14.Специфические свойства твёрдых диэлектриков. Пьезоэлектрики, сегнетоэлектрики, электреты.

Сегнетоэлектрики – это диэлектрики обладающие спонтанной(самопроизвольной) поляризованностью в отсутствие внешнего поля. К ним относится титанат бария.

Для сегнетоэлектриков, связь между Е и р(поляризованность) – нелинейная

В сегнетоэлектриках наблюдается явление гистерезиса.

С увеличением вектора Е достигается насыщение, затем с уменьшением вектора Е присходит уменьшение поляризованности. При Е=0 имеем остаточную поляризованность р₀, чтобы её уничтожить прикладываем электрическое поле обратного направления, т.н. корустивную силу.

При отсутствии внешнего поля сегнетоэлектрик представляет собой мозаику из доменов(областей с различным направлением поляризованности) т.к . направления различны то в целом дипольный момент равен 0, при наложении внешнего поля происходит переориентация дипольных моментов , после прекращения действия поля, чатсь из них успевает переориентироваться.

Пьезоэффект.

Он состоит в том, что при механических деформациях, в некоторых криссталах, на гранях появляэтся электрические заряды разных знаков. Обратный пьезо эффект – изменение линейных размеров некоторых криссталов под действием электрического поля. Используется для поглащения ультразвука.

15. Постоянный электрический ток. Перенос заряда, сила и плотность тока.

Электрический ток – движение заряженных частиц. Носителями тока могут быть электроны, ионы или микроскопические частицы, несущие на себе заряд.За направлние тока выбирают направление движения положительных частиц. Сила тока – величина заряда, перенесенного через данную поверхность за единицу времени.

I = dq/dt

Плотность тока численно равна силе тока, через расположенную перепендикулярно к направлению движения носителей тока площадку dS, отнесенную к величине этой плоскости.

Физический смысл плотности тока.

Размером сечения проводника, его различные участки имеют разные свойства и ток по ним будет распределяться неравномерно, поэтому используют плотность тока.

16.ЭДС. Типы источников ЭДС.

Для того чтобы ток в проводнике или замкнутой цепи шёл постоянно мы должны осуществлять непрерывное движение зарядов по замкнутому контуру, с помощью электростатического поля, но этого сделать нельзя, т.е. в цепи должны действовать силы неэлектрического происхождения – сторонние силы.

Они характеризуются ЭДС, равное работе по перемещению харяда из точки 1 в точку 2.

А=А_1,2/q

Существует несколько типов источника ЭДС:

1.Гальванический элемент, в котором работа по перемещению заряда осуществляется за счёт энергии.

2.Генераторы – механическая энергия превращается в электрическую.

3.Фотоэлементы – световая в электрическую.

4.Термоэлементы – тепловая в электрическую.

Существует несколько формулировок ЭДС:

1.ЭДС – разность потенциалов на зажимах источника тока при разомкнутой внутренней цепи.(статистическое толколвание)

2.ЭДС – равно сумме падений напряжений во внешнем и внутренних частях цепи.(динамическое толкование)

17.Законы Ома для однородного участка цепи в дифференциальной и интегральной форме. Зависимость сопротивления металлов от температуры.

Ом эксперементально установил закон согласно которому сила тока, текущего по днородному металлическому проводнику, пропорционально падению напряжения U на проводнике:

I=U/R, где R – электрическое сопротивление проводника. Единицей сопротивления служит Ом , равный сопротивлению такого проводника, в котором при напряжении 1в течёт ток в 1А.

Величина сопротивления зависит от формы и размеров проводника, а также от свойств материала, из которого он сделан.

Закон Ома в интегральной форме для однородного участка цепи.

Однородный участок цепи – участок, в котором не действуют сторонние силы, т.е. нет источника ЭДС

Закон Ома в дифференциальной форме.

Найдём взаимосвязь между плотностью тока и направлению в одной и той же точке проводника.

Будем считать проводник изотропным, значит плотность тока и напряженность совпадают по направлению.

18. Закон Ома для неоднородного участка цепи и замкнутой цепи.

На неоднородном участке цепи действуют на носители тока, кроме электростатических сил eE, сторонние силы eE’. Сторонние силы способны вызывать упорядоченное движение носителей тока в той мере, как и силы электростатические. В однородном прводнике средняя скорость упорядоченного жвижения носителей тока пропорциональна электростатической силе еЕ. Очевидно, что там, где , кроме электростатической силы, на носители действуют сторонние силы, средняя скорость упорядоченного движения носителей будет пропорциональна силе еЕ+ еЕ’. Соответственно плотность тока в этих точках оказывается пропорциональна сумме напряженностей Е+Е’:

J=σ(Е+E’).- эта формула выпвжает в дифференциальной форме Ома для неоднородного участка цепи.

Проинтегрировав это выражение приходим к формуле:

IR=φ₁ –φ₂ +ε_1.2

I= (φ₁ –φ₂ +ε_1.2)/R

Эта формула выражает закон Ома для неоднородного участка цепи. Положив φ₁= φ₂, получим выражение закона Ома для замкнутой цепи :

I=ε/R, здесь ε – ЭДС, действующая в цепи, R – суммарное сопротивление всей цепи.

19.Работ и мощность тока. Закон Джоуля – Ленца.

Рассмотрим произвольный участок цепи постоянного тока, к каогцам которого приложено напрядение U. За время t через каждое сечение проводника проходит заряд q=It. Это равносильно тому, что заряд It переносится за время t из одного конца проводника в другой. При этом силы электростатического поля и сторонние силы, действующие на данном участке, совершают работу

A=Uq=UIt (напоминаю, что U определяется как работа, совершаемая электростатическими и сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда).

Разделив работу А на время t , за которое она совершается, получим мощность, развиваемую током на рассматриваемом участке цепи :

P=UI=(φ₁ –φ₂)I+ε₁₂I.

Эта мощность мржет рассходаваться на совершение рассматриваемым участком цепи работы над внешними телами(для этого участок должен перемещаться в пространстве), на протекание химических реакций и, наконец, на нагревание данного участка цепи.

Отношение мощности ∆P, развиваемой током в объёмк проводника ∆V, к величине этого объёма, называется удельной мощность. Тока Р_уд, отвечающей данной точке проводника. По определению удельная мощность проводника равна

Р_уд=∆Р/∆V

Условно говоря, удельная мощность есть мощность , развиваемая в единице объёма проводника.

Закон Джоуля – Ленца

Количество теплоты прямопропорционально квадрату силы тока, сопротивлению и времени прохождения тока.

В случае, когда проводник неподвижен и химических превращений в нём нет, работа тока затрачивается на увеличение внутренней энергии проводника, в результате чего проводник нагревается. Принято говорить, что при протекании тока по проводнику – выделяется тепло

Q=UIt

Заменив в соответствии с законом Ома U через RI получим формулу

Q=RI²t, это соотношение было установлено эксперементально Джоулем и , независимо от него , Ленцем и носит название закона Джоуля – Ленца.

Если сила тока изменяется со временем, то количество теплоты, выделяющееся за время t, вычисляется по формуле.

20. Правила Кирхгофа для расчёта разветвленной электрических цепей.

Расчет разветвлённых цепей значительно упрощается упрощается, если пользоваться правилами, сформуллированние Кирхгофом. Этих правил два. Первое относится к узлам цепи. Узлом называется точка, в которой сходятся более чем два проводника. Ток текущий к узлу, считается имеющим один знак(плюс или минус), текущий от узла – имеющий другой знак.

1 правило.

Количество токов сходящихся в ухле равно нулю.

2 правило.

В любом замкнутом контуре сумма произведений сил токов на сопротивлений соответствующих участков этого контура равна алгебраической сумме ЭДС всех источников тока, входящих в контур.

21. Магнитное поле, его основные особенности.

Электрические токи взаимодействуют между собой. Например, два тонких прямолинейных параллельных проводника, по которым текут токи, притягивают друг друга, если токи имеют одинаковое направление, и отталкивают, если токи противоположны .Сила взаимодействия, приходящаяся на единицу длины каждого из параллельных проводников, пропорциональна величинам токов в них

I₁ I₂ и обратно пропорциональна расстоянию d между ними:

, где К коэффициент пропорциональности К=μ₀/4π, μ₀-магнитная постоянная=4π*10^-7Гн/м.

Взаимодействие проводников по которым течёт ток, осуществляется через магнитное поле. Это название происходит от того, что, как обнаружил Эрстед, поле возбуждаемое током, оказывает ориентирующее действие на магнитную стрелку

Магнитное поле имеет направленный характер и должно характеризоваться векторной величиной В – магнитной индукцией

1.Силовые линии вектора В замкнуты (т.е. ни начала ни конца).

2. Если выключить ток во втором проводнике взаимодействие исчезнет, но электроны во втором проводнике останутся.

Останется и магнитное поле 1- ого проводника, т.к. магнитное поле действует только на движущие заряды.

3. Выключаем ток в обоих проводниках, - взаимодействия не будет, а электроны останутся.

Вывод : магнитное поле создаётся только движущими зарядами.

Принцип суперпозиции магнитного поля.

Поле порождаемое несколькими движущимися зарядами токами = векторной сумме полей, порождаемых каждым зарядом в отдельности.

Графически магнитное поле можно изображать с помощью силовых линий изображают с помощью силовых линий вектора В, линий касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора В.

Направление В определяется по правилу «буравчика» или по правилу правого винта.

Если вворачивать буравчик по направлению тока, то вращаемая рукоять буравчика покажет направление тока.

Магнитное поле движущего заряда.

Пространство изотропно, поютому, если заряд неподвижен, все направления оказываются равноправными. Этим обусловлен тот факт, что создаваемое точечным зарядом электростатическое поле является сферически – симметричным.

Рассмотрим магнитное поле, создаваемое в некоторой точке Р точечным зарядом q, движущимся с пстоянной скоростью υ. Возмущения поля передаются от точки к точке с конечной скорстью с. Поэтому индукция В в точке Р в момент времени t , а положением заряда в некоторой более ранний момент времени t-τ :

Опыт даёт, что в случае, когда υ<<c магнитная индукция поля движущего заряда определяется формулой

, где κ’ – коэффициент пропорциональности.

Отметим, что появление при движении зарда вылеленного направления в пространстве (направление вектора υ) приводит к том, что и электрическое поле движущегося заряда утрачивает сферическую симметрию и становится оссиметричным.

Вектор В совпадает с направлением постоянного движения правого винта при его вращении от υ к R.