1. Електричне поле. Напруженість електричного поля. Закон Кулона Вид матерії, за допомогою якої здійснюється взаємодія електричних зарядів на відстані, називається електричним полем.Електричне поле завжди існує навколо електричного заряду і має дві характеристики: силову (напруженість електричного поля в даній точці) та енергетичну (потенціал електричного поля в даній точці).Напруженість Е електричного поля в якій-небудь точці вимірюється силою F, з якою поле діє на одиничний позитивний точковий заряд q, вміщений у цю точку поля :Е = F/q . Напруженість електричного поля – векторна величина. Напрямок вектору напруженості збігається з напрямком вектору сили F, що діє в даній точці на позитивний заряд. 2° Закон Кулона. Вперше закон взаємодії нерухомих електричних зарядів встановив англійський фізик Кавендіш, однак свої дослідження він не оприлюднив і вони стали відомі науковій громадськості після публікацій Дж. Максвелла в середині ХІХ сторіччя. Французький фізик Ш. Кулон (1785 г.) незалежно від Кавендіша встановив закон взаємодії електричних зарядів. В своїх дослідах Кулон вимірював сили притягання і відштовхування заряджених кульок за допомогою сконструйованого ним приладу – крутильних терезів (рис. 2), які мали надзвичайно високу чутливість. Так, наприклад, коромисло терезів поверталось на 1° під дією сили 10–9 Н.Ідея вимірювань ґрунтувалась на блискучій здогадці Кулона про те, що якщо заряджену кульку привести в контакт з точно такою, але незарядженою, то заряд першої розділиться між ними порівну. Так було знайдено спосіб змінювати заряд кульки в два, три і т. д. рази. В своїх дослідах Кулон виміряв взаємодію між кульками, розміри яких набагато менші від віддалі між ними. Такі заряджені тіла називають точковими зарядами.Точковим зарядом називають заряджене тіло, розмірами якого в умовах даної задачі можна знехтувати.На підставі багатьох дослідів Кулон встановив такий закон:Сили взаємодії двох нерухомих точкових зарядів напрямлена вздовж прямої лінії, що з’єднує заряди, прямо пропорційні добуткові обох зарядів і обернено пропорційні квадрату віддалі між ними:F = kq1∙q2/r2 де к – коефіцієнт пропорційності, який визначається вибором системи одиниць.

2. Потенціал поля. Різниця потенціалів Електричне поле завжди існує навколо електричного заряду і має дві характеристики: силову (напруженість електричного поля в даній точці) та енергетичну (потенціал електричного поля в даній точці).Напруженість Е електричного поля в якій-небудь точці вимірюється силою F, з якою поле діє на одиничний позитивний точковий заряд q, вміщений у цю точку поля :Е = F/q . Напруженість електричного поля – векторна величина. Напрямок вектору напруженості збігається з напрямком вектору сили F, що діє в даній точці на позитивний заряд.Потенціалом електричного поля в даній точці називається величина, яка чисельно дорівнює значенню потенційної енергії одиничного позитивного точкового заряду, вміщеного в цій точці.Потенціали точок електричного поля позитивно зарядженого тіла позитивні й зменшуються у міру віддалення від тіла, а потенціали точок електричного поля негативно зарядженого тіла негативні й збільшуються при віддаленні від тіла.Потенціал наелектризованого провідника стає тим більшим, чим більше електрики йому передається.Якщо електричне поле створюється декількома зарядами, розташованими в різних точках простору, то потенціал в кожній точці поля дорівнює алгебраїчній сумі потенціалів полів усіх зарядів у цій точці.Різниця потенціалів (?1 – ?2) між двома точками електричного поля одержала назву напруги (U). Напруга чисельно дорівнює роботі А, яку виконують електричні сили при переміщенні одиничного позитивного заряду q між двома точками:U = ϕ1 – ϕ2 = А/q.

3. Електроємність. Конденсатори та використання їх в техніці. З”єднання конденсаторів у батарею.

електроємність – це властивість провідника або системи провідників нагромаджувати заряди на своїй поверхні «СІ» вимірюється Кл/В=Ф (фарада) залежить від розмірів провідника і впливу навколишнього середовища. Формула «С=q/φ» Конденсатор це пристрій для нагромадження електричних зарядів або електричної енергії, ємність якого не залежить від впливу середовища. Скл. 2-ох заряджених металічних частин, які називаються обкладками, між ними знаходиться діелектрик – він збільшує ємність конденсатора і не дає перескакувати з обкладки на обкладку. Щоб розрядити конденсатор його обкладки треба з’єднати провідником. Конденсаторам знаходиться використання практично в усіх галузях електротехніки. Конденсатори використовуються як фільтри при перетворенні змінного струму на постійний. При з’єднанні конденсатора з котушкою індуктивності утворюється коливальний контур. Який використовується у пристроях прийому передачі. За допомогою конденсаторів можна отримувати імпульси великої потужності, наприклад у фотоспалахах. Оскільки конденсатор здатний довгий час зберігати заряд то його можна використовувати у якості елементів пам’яті. Щоб підібрати потрібну електроємність для заданої робочої напруги, конденсатори з’єднують у батареї. Можливими є три типи з’єднань конденсаторів: послідовне, паралельне, і змішане. Паралельне з’єднання конденсаторів. Щоб отримати велику електроємність, кілька конденсаторів з’єднують в батарею так, щоб всі позитивно заряджені обкладки мали один спільний електрод, а заряджені негативно – інший (рис. 143). Таке з’єднання називається паралельним. При цьому кілька конденсаторів немовби замінюють одним, у якого площа обкладок дорівнює сумі площ обкладок складових конденсаторів. При послідовному з’єднанні конденсаторів негативно заряджену обкладку першого конденсатора з’єднують з позитивно зарядженою обкладкою другого і т.д.Якщо на батарею подати напругу , то до такої різниці потенціалів зарядяться тільки крайні обкладки першого і останнього конденсатора, причому Провідник, що з’єднує негативно заряджену обкладку першого та позитивно заряджену обкладку другого конденсатора, можна розглядати разом з обкладками як одне провідне тіло. Внаслідок явища електростатичної індукції вільні заряди цього тіла під дією поля прикладеної напруги перерозподіляються так, що на одній обкладці з’являється негативний заряд , а на інший – позитивний . Тому можна зробити висновок, що заряди на всіх послідовно з’єднаних конденсаторах, незалежно від їх ємності, однакові і дорівнюють заряду всієї батареї.

1. 4. Електричний струм та умови його існування. Сила і густина струму

2. Під дією цієї сили в провіднику виникне напрямлений рух електричних зарядів, який і називають електричним струмом.Умови існування: 1. Наявність вільних заряджених частинок.2. Наявність електричного поля (різниці потенціалів на кінцях провідника). 3. Замкнене електричне коло.За напрям електричного струму вважають напрям руху позитивних зарядів. Силою струму називають скалярну величину, що дорівнює відношенню кількості заряду ∆q , що переноситься за одиницю часу через поперечний переріз провідника:Одиниця сили струму в СІ – ампер – [І]=А. Густина струму — векторна величина, напрямок якої визначається напрямком потоку заряду.У системі СІ сила струму вимірюється в амперах. Відповідно, густина струму вимірюється в A/м². Постійний струм – це струм, сила і напрям якого не змінюється. Для постійного струму:Густина струму – векторна фізична величина.

3. 5. Закон Ома для ділянки кола без е.р.с опір провідників. Надпровідність.

4. Найпростіше електричне коло може складатися з джерела струму, споживача опоруR, з’єднувальних провідників, амперметра і вольтметра.  Закон Ома для ділянки електричного кола: на деякій ділянці кола сила струму Iпрямо пропорційна напрузі U і обернено пропорційна опору R ділянки: 

5. - закон Ома У багатьох випадках для регулювання сили струму в колі застосовують спеціальні прилади – реостати. Надпрові́дність — квантове явище протікання електричного струму у твердому тілі без втрат. Явище надпровідності існує для низки матеріалів, не обов'язково провідників високої якості при звичайних температурах. Перехід до надпровідного стану відбувається при певній температурі, яку називають критичною температурою надпровідного переходу. Надпровідність, проте, може бути зруйнована, якщо помістити зразок у зовнішнє магнітне поле, яке перевищує певне критичне значення. Це критичне магнітне поле зменшується при збільшенні температури.

6. Електрорушійна сила джерел струму. Закон Ома для повного кола.

ЕРС – це фізична величина, що характеризує енергію сторонніх сил джерела струму й вимірюється роботою сторонніх сил 9тобто сил не електростатичного походження), виконаною при переміщенні одиничного позитивного електричного заряду.

6. :Як і напругу чи потенціал у СІ ЕРС вимірюють у вольтах: [e] = B.Закон Ома для повного кола пов'язує силу струму в колі, ЕРС, і повний опір кола R + r, де r - внутрішній опір джерела; R - опір зовнішньої ділянки кола Повне, або замкнене електричне коло складається з двох частин: так званої внутрішньої, або джерела ЕРС і зовнішньої, яка з’єднує полюси джерела.Джерело ЕРС, як і будь-який провідник, має певний опір, який називається внутрішнім опором і позначають звичайно r. Отже, сила струму в колі залежить від трьох величин, дві з яких (ЕРС і внутрішній опір) характеризують джерело, а третя – залежить від самого кола. Якщо користуватися певним джерелом електричної енергії, то ? і r можна вважати сталими величинами.Для наближеного вимірювання ЕРС джерела, вольтметр приєднують до полюсів джерела при розімкнутому зовнішньому колі. При цьому вольтметр показує спад напруги IR на самому собі, а оскільки опір вольтметра дуже великий, то при цьому R>>r і U=IR= ?. Чим більший опір вольтметра порівняно з внутрішнім опором джерела струму, тим точніше значення дістанемо для ЕРС.

7. 7. Робота і потужність електричного струму.

8. Роботу, яку виконує джерело струму з ЕРС, визначають за формулою:

9. 

10. Енергія джерела струму перетворюється частково або повністю у внутрішню енергію провідника або в механічну енергію. Скориставшись законом Ома, роботу можна виразити через силу струму або напругу:

11. Потужність електричного струму дорівнює відношенню роботи А до часу t, протягом якого вона виконується:Одиницею потужності в СІ є Ват (Вт).

12. Я кщо по провіднику проходить струм, то провідник нагрівається. Англійський вчений Дж. П. Джоуль і російський вчений Е. Х. Ленц встановили закон (Джоуля – Ленца): кількість теплоти, що виділяється в провіднику зі струмом, пропорційна силі струму, напрузі і часу проходження струму:

13. При відсутності сторонніх сил:

18. 8. Теплова дія струму. Закон Джоуля-Ленца

19. Закон Джоуля — Ленца — кількість теплоти, що виділяється струмом в провіднику, пропорційна силі струму, часу його проходження і падінню напруги.

20. , де I — сила струму, R — опір, t — час.Закон Джоуля-Ленца справедливий у межах застосованості закону Ома. При зіткненні електронів з атомами в провіднику кінетична енергія електронів перетворюється на теплову енергію провідника. Кількість теплоти, що виділяється у провіднику зі струмом, дорівнює роботі електричного струму: Q = IUt. Якщо опір провідника відомо, то, виразивши U із закону Ома (тобто ), запишемо:, тобто кількість теплоти, яку виділяє в провіднику струм, пропорційна квадрату сили струму, опору провідника і часу протікання струму через провідник.

21. У такому вигляді найчастіше виражають закон теплової дії струму — закон Джоуля — Ленца (Емілій Християнович Ленц — російський фізик). 

22. 9. Електричний струм в електролітах

23. Провідниками електричного струму є не тільки метали й напівпровідники. Електричний струм проводять розчини багатьох речовин у воді. Як показує дослід, чиста вода не проводить електричний струм, тобто в ній немає вільних носіїв електричних зарядів. Електричний струм не проводять кристали кухонної солі, натрій хлориду. Проте розчин натрій хлориду є гарним провідником електричного струму. Розчини солей, кислот і основ, здатні проводити електричний струм, називають електролітами.Проходження електричного струму через електроліти обов'язково супроводжується виділенням речовини у твердому або газоподібному стані на поверхні електродів. Виділення речовини на електродах показує, що в електролітах електричні заряди переносять заряджені атоми речовини — йони.Закон електролізу М. Фарадей, спираючись на висновки експериментів з різними електролітами, установив, що в процесі електролізу маса т речовини, що виділилася на електроді, пропорційна до зарядуякий пройшов через електроліт, або до сили струму І і часу проходження струму:законом електролізу називають коефіцієнт k, що залежить від речовини, яка виділилася, називають електрохімічним еквівалентом речовини. Провідність рідких електролітів пояснюють тим, що під час розчинення у воді ней­тральні молекули солей, кислот і основ розпадаються на негативні й позитивні йони. В електричному полі йони починають рухатися й створюють електричний струм.

1 0.Газовий розряд — явище протікання електричного струму в  газах. Газ складається із нейтральних атомів і молекул, тому для забезпечення  електропровідності необхідне виникнення носіїв заряду  - іонізація. Джерелом іонізації може бути зовнішнє опромінення високоенергетичними фотонами -ультрафіолетовими, рентгенівськими чи гамма-променями. Іонізація може виникнути також у сильному електричному полі, або ж за рахунок зіткнень із прискореними носіями заряду (ударна іонізація). Додатковим джерелом носіїв заряду може бути поверхнева іонізація, наприклад термоелектронна емісія  з катоду. При малих зовнішніх електричних полях провідність газів зумовлена зовнішніми джерелами іонізації. Розряд, який виникає в таких умовах, називають несамостійним розрядом. Розряди, які виникають у сильних електричних полях за рахунок іонізації, що виникає при протіканні струму, називаються самостійними газовими розрядами. Розрізняють такі типи самостійних газових розряд Тліючий розря́д (також же́врійний розря́д) — тип газового розряду із неоднорідним розподілом електричного поля  між  катодом  і анодом. Дуговий розря́д — вид самостійного газового розряду, який виникає за високої температури між електродами, розведених на невелику відстань і супроводжується яскравим світінням у формі дуги. Іскровий  розряд має вигляд яскравих зигзагоподібних розгалужених ниток — каналів іонізованого газу, які пронизують розрядний проміжок і зникають, замінюючись новими. Коронний розря́д — тип газового розряду, що виникає в сильних неоднорідних електричних полях навколо електродів із великою кривиною в  газах із доволі високою густиною.

11. Вакуум – це стан розрідженого газу, молекули якого ударяються одна об одну рідше, ніж зі стінками посудини, в якій вони знаходяться. Носіями електричного струму у вакуумі будуть електрони, які вилітають з поверхні електрода внаслідок термоелектронної емісії. У електронно-променевих трубках електрони рухаються у вакуумі. Трубка має вигляд видовженої колби, на дно якої нанесено шар люмінофору і в якій створено високий вакуум У вузькій частині трубки розташована електронна гармата, що складається з катода і анода, між якими створюється сильне електричне поле для прискорення електронів. Форму, розташування і потенціал анода підбирають так, щоб сформувати електронний пучок певної форми. Між анодом і екраном трубки розташовані дві пари керуючих пластин, на які подається напруга, що відхиляє електронний промінь.

12. Напівпровідни́к — матеріал, електропровідність якого має проміжне значення між провідностями  провідника  та діелектрика. Відрізняються від провідників сильною залежністю питомої провідності від концентрації домішок, температури і різних видів випромінювання. Основною властивістю цих матеріалів є збільшення електричної провідності з ростом температури. Напівпровідниками є речовини, ширина забороненої зони яких складає порядку декількох електронвольт (еВ). Наприклад, алмаз можна віднести до широкозонних напівпровідників, а арсенід індію — до вузькозонних. До числа напівпровідників належать багато простих речовин хімічних елементів (германій,кремній, селен, телур, арсен та інші), величезна кількість сплавів і хімічних сполук (арсенід галію та ін.).

Залежно від того, чи віддає домішковий атом електрон або захоплює його, його називають донорними або акцепторними. Характер домішки може змінюватися в залежності від того, який атом решітки вона заміщує, в яку кристалографічну площину вбудовується.

Провідність напівпровідників сильно залежить від температури. Поблизу абсолютного нуля температури напівпровідники мають властивості діелектриків. Характерна риса напівпровідників — зростання  електропровідності зі зростанням температури; при низьких температурах електропровідність мала. При температурі близькій до абсолютного нуля напівпровідники мають властивості  ізоляторів. Кремній, наприклад, при низькій температурі погано проводить електричний струм, але під впливом світла, тепла чи напруги  електропровідність зростає.

13. Магнітне поле - особливий вигляд матерії, за допомогою якого здійснюється взаємодія рухомих зарядів, електричних струмів і постійних магнітів. Джерелами магнітного поля є рухомі електричні заряди. Магнітне поле виникає в просторі, що оточує провідники із струмом. Рух електрона навколо ядра атома є елементарним струмом або мікрострумом. Магнітне поле домовились позначати лініями магнітної індукції. Властивості ліній магнітного поля: 1) між собою не перетинаються 2) не мають ні початку ні кінця. Правило правої руки: - Якщо обхопити провідник правою рукою так, щоб відстовбурчений великий палець вказував напрямок струму, то інші пальці покажуть напрям огинають провідник ліній магнітної індукції, поля, створюваного цим струмом і огинають провідник, а значить і напрям вектора магнітної індукції, спрямований всюди по дотичній до цих ліній.

14.Сила взаємодії паралельних провідників зі струмом: якщо близько один від одного розташовані провідники зі струмом одного напрямку, то магнітні лінії цих провідників, що охоплюють обидва провідники, володіючи властивістю поздовжнього натягу і прагнучи скоротитися, будуть змушувати провідники притягуватися. Магнітні лінії двох провідників зі струмами різних напрямів у просторі між провідниками напрямлені в один бік. Магнітні лінії, що мають однаковий напрямок, будуть взаємно відштовхуватися.  Із закону Ампера виходить, що паралельні провідники з постійними струмами, що течуть в одному напрямі, притягуються, а в протилежному — відштовхуються. Законом Ампера називається також закон, що визначає силу, з якою магнітне поле діє на малий відрізок провідника із струмом.

С ила Ампера залежить від сили струму, елемента (частини) довжини провідника , кута між напрямом струму і напрямом ліній магнітного поля  та магнітної індукції , і задається формулою

У векторній формі сила Ампера записується

. Якщо кут між векторами   менший, ніж 90°, то:

Якщо кут між векторами  дорівнює 90°, тоді sin90°=1 Магнітна індукція у просторі навколо провідника зі струмом визначається законом Біо-Савара.

15. Дія магнітного поля на провідник зі струмом. Якщо між полюсами магніту підвісити провідник із струмом, то провідник виштовхується з магнітного поля або втягується в нього, в залежності від напряму струму. Рух провідника є наслідком взаємодії магнітного поля постійного магніту з магнітним полем струму. Сила, з якою магнітне поле діє на провідник зі струмом, називається силою Ампера. Напрям сили Ампера зручно визначати за «правилом лівої руки»: кисть лівої руки розташовують паралельно торцям магнітів N і S так, щоб долоня була звернута до магніту N. Чотири пальці орієнтують у напрямі струму в ділянці AB, тоді відставлений великий палець покаже шуканий напрям. Значний практичний інтерес має дія магнітного поля на дротяну рамку зі струмом (саме цей ефект використовується у вимірювальних приладах магніто-електричної системи і в електродвигунах). У випадку рамки зі струмом, вертикально підвішеної між полюсами магніту, сили Ампера утворюють пару сил, яка обертає рамку. Найстійкіше положення рамки, коли її площина паралельна торцям магніту, а найнестійкіше — коли ця площина перпендикулярна до торців. 

16. Основними характеристиками магнітного поля є вектор напруженості Н в заданій точці поля (у вакуумі) та вектор магнітної індукції В (при наявності середовища). Ці величини є силовими характеристиками діяння магнітного поля на певні магнітики або на контури з електричним струмом. Напруженість магнітного поля обчислюють в ерстедах (в СГСМ системні одиниці) і в („ампер на метр”) в МКСА системі одиниць). Напрям вектора Н магнітного поля, створюваного електричним струмом у провіднику або контурі, можна визначити за правилом гвинта. Для наочної характеристики магнітного поля запроваджено поняття про лінії напруженості магнітного поля або лінії магнітної індукції, що є кривими лініями, дотичні до яких в кожній точці збігаються відповідно з напрямами векторів Н або В. самі ж величини цих векторів виражають густиною ліній напруженості чи індукції, тобто кількістю відповідних ліній, які перетинають перпендикулярну до них площину в 1 см2 або в 1 м2. Основним законом магнітних явищ вважають Біо-Савара закон.