Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле.

Рассмотрим участок проводника с током, который может перемещаться в магнитном поле. Поле будем считать однородным и перпендикулярным к плоскости контура. Работа, совершенная силой F при перемещении на x участка проводника l с током I, будет равна:

A = Fx = BIlx = IBS = IdФ .

В случае если поле неоднородно dA = IdФ, где dФ - поток магнитной индукции пересекаемый проводником при движении.

Можно показать, что если В не перпендикулярно плоскости контура, то формула для расчета работы будет той же. Формула будет справедлива и для перемещения проводника с током любой формы, в том числе и замкнутого контура с током (в этом cлучае dФ - изменение потока, пересекающего контур). Она справедлива не только для прямолинейного перемещения, но и для перемещения любого типа.

Примечания: 1.Если контур перемещается в однородном поле таким образом, что поток его пересекающий остается неизменным, то работа не производится.

2.. Работа по перемещению проводника с током совершается за счет энергии источника тока.

Самостоятельный разряд (тлеющий, искровой , дуговой, коронный).

Самостоятельный разряд и- существует в отдельности от внешнего конденсатора

Тлеющий разряд происходит в разряженном газе при сравнительно невысоких напряжениях в газоразрядных трубках. Газоразрядная трубка представляет собой стеклянный сосуд с двумя электронами. Из трубки откачивается воздух, и создаётся разряжение. Катод и анод подсоединяют к источнику постоянного напряжения в несколько сот вольт. При определенном разряжении в трубке начинается тлеющий разряд в виде светящегося газового столба, идущего от анода, а около катода возникает катодное пространство из-за резкого падения потенциала и электрическое поле здесь имеет большую напряжённость. Вызывается двумя видами ионизации: ударной ионизацией и выбиванием электронов из катода положительными зарядами.

Искровой - это прерывистый самостоятельный разряд при нормальном или повышенном давлении газа в электрическом поле очень большой напряженности. Предоставляет собой электронные и ионные лавины, вызванные ударной ионизацией. При этом в газе возникают каналы ионизированного газа - стриммеры. Газ в стримерах сильно нагревается, давление в нём повышается. Стремясь расшириться, этот газ создает звуковые волны. Разряд возникает в том случае, когда мощность источника недостаточна для поддержания непрерывного разряда.

Дуговой разряд – разряд между электродами, нагретый до высокой температуры при атмосферном или повышенном давлении. Электроды, разность потенциалов которых 60В, приводят к соприкосновению, и по полученной замкнутой цепи проводят электрический ток короткого замыкания. Затем электроды постепенно раздвигают, ток продолжает идти, так как пространство заполнено плазмой, которая и служит проводником. Концы электродов начинают испаряться. По мере горения катод заостряется, а на аноде образуется положительный кратер дуги. Дуговой разряд - длительный самостоятельный разряд в газах, происходящий за счёт энергии термоэлектронной эмиссии с катода.

Коронный разряд - самостоятельный разряд, образующийся в сильно неоднородных электрических полях. Ионизация электронным ударом происходит лишь вблизи одного из электродов в области с высокой напряженностью электрического поля.

Свободные гармонические электромагнитные колебания в колебательном контуре (физические принципы и закон сохранения энергии). Формула Томсона.

Колебательный контур — цепь, которая состоит из последовательно включенных резистора сопротивлением R, катушки индуктивностью L, и конденсатора емкостью С. 

Полная энергия электромагнитного поля в колебательном контуре сохраняется потому что она не расходуется на нагревание (R ≈ 0).

В контуре возникают гармонические незатухающие колебания заряда и силы тока потому что в начальный момент t = 0 между обкладками конденсатора образуется электрическое поле. В момент времени t = T/4 сила тока в контуре убывает, уменьшается магнитный поток в катушке. Конденсатор начинает перезаряжаться, и между его обкладок возникает электрическое поле, которое стремится уменьшить ток. В момент времени t = T/2 ток равен 0. Заряд на обкладках равен первоначальному по модулю, но противоположен по направлению. Потом все процессы начнут протекать в обратную сторону, и в момент t = T система вернется в первоначальное состояние. Далее цикл будет повторяться. В контуре при отсутствии потерь на нагревание проводов совершаются гармонические незатухающие колебания заряда на обкладках конденсатора и силы тока в катушках индуктивности.

По закону Ома для колебательного контура изменяют со временем заряд на конденсаторе и силу тока в катушке индуктивности

Зависимость периода собственных колебаний в колебательном контуре от величины электроемкости конденсатора и индуктивности катушки:

Формула Томсона связывает период собственных электрических колебаний в контуре с его ёмкостью и индуктивностью.

Свободные затухающие электромагнитные колебания в колебательном контуре (физические принципы и закон сохранения энергии). Добротность, декремент затухания.

Затуханием колебаний называется постепенное уменьшение амплитуды колебаний с течением времени, обусловленное потерей энергии колебательной системой.

Свободные колебания – это колебания в электрическом колебательном контуре, возникающие при наличии в нем определённого запаса энергии, складывающегося в каждый момент времени из энергии электрического поля (сосредоченные между обкладками конденсатора.)

Логарифмический декремент затухания δ - физическая величина, численно равная натуральному логарифму отношения двух последовательных амплитуд, отстоящих по времени на период .

Если затухание невелико, т.е. величина β мала, то амплитуда незначительно изменяется за период, и логарифмический декремент можно определить так:

,

где Азат_.(t) и Азат_.(t+NT) – амплитуды колебаний в момент времени е и через N периодов, т.е.в момент времени (t + NT).

Добротность Q колебательной системы – безразмерная физическая величина, равная произведению величины (2π) на отношение энергии W(t) системы в произвольный момент времени к убыли энергии за один период затухающих колебаний:

.

Так как энергия пропорциональна квадрату амплитуды, то

.

При малых значениях логарифмического декремента δ добротность колебательной системы равна Q=Пи/ δ=Пи*Ne , где Ne – число колебаний, за которое амплитуда уменьшается в "е" раз.

Так, добротность электромагнитной системы LCR – контура при малом затухании колебаний равна Q=1/R*корень из L/C,где R-сопротивление,L-индуктивность, С-емкость

Связь напряженности и потенциала электростатического поля. Эквипотенциальные поверхности. Потенциал и разность потенциалов равномерно заряженной бесконечной плоскости, двух бесконечных параллельных плоскостей , равномерно заряженной сферической поверхности. Объёмно заряженного шара, равномерно заряженной бесконечной нити.

Разность потенциалов двух точек электрического поля – величина, равная работе которую совершают силы электрического поля при перемещении единичного заряда из одной точки в другую.

Разность потенциалов называется напряжением.

Связь напряженности и потенциала:

При перемещении заряда из одной точки в другую в электрическом поле с напряженностью(Е) работу можно определить следующим образом: где d-расстояние между точками.

U=Ed-связь между потенциалом и напряженностью.

Сила F связана с потенциальной энергией соотношением:

;

.

следует, что Е либо в проекциях координатные оси:

Эквипотенциальная поверхность-поверхность все точки, которой имеют одинаковый потенциал. По густоте эквипотенциальных поверхностей можно судить о величине напряженности поля, (чем гуще, тем больше). Эквипотенциальные поверхности при приближении к заряду становятся гуще.

Потенциал и разность потенциалов

Сегнетоэлектрики. Диэлектрический гистерезис. Точка Кюри.

Сегнетоэлектрики- группа кристаллических диэлектриков обладающих в определенном интервале температур самопроизвольной поляризацией, которая зависит от электростатического поля, температуры, деформационных воздействия.

Диэлектрический гистерезис ( от греч. Запаздывание): при изменении поля значения поляризованности отстают от напряженности поля, в результате чего поляризованность и смещение определяются не только величиной напряженности в данный момент, но и предшествующими значениями напряженности, т.е. зависят от предыстории диэлектрика.

При циклических изменениях поля зависимость поляризованности от смещения следует кривой, называемой петлёй гистерезиса.

При первоначальном включении поля поляризованность растет с Е в соответствии с ветвью 1 . Уменьшение Р происходит по ветви 2. При обращении Е в нуль вещество сохраняет значение поляризованности Рr,называемое остаточной поляризованностью. Только под действием противоположно направленного поля напряженности Ес поляризованность становится равной 0. Это значение напряженности называется коэрцитивной силой. При дальнейшем изменении Е получаем ветвь 3 петли гистерезиса.

Точка Кюри: температура, при которой вещество становится нормальным диэлектриком.(пример: сегнетова соль имеет 2 точки Кюри:-15 и 22.5,причем она ведет себя как сегнетоэлектрик лишь в температурном интервале,ограниченном указанными значениями.При температуре ниже -15 и выше 22.5 электрические свойства соли обычны).