- •1)Механическое движение. Элементы кинематики материальной точки: радиус- вектор, перемещение, скорость.
- •Скорость точки.
- •2)Ускорение точки. Нормальное и тангенциальное ускорение. Проекции ускорения на координатные оси.
- •Определение ускорения при координатном способе задания движения. Нахождение ускорения при естественном способе задания движения.
- •3)Кинематика вращательного движения. Угловая скорость и ускорение.
- •4)Динамика материальной точки. Сила, масса и импульс частицы. Законы Ньютона.
- •Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета
- •5) Инерциальные системы отсчета. Принцип относительности галилея. Преобразования Галилея.
- •Свойства инерциальных систем отсчёта
- •Принцип относительности Галилея
- •6)Силы внутренние и внешние. Замкнутая система отсчета. Закон сохранения импульса. Внутренние силы!
- •7)Центр инерции (масс). Движение центра инерции замкнутой системы.
- •В механике
- •Мощность в механике
- •9)Энергия. Кинетическая энергия материальной точки и тела, движущегося поступательно. Связь между изменением кинетической энергии и работой, действующих на тело сил.
- •Энергия и масса
- •Виды энергии
- •10)Понятие силового поля. Силы консервативные и неконсервативные. Потенциальная энергия и ее связь с силой, действующей на материальную точку.
- •11)Полная механическая энергия системы. Закон сохранения механической энергии.
- •Формулировка закона сохранения механической энергии.
- •12)Вращательное движение твердого тела. Момент инерции материальной точки и твердого тела относительно неподвижной оси. Кинетическая энергия вращающегося твердого тела. Теорема Штейнера.
- •13)Работа, совершаемая при вращении твердого тела. Момент силы относительно точки и оси вращения. Основное уравнение динамики вращательного движения твердого тела.
- •Момент силы относительно точки
- •Момент силы относительно оси
- •14)Момент импульса материальной точки и твердого тела относительно неподвижной оси вращения. Закон сохранения момента импульса.
- •15) Предмет молекулярной физики и термодинамики. Термодинамические параметры системы. Идеальный газ. Уравнение состояния идеального газа.
- •18)Барометрическая формула. Распределение молекул в поле силы тяжести(???). Распределение Больцмана.
- •19) Внутренняя энергия системы. Работа газа при изменениях его объема. Количество теплоты. Первое начало термодинамики.
- •Количество теплоты
- •Формулировка
- •20)Число степеней свободы молекулы. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы молекул. Внутренняя энергия идеального газа.
- •Идеальные газы
- •21)Теплоемкость. Зависимость теплоемкости идеального газа от вида процесса. Классическая теория теплоемкости идеального газа и ее ограниченность.
- •22)Применение первого начала термодинамики к изопроцессам в газах.
- •23)Применение первого начала термодинамики к адиабатическому процессу. Политропический процесс. Физический смысл адиабатического процесса
- •Политропный процесс
- •24)Поверхностный слой жидкости. Поверхностное натяжение. Коэффициент поверхностного натяжения и его зависимость от температуры и примесей. Пав.
- •25) Давление под изогнутой поверхностью жидкости(???). Формула Лапласа(не точно). Капиллярные явления.
- •26) Явление смачивания. Краевой угол смачивания. Свойства тонких пленок.
- •Получение и свойства Тонких пленок.
- •27) Электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда. Закон взаимодействия точечных зарядов. Единицы заряда.
- •28) Поле и вещество- две основные формы материи. Электрическое поле. Напряженность. Суперпозиция электрических полей. Графическое изображение электрических полей.
- •Виды полей
- •29) Поток вектора напряженности. Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме и ее практическое применение.
- •Теорема Гаусса для напряжённости электрического поля в вакууме
- •30) Работа электрического поля при перемещении электрического заряда. Потенциальный характер электрического поля.
- •31)Потенциал и разность потенциалов электростатического поля. Связь потенциала и напряженности поля. Эквипотенциальные поверхности.
- •33.Электроемкость проводников.Электроемкость плоского конденсатора и уединенной сферы.Конденсаторы.Единицы электроемкости.
- •34.Диэлектрики.Строение диэлектриков.Электрический диполь.Виды поляризации диэлектриков.
- •36.Электрическое поле в диэлектриках.Вектор электрического смещения.Теорема Гаусса для электрического поля в диэлектриках.
- •37.Постоянный электрический ток.Сила и плотность тока.Разность потенциалов.Электродвижущаяся сила и электрическое напряжение.
- •38.Закон Ома для неоднородного участка электрической цепи.
- •39.Природа электрического тока в металлах.Классическая теория электропроводности металлов.Экспериментальные доказательства электронной природы тока в металлах.
- •40.Взаимодействие токов.Магнитное поле.Вектор магнитной индукции.Закон Био-Савара-Лапласа и его практическое применение.
- •41.Циркуляция вектора индукции магнитного поля.Вихревой характер магнитного поля.Магнитное поле тонкого соленоида.
- •43.Сила Лоренца.Движение заряженной частицы в магнитном поле.Эффект Холла.
- •44.Поток вектора магнитной индукции.Контур с током в магнитном поле.Работа перемещения проводника и контура с током в магнитном поле.
34.Диэлектрики.Строение диэлектриков.Электрический диполь.Виды поляризации диэлектриков.
Диэлектрик (изолятор) — вещество, плохо проводящее или совсем не проводящее электрический ток. Концентрация свободных носителей заряда в диэлектрике не превышает 108 см−3. Основное свойство диэлектрика состоит в способности поляризоваться во внешнем электрическом поле.
Условно к проводникам относят материалы с удельным электрическим сопротивлением ρ < 10−5 Ом·м, а к диэлектрикам — материалы, у которых ρ > 108 Ом·м. При этом надо заметить, что удельное сопротивление хороших проводников может составлять всего 10−8 Ом·м, а у лучших диэлектриков превосходить 1016 Ом·м. Удельное сопротивление полупроводников в зависимости от строения и состава материалов, а также от условий их эксплуатации может изменяться в пределах 10−5—108 Ом·м. Хорошими проводниками электрического тока являются металлы. Из 105 химических элементов лишь двадцать пять являются неметаллами, причём двенадцать элементов могут проявлять полупроводниковые свойства. Но кроме элементарных веществ существуют тысячи химических соединений, сплавов или композиций со свойствами проводников, полупроводников или диэлектриков. Чёткую границу между значениями удельного сопротивления различных классов материалов провести достаточно сложно. Например, многие полупроводники при низких температурах ведут себя подобно диэлектрикам. В то же время диэлектрики при сильном нагревании могут проявлять свойства полупроводников. Качественное различие состоит в том, что для металлов проводящее состояние является основным, а для полупроводников и диэлектриков — возбуждённым.
К диэлектрикам относятся воздух и другие газы, стекло, различные смолы, пластмассы, многие виды резины.
Ряд диэлектриков проявляют интересные физические свойства. К ним относятся электреты, пьезоэлектрики, пироэлектрики, сегнетоэластики, сегнетоэлектрики, релаксоры и сегнетомагнетики.
Пассивные свойства диэлектриков
Пассивные свойства диэлектрических материалов используются, когда их применяют в качестве электроизоляционных материалов и диэлектриков конденсаторов обычных типов. Электроизоляционными материалами называют диэлектрики, которые не допускают утечки электрических зарядов, то есть с их помощью отделяют электрические цепи друг от друга или токоведущие части устройств, приборов и аппаратов от проводящих, но не токоведущих частей (от корпуса, от земли). В этих случаях диэлектрическая проницаемость материала не играет особой роли или она должна быть возможно меньшей, чтобы не вносить в схемы паразитных ёмкостей. Если материал используется в качестве диэлектрика конденсатора определённой ёмкости и наименьших размеров, то при прочих равных условиях желательно, чтобы этот материал имел большую диэлектрическую проницаемость.
Активные свойства диэлектриков
Активными (управляемыми) диэлектриками являются сегнетоэлектрики, пьезоэлектрики, пироэлектрики, электролюминофоры, материалы для излучателей и затворов в лазерной технике, электреты и др.
В настоящее время принято разделение линейных диэлектриков по механизмам поляризации молекул. Эта классификация исключительно важна при изучении как электрических, так и общих физико-химических свойств диэлектриков.
Неполярные диэлектрики (нейтральные) — состоят из неполярных молекул, у которых центры тяжести положительного и отрицательного зарядов совпадают. Следовательно неполярные молекулы не обладают электрическим моментом и их электрический момент p = q*L = 0. Примером практически неполярных диэлектриков, применяемых в качестве электроизоляционных материалов, являются углеводороды, нефтяные электроизоляционные масла, полиэтилен, полистирол и др.
Полярные диэлектрики (дипольные) — состоят из полярных молекул, обладающих электрическим моментом. В таких молекулах из-за их асимметричного строения центры масс положительных и отрицательных зарядов не совпадают. При замещении в неполярных полимерах некоторой части водородных атомов другими атомами или не углеводородными радикалами получаются полярные вещества. При определении полярности вещества по химической формуле следует учитывать пространственное строение молекул. К полярным диэлектрикам относятся феноло-формальдегидные и эпоксидные смолы, кремнийорганические соединения, хлорированные углеводороды и др.
Электрический диполь — система двух равных по модулю разноименных точечных зарядов (+q,-q), расстояние L между которыми значительно меньше расстояния до рассматриваемых точек поля.
Плечо диполя — вектор i направленный по оси диполя (прямой, проходящей через оба заряда) от отрицательного заряда к положительному и равный расстоянию между зарядами.Электрический момент диполя (дипольный момент):
Напряженность поля диполя в произвольной точке (согласно принципу суперпозиции):
где и — напряженности полей, создаваемых соответственно положительным и отрицательным зарядами.
35.Поляризация диэлектриков.Связанные заряды.Вектор поляризации.Диэлектрическая восприимчивость и проницаемость.Связь между ними.Физический смысл диэлектрической проницаемости и ее зависимость от температуры.
Поляризация диэлектриков — явление, связанное с ограниченным смещением связанных зарядов в диэлектрике или поворотом электрических диполей, обычно под воздействием внешнего электрического поля, иногда под действием других внешних сил или спонтанно.
Поляризацию диэлектриков характеризует вектор электрической поляризации. Физический смысл вектора электрической поляризации — это дипольный момент, отнесенный к единице объема диэлектрика. Иногда вектор поляризации коротко называют просто поляризацией.
Вектор поляризации применим для описания макроскопического состояния поляризации не только обычных диэлектриков, но и сегнетоэлектриков, и, в принципе, любых сред, обладающих сходными свойствами. Он применим не только для описания индуцированной поляризации, но и спонтанной поляризации (у сегнетоэлектриков).
Поляризация — состояние диэлектрика, которое характеризуется наличием электрического дипольного момента у любого (или почти любого) элемента его объема.
Различают поляризацию, наведенную в диэлектрике под действием внешнего электрического поля, и спонтанную (самопроизвольную) поляризацию, которая возникает в сегнетоэлектриках в отсутствие внешнего поля. В некоторых случаях поляризация диэлектрика (сегнетоэлектрика) происходит под действием механических напряжений, сил трения или вследствие изменения температуры.
Поляризация не изменяет суммарного заряда в любом макроскопическом объеме внутри однородного диэлектрика. Однако она сопровождается появлением на его поверхности связанных электрических зарядов с некоторой поверхностной плотностью σ. Эти связанные заряды создают в диэлектрике дополнительное макроскопическое поле с напряженностью Е1, направленное против внешнего поля с напряженностью Е0. Результирующая напряженность поля Е внутри диэлектрика Е=Е0-Е1.
В зависимости от механизма поляризации, поляризацию диэлектриков можно подразделить на следующие типы:
Электронная — смещение электронных оболочек атомов под действием внешнего электрического поля. Самая быстрая поляризация (до 10−15 с). Не связана с потерями.
Ионная — смещение узлов кристаллической структуры под действием внешнего электрического поля, причем смещение на величину, меньшую, чем величина постоянной решетки. Время протекания 10−13 с, без потерь.
Дипольная (Ориентационная) — протекает с потерями на преодоление сил связи и внутреннего трения. Связана с ориентацией диполей во внешнем электрическом поле.
Электронно-релаксационная — ориентация дефектных электронов во внешнем электрическом поле.
Ионно-релаксационная — смещение ионов, слабо закрепленных в узлах кристаллической структуры, либо находящихся в междуузлие.
Структурная — ориентация примесей и неоднородных макроскопических включений в диэлектрике. Самый медленный тип.
Самопроизвольная (спонтанная) — благодаря этому типу поляризации у диэлектриков, у которых он наблюдается, поляризация проявляет существенно нелинейные свойства даже при малых значениях внешнего поля, наблюдается явление гистерезиса. Такие диэлектрики (сегнетоэлектрики) отличаются очень высокими значениями диэлектрической проницаемости (от 900 до 7500 у некоторых видов конденсаторной керамики). Введение спонтанной поляризации, как правило, увеличивает тангенс угла потерь материала (до 10−2)
Резонансная — ориентация частиц, собственные частоты которых совпадают с частотами внешнего электрического поля.
Миграционная поляризация обусловлена наличием в материале слоев с различной проводимостью, образованию объемных зарядов, особенно при высоких градиентах напряжения, имеет большие потери и является поляризацией замедленного действия.
Связанные заряды. В результате процесса поляризации в объеме (или на поверхности) диэлектрика возникают нескомпенсированные заряды, которые называются поляризационными, или связанными. Частицы, обладающие этими зарядами, входят в состав молекул и под действием внешнего электрического поля смещаются из своих положений равновесия, не покидая молекулы, в состав которой они входят. Связанные заряды характеризуют поверхностной плотностью
Диэлектри́ческая проница́емость среды ε — безразмерная физическая величина, характеризующая свойства изолирующей (диэлектрической) среды. Связана с эффектом поляризации диэлектриков под действием электрического поля (и с характеризующей этот эффект величиной диэлектрической восприимчивости среды). Величина ε показывает, во сколько раз сила взаимодействия двух электрических зарядов в среде меньше, чем в вакууме. Относительная диэлектрическая проницаемость воздуха и большинства других газов в нормальных условиях близка к единице (в силу их низкой плотности). Для большинства твёрдых или жидких диэлектриков относительная диэлектрическая проницаемость лежит в диапазоне от 2 до 8 (для статического поля).
ЭЛЕКТРИ́ЧЕСКАЯ ВОСПРИИ́МЧИВОСТЬ-коэффициент пропорциональности c между поляризацией диэлектрика P (дипольным моментом единицы объема) и напряженностью E внешнего электрического поля.
В диэлектрике, помещенном во внешнее электрическое поле, наблюдается процесс поляризации: диэлектрик приобретает определенный макроскопический дипольный момент. Для большинства диэлектриков в слабых электрических полях вектор поляризации пропорционален напряженности внешнего электрического поля, и эта связь выражается соотношением:
Р = ceE,
где c — коэффициент пропорциональности, который и называют диэлектрической восприимчивостью; e нулевое — электрическая постоянная, e нулевое =8,854.10-12 Ф/м.
Поляризуемость полярных диэлектриков обусловлена всеми механизмами поляризации: электронной, ионной, дипольной. Обычно редко бывает, чтобы все доли поляризуемости были одинаково велики. Например, в ионных кристаллах дипольная часть вообще отсутствует. Экспериментально вклад каждой доли можно найти, измеряя диэлектрические проницаемости при разных частотах электромагнитной волны.