
- •Экзаменационные вопросы по физике
- •2.Закон Кулона.
- •3. Электростатическое поле. Напряженность электростатического поля. Принцип суперпозиции.
- •4. Графическое изображение электростатического поля. Поток вектора напряженности.
- •5. Электрический диполь. Поле диполя.
- •7. Расчет напряженности электростатического поля бесконечной плоскости.
- •10. Потенциал электростатического поля.
- •11.Связь потенциала с напряженностью электростатического поля.
- •13.Поляризованность вещества. Поле плоского конденсатора с диэлектриком. Диэлектрическая проницаемость вещества.
- •14.Электрическое смещение. Теорема Гаусса для электростатического поля в диэлектрике.
- •15.Сегнетоэлектрики. Зависимость поляризованности от напряженности в них.
- •20.Энергия системы неподвижных точечных зарядов.
- •23.Энергия электростатического поля. Объемная плотность энергии.
- •25.Сторонние силы. Электродвижущая сила, напряжение.
- •30. Закон Ома для неоднородного участка цепи. Следствия из него.
- •34.Ионизация газов. Несамостоятельный газовый разряд.
- •35.Самостоятельный газовый разряд, его типы и применение.
- •37.Магнитное поле. Опыты Эрстеда. Магнитный момент витка с током.
- •38.Вектор магнитной индукции. Его связь с магнитной напряженностью.
- •39.Графическое изображение магнитного поля. Отличие линий магнитного поля от линий электростатического поля.
- •40.Закон Био-Савара-Лапласа. Магнитное поле прямого тока.
- •42.Взаимодействие проводников с током. Закон Ампера.
- •43.Магнитное поле движущегося заряда
- •44.Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца.
- •45.Движение заряженных частиц в магнитном поле. Ускорители элементарных частиц.
- •47.Циркуляция вектора магнитной индукции. Ее сравнение с циркуляцией напряженности электростатического поля.
- •48.Магнитный поток. Теорема Гаусса для магнитного поля.
- •49.Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле.
- •50.Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея. Правило Ленца.
- •51.Вывод закона Фарадея из закона сохранения энергии.
- •52.Индуктивность контура. Самоиндукция. Э.Д.С. Самоиндукции.
- •53.Явление взаимной индукции. Принцип работы трансформатора.
- •54.Энергия магнитного поля. Плотность энергии магнитного поля.
- •55.Магнетики. Молекулярные токи. Магнитные моменты атомов.
- •57.Природа ферромагнетизма. Свойства ферромагнетиков.
- •58.Напряженность магнитного поля. Магнитная проницаемость вещества.
- •59.Типы жидких кристаллов, их поведение в электрическом и магнитном полях. Применение жидких кристаллов.
- •60.Вихревое электрическое поле.
- •61.Ток смещения.
- •65.Вынужденные колебания в электрических цепях.
- •66.Дифференциальное уравнение электромагнитной волны. Плоские электромагнитные волны
- •67.Энергия и импульс электромагнитных волн. Вектор Умова-Пойнтинга.
- •68.Излучение диполя. Применение электромагнитных волн.
25.Сторонние силы. Электродвижущая сила, напряжение.
Для существования постоянного тока необходимо наличие в цепи устройства, способного создавать и поддерживать разность потенциалов за счет работы сил неэлектростатического происхождения. Такие устройства называются источниками тока. Силы неэлектростатического происхождения, действующие на заряды со стороны источников тока, называются сторонними.
Сторонние силы совершают работу по перемещению электрических зарядов. Физическая величина, определяемая работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда, называется электродвижущей силой (э. д. с.) ξ, действующей в цепи:
ξ=Aст/q0.
Сторонняя сила Fст, действующая на заряд q0, может быть выражена как
fст= Eстq0,
где Ест — напряженность поля сторонних сил. Работа же сторонних сил по перемещению заряда q0 на замкнутом участке цепи равна
Разделив на Q0, получим выражение для э.д.с., действующей в цепи:
т. е. э.д.с., действующая в замкнутой цепи, может быть определена как циркуляция вектора напряженности поля сторонних сил. Э.д.с., действующая на участке 1—2,
равна
На заряд q0 помимо сторонних сил действуют также силы электростатического поля F=q0E. Таким образом, результирующая сила, действующая в цепи на заряд q0, равна
F=Fст+F=q0(Eст+E).
Работа, совершаемая результирующей силой над зарядом q0 на участке 1—2, равна
т.е.
Напряжением U на участке 1—2 называется физическая величина, определяемая работой, совершаемой суммарным полем электростатических и сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда на данном участке цепи. Таким образом,
U=1-2+ξ
Если ξ=0, то U=1-2
26.Сопротивление проводника. Удельное сопротивление сверхпроводимости.
Немецкий физик Ом экспериментально установил, что сила тока I, текущего по однородному металлическому проводнику, прямо пропорциональна приложенному напряжению U и обратно пропорциональна сопротивлению R:
I=U/R,
Единица измерения: 1А=1В/1Ом
Сопротивление проводников зависит от его размеров и формы, а также от материала, из которого проводник изготовлен. Для однородного линейного проводника сопротивление R прямо пропорционально его длине l и обратно пропорционально площади его поперечного сечения S:
R=l/S,
где — коэффициент пропорциональности, характеризующий материал проводника. Он называется удельным электрическим сопротивлением. Единица удельного электрического сопротивления — Ом•м.
Закон Ома можно представить в дифференциальной форме.
I=US/ρl
I= jS
Из этих двух формул:
US/ρl= jS => j=E/ρ=Eγ
,
где величина,
обратная
удельному сопротивлению, называется
удельной
электрической проводимостью вещества
проводника (ее единица— См/м).
Выражение j=Eγ — закон Ома в дифференциальной форме, связывающий плотность тока в любой точке внутри проводника с напряженностью электрического поля в этой же точке. Это соотношение справедливо и для переменных полей.
Опыт показывает, что в первом приближении изменение удельного сопротивления, а следовательно, и сопротивления, с температурой описывается линейным законом:
где и 0, R и R0 — соответственно удельные сопротивления и сопротивления проводника при t и 0 °С, — температурный коэффициент сопротивления, для чистых металлов близкий к 1/273 К-1. Значит, температурная зависимость сопротивления может быть представлена в виде
R=R0T, где Т — термодинамическая температура. Качественная температурная зависимость сопротивления металла.
Впоследствии было обнаружено, что сопротивлекние многих металлов (например, Al, Pb, Zn и др.) и их сплавов при очень низких температурах Тк (0,14 — 20 К), называемых критическими, характерных для каждого вещества, скачкообразно уменьшается до нуля (кривая 2), т.е. металл становится абсолютным проводником. Впервые это явление, называемое сверхпроводимостью, обнаружено в 1911 г. Г. Камерлинг-Оннесом для ртути.
На зависимости электрического сопротивления металлов от температуры основано действие термометров сопротивления. Применение: термисторы — позволяют отмечать изменение температуры в миллионные доли кельвин и использовать термисторы для измерения температур в случае малых габаритов полупроводников.
27.Закон Ома для участка цепи в интегральной и дифференциальной форме.
Немецкий физик Ом экспериментально установил, что сила тока I, текущего по однородному металлическому проводнику, прямо пропорциональна приложенному напряжению U и обратно пропорциональна сопротивлению R:
I=U/R,
Единица измерения: 1А=1В/1Ом
Сопротивление проводников зависит от его размеров и формы, а также от материала, из которого проводник изготовлен. Для однородного линейного проводника сопротивление R прямо пропорционально его длине l и обратно пропорционально площади его поперечного сечения S:
R=l/S,
где — коэффициент пропорциональности, характеризующий материал проводника. Он называется удельным электрическим сопротивлением. Единица удельного электрического сопротивления — Ом•м.
Закон Ома можно представить в дифференциальной форме.
I=US/ρl
I= jS
Из этих двух формул:
US/ρl= jS => j=E/ρ=Eγ
, где величина, обратная удельному сопротивлению, называется удельной электрической проводимостью вещества проводника (ее единица— См/м).
Выражение j=Eγ — закон Ома в дифференциальной форме, связывающий плотность тока в любой точке внутри проводника с напряженностью электрического поля в этой же точке. Это соотношение справедливо и для переменных полей.
28.Работа и мощность тока.
Рассмотрим однородный проводник, к концам которого приложено напряжение U. За время dt через сечение проводника переносится заряд dq = Idt, при этом полем совершается работа.
dA=Udq=IUdt =(U2/r)dt=I2Rdt.
Мощность тока – работа, совершаемая в единицу времени.
P=dA/dt=UI=U2/R =I2R.
Единица измерения 1 Дж/с=1Вт
1 кВт•ч 1000Вт•3600с = 3,6•106 Вт•с = 3,6•106 Дж=3,6 МДж.
Если ток проходит по неподвижному металлическому проводнику, то вся работа тока идет на его нагревание и, по закону сохранения энергии,
dQ=dA.
- это выражение
представляет собой закон Джоуля —
Ленца.
Выделим в проводнике элементарный цилиндрический объем dV=dSdl (ось цилиндра совпадает с направлением тока),
сопротивление которого R= (dl/dS). По закону Джоуля — Ленца, за время dt в этом объеме выделится теплота
Количество теплоты, выделяющееся за единицу времени в единице объема, называется удельной тепловой мощностью тока. Она равна
dQ/dtdV=w=j2
Используя дифференциальную форму закона Ома (j =E/=E) получим
w =jE =E2.
29.Закон Джоуля-Ленца в интегральной и дифференциальной форме.
Рассмотрим однородный проводник, к концам которого приложено напряжение U. За время dt через сечение проводника переносится заряд dq = Idt, при этом полем совершается работа.
dA=Udq=IUdt =(U2/r)dt=I2Rdt.
Мощность тока – работа, совершаемая в единицу времени.
P=dA/dt=UI=U2/R =I2R.
Единица измерения 1 Дж/с=1Вт
1 кВт•ч 1000Вт•3600с = 3,6•106 Вт•с = 3,6•106 Дж=3,6 МДж.
Если ток проходит по неподвижному металлическому проводнику, то вся работа тока идет на его нагревание и, по закону сохранения энергии,
dQ=dA.
- это выражение
представляет собой закон Джоуля —
Ленца.
Выделим в проводнике элементарный цилиндрический объем dV=dSdl (ось цилиндра совпадает с направлением тока),
сопротивление которого R= (dl/dS). По закону Джоуля — Ленца, за время dt в этом объеме выделится теплота
Количество теплоты, выделяющееся за единицу времени в единице объема, называется удельной тепловой мощностью тока. Она равна
dQ/dtdV=w=j2
Используя дифференциальную форму закона Ома (j =E/=E) получим
w =jE =E2.