- •Билет #1
- •Билет #3.
- •Билет #4
- •Билет #5
- •Билет #6
- •1. Абсолютная температура. Температура — мера средней кинетической энергии молекул. Связь между температурой и энергией, средняя квадратичная скорость (определение).
- •Билет #7
- •Билет #8
- •Билет #9
- •Билет #11
- •Билет #12
- •Билет #13
- •Билет #14
- •Билет #15
- •Билет #17
- •Билет #19
- •Билет #20
- •Кипение. Зависимость температуры кипения от давления.
- •2. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Электронно-дырочный переход. Полупроводниковый диод. Транзистор
Билет #19
1. В термодинамике любую группу тел или частиц называют термодинамической системой. Если на термодинамическую систему не действуют внешние силы, то она самопроизвольно переходит в состояние теплового равновесия — состояние, при котором все ее термодинамические параметры: давление, объем, температура с течением времени будут оставаться постоянными. При выводе термодинамической системы из равновесного состояния вследствие изменения одного или нескольких параметров она станет переходить через ряд промежуточных состояний, пока не перейдет в новое состояние с новыми параметрами, Такой переход называется термодинамическим процессом. Если термодинамическая система, претерпев ряд изменений, возвращается в исходное состояние с первоначальными параметрами, то такой процесс называется круговым (или замкнутым, или циклом). Самопроизвольным называется такой процесс, при котором в телах, окружающих термодинамическую систему, не происходит никаких изменений. Иными словами, самопроизвольный процесс - процесс, который протекает в термодинамической системе без внешнего воздействия. Обратимым называется процесс, который может самопроизвольно протекать как в прямом, так и в обратном направлениях. Термодинамические процессы, которые не могут протекать самопроизвольно как в прямом, так и в обратном направлениях, называются необратимыми (например, расширение газа).
Событие, вероятность которого равна нулю, невероятно, т. е. невозможно. Например, все молекулы газа сами никогда не смогут одновременно оказаться в одной половине сосуда, т. е. газ самопроизвольно сжаться не может. По той же причине тепло не может самопроизвольно перейти от холодного тела к горячему, такой процесс невероятен, хотя прямой переход тепла от горячего тела к холодному реален. При трении прямой процесс перехода механической энергии во внутреннюю возможен, а обратный нет.
Любые термодинамические процессы со статистически огромным количеством молекул и атомов могут самопроизвольно протекать только в одном направлении, т. е. они необратимы, поскольку вероятность обратного процесса равна нулю. Это утверждение называется вторым законом (вторым началом) термодинамики. Вот некоторые другие его формулировки.
Второй закон термодинамики:
а) любые самопроизвольные процессы в термодинамической системе, состоящей из статистически огромного числа частиц, всегда переводят эту систему из менее вероятного состояния в более вероятное и никогда наоборот;
б) невозможен самопроизвольный процесс передачи тепла от тел, менее нагретых, телам, более нагретым;
в) невозможно изготовить вечный двигатель второго рода - устройство, в котором бы все тепло, полученное от нагревателя, полностью превращалось бы в механическую работу.
2. Электроемкость - физическая величина, xapaKтеризующую способность двух проводников накапливать электрический заряд.Напряжение и между двумя проводниками пропорционально электрическим зарядам, которые находятся на проводниках (на одном +1 q 1, а на друrом I q 1). Действительно, если заряды удвоить, то напряженность электрическоrо поля станет в 2 раза больше, следовательно, в 2 раза увеличится и работа, совершаемая полем при перемещении заряда, т. е. в 2 раза увеличится напряжение.
Поэтому отношение заряда q одноrо из проводников (на друrом находится такой же по модулю заряд) к разности потенциалов между этим проводником и соседним не зависит от заряда. Оно определяется геометрическими размерами проводников, их формой И взаимным расположением, а также электрическими свойствами окружающей среды.
Это позволяет ввести понятие электроемкости двух проводников. Электроемкостью двух проводников называют отношение заряда одноrо из проводников к разности потенциалов между ними:С = q/U
Чем меньше напряжение и между проводниками при сообщении им зарядов +1 q 1 и I q 1, тем больше электроемкость проводников. На проводниках можно накопить большие заряды, не вызывая пробоя диэлектрика. Но сама электроемкость не зависит ни от сообщенных проводникам зарядов, ни от возникающеrо между ними напряжения.
Формула позволяет ввести единицу электроемкости.Электроемкость двух проводников численно равна единице. если при сообщении им зарядов +1 Кл и 1 Кл между ними возникает разность потенциалов 1 В. Эту единицу называют фарад (Ф); 1 Ф == 1 Кл/В.Изза Toro что заряд в 1 Кл очень велик, емкость 1 Ф оказывается очень большой. Поэтому на практике часто используют доли этой единицы: микрофарад (мкФ) 10^-6 Ф И пикофарад (пФ) 10^-12 Ф.
Большой электроемкостью обладают системы из двух проводников, называемые конденсаторами.
Конденсатор представляет собой два проводника, разделенные слоем диэлектрика, толщина KOToporo мала по
сравнению с размерами проводников. Простейший плоский конденсатор состоит из двух одинаковых параллельных пластин, находящихся на малом расстоянии друr от друrа. Если заряды пластин одинаковы по модулю и противоположны по знаку, то силовые линии электрическоrо поля начинаются на положительно заряженной обкладке конденсатора и оканчиваются на отрицательно заряженной. Поэтому почти все электрическое поле сосредоточено внутри конденсатора и однородно.
Электрические поля окружающих тел почти не проникают внутрь конденсатора и не влияют на разность потенциалов между ero обкладками. Поэтому электроемкость конденсатора практически не зависит от наличия вблизи Hero какихлибо друrих тел.
Геометрия плоскoro конденсатора полностью определяется площадью S ero пластин и расстоянием d между ними. От этих величин и должна зависеть емкость плоскоrо конденсатора. Чем больше площадь пластин, тем больший заряд можно на них накопить: q~ S. С друrой стороны, напряжение между пластинами пропорционально расстоянию d между ними. Поэтому емкостьC= q/U~ S/d
Кроме Toro, емкость конденсатора зависит от свойств диэлектрика между пластинами. Так как диэлектрик
ослабляет поле, то электроемкость при наличии диэлектрика увеличивается. Для сравнения: в отсутствие диэлектрика между обкладками плоскоrо конденсатора при электроемкости в 1 Ф и расстоянии между пластинами d = 1 мм он должен был бы иметь площадь пластин S == 100 км 2 .
В зависимости от назначения KOHденсаторы имеют различное устройство. Обычный технический бумажный конденсатор состоит из двух полосок алюминиевой фольrи, изолированных друr от друrа и от Meталлическоrо корпуса бумажными лентами, пропитанными парафином. Полоски и ленты Tyro CBepHYты в пакет небольшоrо размера.В радиотехнике широко применяют конденсаторы переменной электроемкости Такой
конденсатор состоит из двух систем металлических пластин, которые при вращении рукоятки MorYT BXOдить одна в друrую. При этом меняются площади перекрывающихся частей пластин и, следовательно, их электроемкость. Диэлектриком в Taких конденсаторах служит воздух. 3начительноrо увеличения элек
троемкости за счет уменьшения pacстояния между обкладками достиrают в так называемых электролитических конденсаторах. Диэлектриком в них служит очень тонкая пленка оксидов, покрывающих одну из обкладок. Друrой обкладкой служит бумаrа, пропитанная раствором специальноrо вещества (электролита).
Конденсаторы находят применение радиотехнике.
Как и любая система заряженных тел, конденсатор обладает энерrией. Вычислить энерrию заряженноrо плоскoro конденсатора с однородным полем внутри Hero Heсложно.
Для Toro чтобы зарядить конденсатор, нужно совеРlllИТЬ работу по разделению положительных и отрицательных зарядов. Соrласно закону сохранения энерrии эта paбота равна энерrии конденсатора.
В том, что заряженный KOHдeHcaтор обладает энерrией, можно убедиться, если разрядить ero через
цепь, содержащую лампу накаливания, рассчитанную на напряже ние в несколько вольт (рис. 14.37).
При разрядке конденсатора лампа вспыхивает. Энерrия конденсатора превращается в тепло и энерrию света.
Выведем формулу для энерrии плоскоrо конденсатора.Напряженность поля, созданноro зарядом одной из пластин, равна E/2, rде Е напряженность поля в конденсаторе. В однородном поле одной пластины находится заряд q, распределенный по поверхности друrой пластины. Соrласно формуле для потенциальной энерrии заряда в однородном поле энерrия конденсатора равна: Wп = qEd/2, (14.24)
Так как Ed = U, rде U - разность потенциалов между обкладками конденсатора, то ero энерrия равна: Wп = qU/2.
Эта энерrия равна работе, которую совершит электри ческое поле при сближении пластин вплотную.
Заменив в формуле разность потенциалов или заряд с помощью выражения для электроемкости
конденсатора, получим: Wп = qU/2 = q/2C = C*(U^2)/2