Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

fizika_KR

.pdf
Скачиваний:
55
Добавлен:
09.06.2015
Размер:
1.28 Mб
Скачать

где Е1 и φi - напряженность и потенциал, создаваемый в данной точке поля зарядом Qi.

10. Разность потенциалов между двумя точками электростатического поля:

1 2 A12 ,

Q0

где A12 – работа поля по перемещению заряда между точками 1 и 2.

11. Связь между напряженностью и потенциалом электростатического поля:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E grad ,

 

 

 

 

2

2

2

 

 

 

Edlcos =

E1dl ,

 

1 2

Edl

 

 

 

1

1

1

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

где Edl

- линейный интеграл напряженности электростатического поля.

1

 

 

 

 

 

12. Связь между напряженностью и потенциалом однородного поля:

 

E

2 1

; Δφ = Ed .

 

 

 

d

 

 

13.Циркуляция вектора напряженности электростатического поля:

Edl Edl cos E1dl 0 ,

где Е l - проекция вектора E на направление элементарного перемещения dl.

Интегрирование производится по любому замкнутому контуру.

14. Работа, совершаемая силами электростатического поля при перемещении заряда из точки 1 в точку 2:

A12 Q0 1 2 ,

 

2

 

2 E1dl .

A12 = Q0 Edl

Q0

1

 

1

15. Работа по перемещению точечного заряда Q в поле точечного заряда Q0:

A

QQ0

 

QQ0

.

12

4 0 r1

 

4 0 r2

 

 

16. Работа по перемещению заряда в однородном электростатическом поле:

A12 = QEl cosα .

17.Поток вектора напряженности электростатического поля через

элементарную площадку:

 

 

 

 

 

 

 

 

dN EdS ,

 

 

 

 

dN = EdScos α = EndS,

 

 

 

- вектор, модуль которого равен dS , а направление совпадает с

где dS

ndS

 

 

 

 

 

нормалью n

к площадке; En = Ecos α - составляющая вектора E

по

направлению нормали к площади

18. Поток вектора напряженности электростатического поля через произвольную поверхность:

 

 

= EdS cos En dS .

NE = EdS

S

 

S

S

19. Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме:

 

 

 

 

n

 

NE= EdS

 

E n dS = Qi

0 ,

S

 

 

 

i 1

 

в случае непрерывного распределения зарядов

 

 

 

 

 

 

 

NE = EdS

1

dV ,

 

0

 

S

 

 

V

 

где ε0– электрическая постоянная, Qi - алгебраическая сумма зарядов внутри поверхности; n-число зарядов; ρ - объемная плотность зарядов.

20. Применение теоремы Гаусса к расчету электрических полей.

Система зарядов

Напряженность поля

Потенциал

 

 

 

 

 

Q

 

 

 

 

E = Q/4πε0r2

 

 

 

Точечный заряд Q

 

4 0 r

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Равномерно заряженная

E = σ/2ε0

r 0 :

 

 

 

 

0

Er

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 Er

бесконечная плоскость с

 

r 0 :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

поверхностной плотностью

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

зарядов σ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Две равномерно разноименно

r ≤ 0, r ≥ d: E= 0

r 0 :

 

 

0

 

 

 

заряженные бесконечные

0 < r < d: E = σ/ε0

0 r d :

 

0

Er

 

плоскости, расположенные на

 

r d :

 

 

 

Ed

 

0

расстоянии d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Равномерно заряженная сфера

 

0 < r < R: E = 0

0 < r ≤ R:

Q

 

 

 

 

 

радиусом R

 

r = R:

E = Q/4πε0R2

 

 

 

 

 

 

 

0 R

 

 

 

 

 

r > R: E = Q/4πε0r2

 

 

 

 

 

 

Q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r > R:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Равномерно объемно заряженный

0 < r < R:

E = Qr/4πε0R3

0 < r < R:

 

 

Q R 2 r 2

шар, радиусом R

r = R:

E = O/4πε0R2

 

Q

 

 

 

r > R:

E = Q/4πε0r2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

0

R

8

0

R 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r = R:

 

φ = Q/4πε0R

 

 

 

 

 

 

r > R:

 

φ = Q/4πε0r

Равномерно заряженный

r < R:

E = 0

r < R:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

бесконечный цилиндр радиуса R

r = R:

E = τ/2πε0R;

 

 

 

 

 

 

 

 

2 0

 

 

 

 

 

(нить) с линейной плотностью

r > R:

E = τ/2πε0r

 

 

 

 

 

ln(r R)

заряда τ

 

 

 

 

 

r > R:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21. Электроемкость уединенного проводника:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С

Q

, Ñ

 

Êë

Ô ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Â

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где Q–заряд, сообщенный проводнику, φ - потенциал проводника.

Электроемкость проводника, помещенного в диэлектрик:

C= εC0.

22.Электроемкость шарового проводника:

C = 4πε0εR,

где R–радиус шара; ε - диэлектрическая проницаемость среды. 23. Электроемкость конденсатора:

Q

C = ,

где Q – заряд, сообщенный одной из обкладок; ∆φ - разность потенциалов между обкладками.

24. Емкость плоского конденсатора:

С dS ,

где S - площадь каждой пластины конденсатора; d – расстояние между пластинами.

25. Емкость системы конденсаторов:

последовательное соединение:

1/ C = n 1/ Ci;

i 1

параллельное соединение:

C = n Ci,

i 1

где Ci - емкость i-го конденсатора, n - число конденсаторов в батарее.

26. Энергия взаимодействия системы точечных зарядов:

n

Q

i

 

Wп

i

,

2

 

i 1

 

 

 

 

 

где i - потенциал, создаваемый всеми зарядами, кроме i–го в той точке, где находится заряд Qi.

27. Энергия уединенного заряженного проводника:

Wп C 2 Q Q2 ,

2 2 2C

где Q – заряд; C – электроемкость, – потенциал проводника

28.Энергия заряженного конденсатора:

C 2 Q Q2 ,

Wп 2 2 2C

где - разность потенциалов между обкладками.

29. Энергия электростатического поля плоского конденсатора (однородное поле):

 

 

Wï

 

0 Å 2

V ,

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где S– площадь одной из пластин; V = Sd

- объем конденсатора

30. Объемная плотность энергии:

 

 

 

 

 

w =

Wn

 

0 E 2 / 2 ;

w

Äæ

.

 

ì 3

 

V

 

 

 

 

II.ПОСТОЯННЫЙ ТОК

1.Сила и плотность электрического тока:

I dQdt , j dSdl , I Êëñ À, j ìA2 ,

где dQ – заряд, прошедший через поперечное сечение проводника за время dt.

2. Сопротивление R и проводимость G проводника:

G

1

,

R

 

,

G

S

,

 

 

 

 

R

 

 

S

 

 

 

где ρ – удельное сопротивление; ℓ - длина проводника; γ – удельная проводимость; S – площадь поперечного сечения проводника.

3. Сопротивление системы проводников:

n

а) R Ri - при последовательном соединении,

i 1

 

1

n

1

 

б)

 

- при параллельном соединении,

R

R

 

 

i 1

i

где Ri – сопротивление i-того проводника. 4. Законы Ома:

а) I 1 2 U - для участка цепи, не содержащего ЭДС,

R R

где φ1 – φ2 = U – разность потенциалов (напряжение) на концах участка цепи;

R – сопротивление участка;

б) I 1 2 E - для участка цепи, содержащего ЭДС,

R

где Е – ЭДС источника тока, R – полное сопротивление участка (сумма внешних и внутренних сопротивлений);

в)

I

E

- для замкнутой (полной) цепи,

 

R R

 

 

i

 

где R – внешнее сопротивление цепи, Ri – внутреннее сопротивление цепи. 5. Плотность тока в металле:

j = envср,

где vср – средняя скорость направленного движения носителей;

n – их концентрация (число носителей в единице объема). n

1

ì 3

 

6. Закон Джоуля-Ленца (количество тепла Q, выделившегося на

сопротивлении R за время dt при прохождении через него электрического

тока):

dQ I 2 Rdt U 2 dt UIdt . R

7.Полная мощность, развиваемая источником:

Р= I Е.

8.Полезная мощность РR, выделяемая на внешнем сопротивлении R:

РR = I U = I2 R = U 2 .

R

9. КПД источника тока:

PPR .

III. МАГНЕТИЗМ

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Связь магнитной индукции

B с напряженностью

H магнитного поля:

 

 

 

 

B

H

Òë, Í

 

À

 

B

 

H ,

,

o

A ì

 

 

 

 

 

 

ì

 

 

 

 

 

 

 

 

где - магнитная проницаемость изотропной среды; o - магнитная постоянная ( o 4 10 7 Гн м ). В вакууме I и тогда магнитная индукция в вакууме:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

o H .

 

 

 

 

2. Закон Био – Савара – Лапласа:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

I sin

 

 

dB

 

o dl r

 

 

, или dB

 

o

 

dl ,

 

 

r 3

 

4 r 2

 

 

4

 

 

 

 

где dB

- магнитная индукция поля, создаваемого элементом проводника

длиной

dl с током I;

 

- радиус-вектор,

направленный от элемента

r

проводника к точке, в которой магнитная индукция вычисляется; α - угол между радиусом – вектором и направлением тока в элементе проводника.

3. Магнитная индукция в центре кругового тока:

а)

I

B o I , 2R

где R - радиус кругового витка.

4. Магнитная индукция на оси кругового тока:

B

 

o

 

2R 2 I

,

 

 

R 2

 

 

4

3

 

 

 

 

 

h 2 2

 

где h – расстояние от центра витка до точки, в которой вычисляется магнитная индукция.

5. Магнитная индукция поля прямого тока:

B o I , 2ro

где

ro -

расстояние от оси проводника до точки, в которой вычисляется

магнитная индукция.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Магнитная

 

индукция

поля,

 

создаваемого отрезком провода с током

(рис. 1, а):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

o

 

I

cos 1

cos 2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

ro

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обозначения

 

поясняются

 

рисунком.

 

Направление вектора

магнитной

индукции

 

обозначено

точкой

 

это значит, что

 

направлен

B

 

B

перпендикулярно плоскости чертежа к нам.

 

 

 

 

 

 

б )

 

 

 

 

 

 

 

При симметричном расположении провода

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

относительно точки, в которой определяется

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

B

 

 

 

 

 

 

B

 

магнитная

индукция

 

(рис.1,б)

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

I

 

 

 

 

 

 

cosα2 = - cosα1 = cos α, тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

I

cos .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Магнитная индукция поля соленоида:

 

 

 

 

 

B 0 nI ,

где n – число витков соленоида, приходящееся на единицу длины.

8. Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле (закон Ампера):

 

 

F

I l B , или F I B l sin ,

где ℓ - длина проводника; α - угол между направлением тока в проводнике и

вектором магнитной индукции B . Это выражение справедливо для однородного магнитного поля и прямого отрезка проводника. Если поле неоднородно и проводник не является прямым, то закон Ампера можно применять к каждому элементу проводника в отдельности:

 

 

dF

I dl B .

9. Сила взаимодействия параллельных проводников с током:

F 0 I1 I 2 l , 2d

где d - расстояние между проводами.

10.Магнитный момент, создаваемый током:

Pm I S ,

где I - сила тока, протекающего по контуру, S - площадь контура, вектор S

численно равен площади S контура и совпадает по направлению с вектором нормали к плоскости контура.

11. Механический (вращательный) момент, действующий на контур с током,

помещенный в однородное магнитное поле:

 

 

 

 

 

M Pm B , или M P B sin ,

где

 

 

 

- угол между векторами Pm и B .

12.Потенциальная энергия контура с током в магнитном поле:

ПPm B , или П Pm B cos .

За нулевое значение потенциальной энергии контура с током в магнитном

поле принято расположение контура,

при котором вектор

 

Pm

 

 

 

 

 

 

 

 

перпендикулярен вектору B .

 

 

 

 

 

 

 

13. Отношение магнитного момента Pm

к механическому L (моменту

импульса) заряженной частицы, движущейся по круговой орбите:

 

 

Pm

 

1

 

Q

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L

 

2 m

 

 

где Q - заряд частицы, m - масса частицы.

14. Сила Лоренца (если частица находится одновременно в электрическом и магнитном полях), то под силой Лоренца понимают выражение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

QE Q V

B ,

 

при отсутствии электрического поля:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F Q V

B или F Q V B sin ,

 

 

- скорость заряженной частицы,

 

 

 

где V

- угол между векторами V

и B .

15. Магнитный поток:

а) в случае однородного магнитного поля и плоской поверхностиB S cos , или Bп S ,

где S - площадь контура; α - угол между нормалью к плоскости контура и вектором магнитной индукции;

б) в случае неоднородного поля и произвольной поверхности

BпdS , Ô Òë ì 2 Âá , s

интегрирование ведется по всей поверхности. 16. Потокосцепление (полный поток):

.

Эта формула справедлива для соленоида и тороида с равномерной намоткой плотно прилегающих друг к другу N витков.

17. Работа по перемещению замкнутого контура в магнитном поле: A I .

18. Э.Д.С. индукции (закон Фарадея-Максвелла):

i ddt .

19.Разность потенциалов на концах проводника, движущегося со скоростью

V в магнитном поле:

U B l V sin ,

где l - длина проводника; - угол между векторами V и B .

20. Заряд, протекающий по замкнутому контуру при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур:

Q

 

, или Q

N

 

 

,

r

r

 

r

 

 

 

 

 

 

 

где r - сопротивление контура.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21. Индуктивность контура:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L

 

, L

 ñ

Ãí .

 

 

I

 

À

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22. Э.Д.С. самоиндукции:

s L dIdt .

23. Индуктивность соленоида:

L 0 n2V ,

где n - число витков, приходящееся на единицу длины соленоида; V - объём соленоида.

24. Мгновенное значение силы тока в цепи, обладающей сопротивлением r и

индуктивностью L:

а) при замыкании цепи:

 

 

 

r

 

 

I

1 e

L t

,

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где - Э.Д.С. источника тока; t - время, прошедшее после замыкания цепи;

б) при размыкании цепи:

 

 

 

r

t

 

I I

 

 

 

0

e

L

,

 

 

 

 

 

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]