроводники.

В основе зонной теории лежит так называемое адиабатическое приближение. Квантово-механическая система разделяется на тяжелые и легкие частицы — ядра и электроны. Поскольку массы и скорости этих частиц значительно различаются, можно считать, что движение электронов происходит в поле неподвижных ядер, а медленно движущиеся ядра находятся в усредненном поле всех электронов.

Образование зонного энергетического спектра в кристалле является квантово-механическим эффектом и вытекает из соотношения неопределенностей. В кристалле валентные электроны атомов, связанные слабее с ядрами, чем внутренние электроны, могут переходить от атома к атому сквозь потенциальные барьеры, разделяющие атомы, т. е. перемещаться без изменений полной энергии.

Каждая разрешенная зона вмещает в себя столько близлежащих дискретных уровней, сколько атомов содержит кристалл: чем больше в кристалле атомов, тем теснее расположены уровни в зоне. Разрешенные энергетические зоны разделены зонами запрещенных значений энергии, называемыми запрещенными энергетическими зонами. В них электроны находиться не могут.

Степень заполнения электронами энергетических уровней в зоне определяется заполнением соответствующих атомных уровней. В зависимости от степени заполнения зон электронами и ширины запрещенной зоны возможны четыре случая.

Если в твердом теле имеется зона, лишь частично заполненная электронами, то это тело всегда будет проводником электрического тока. Именно это свойственно металлам. Твердые тела, у которых энергетический спектр электронных состояний состоит только из валентной зоны и зоны проводимости, являются диэлектриками или полупроводниками в зависимости от ширины запрещенной зоны .