9)Закон сохранения электрического заряда:

Алгебраическая сумма электрических зарядов системы тел остается неизменной, если в неё не поступают заряды извне и из неё не уходят заряды.

Закон Кулона:

Два точечных неподвижных заряда, находящихся в вакууме, взаимодействуют между собой с силой, модуль которой прямо пропорционален произведению модулей этих зарядов и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними:

10) Электростатическое поле — поле, созданное неподвижными в пространстве и неизменными во времени электрическими зарядами (при отсутствии электрических токов). Электрическое поле представляет собой особый вид материи, связанный с электрическими зарядами и передающий действия зарядов друг на друга.

Напряженность электрического поля – это отношение вектора силы F, с которой поле действует на пробный заряд q, к самому пробному заряду ( с учетом его знака):

Электрическое поле – материальный объект, непрерывный в пространстве и способный действовать на другие заряды

- точечного заряда

- в сфере

- плоскости

Принцип суперпозиции:

Пусть заряды q1, q2…,qn по отдельности создают в данной точке поля E1,E2…,En. Тогда система этих зарядов создает в данной точке поле E, равное векторной сумме напряженностей полей отдельных зарядов:

E= E1+E2+…+En.

11) Потенциал электростатического поля в данной точке численно равен работе, которую совершают силы поля перемещения единичного положительного заряда из данной точки в бесконечность

Работа в силовом поле равна разности потенциальных энергий двух точек поля, между которыми осуществляется перемещение, то

- равна разности энергией конечной и начальной точек, взятой с противоположным знаком:

Разность потенциалов (напряжение) между двумя точками поля равна отношению работы поля по перемещению заряда из начальной точки в конечную к этому заряду:

12) Проводники – вещества, в которых имеются свободные носители заряда.

1. При помещении проводника во внешнее электростатическое поле наблюдается явление электростатической индукции – появление на противоположных сторонах проводника электрических зарядов разных знаков.

2. Внутри проводника электрический заряд отсутствует; весь статический заряд проводника, полученный им при электризации, может располагаться только на его поверхности.

3. Электрические заряды распределяются по поверхности проводника так, что электростатическое поле оказывается сильнее на выступах проводника и слабее на его впадинах. 4. Если внутри проводника имеется полость, то в каждой точке этой полости напряженность электростатического поля равно нулю (теорема Фарадея).

5. Напряженность электростатического поля на внешней поверхности проводника направлена перпендикулярно к этой поверхности.

6. Во всех точках внутри проводника потенциал электростатического поля имеет одно и то же значение.

7. Если заряженный проводник имеет форму шара или сферы радиусом R, то напряженность и потенциал создаваемого им поля определяются выражениями:

Электростатическая индукция  это наведение электрического заряда в веществе, помещенном во внешнее постоянное электрическое поле.

Диэлектрики (изоляторы) — это материалы, в которых нет свободных электрических зарядов. К диэлектрикам относятся воздух, стекло, эбонит, слюда, фарфор, сухое дерево.

Диэлектрики, состоящие из атомов и молекул, у которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов совпадают, называются неполярными.

Поляризация диэлектрика – это смещение в противоположные стороны разноименных зарядов, входящих в состав атомов и молекул вещества. Диэлектрическая проницаемость среды – это физическая величина, показывающая, во сколько раз модуль напряженности электрического поля внутри однородного диэлектрика меньше модуля напряженности поля в вакууме.

• Диэлектрическая проницаемость ε — это физическая величина, равная отношению модуля напряженности электрического поля E₀ в вакууме к модулю напряженности электростатического поля Ε внутри однородного диэлектрика

         

13) Электрическая емкость — это величина, характеризующая способность проводника накапливать заряд, равная отношению электрического заряда к разности потенциалов между проводниками:

C = Q/∆φ

Электрическая емкость конденсатора. Отношение заряда конденсатора к модулю напряженности между его пластинами.

.

Электроемкость плоского конденсатора. Напряженность поля между двумя пластинами плоского конденсатора равна сумме напряженностей полей, создаваемых каждой из пластин:

.

Емкость зависит от геометрических размеров и наличия диэлектрика.

Электроемкость конденсатора прямо пропорциональна площади обкладок и обратно пропорциональна расстоянию между обкладками.

 При введении диэлектрика между обкладками конденсатора его электроемкость увеличивается в раз:

Соединение конденсаторов:

Последовательное:

Параллельное:

Энергия электрического поля = Энергия заряженного конденсатора равна работе внешних сил, которую необходимо затратить, чтобы зарядить конденсатор.

14) Электрический ток – это направленное движение заряженных частиц, при котором происходит перенос заряда из одних областей пространства в другие. Ток проводимости – электрический ток, обусловленный движением заряженных частиц внутри тела. Направление движения заряженных частиц зависит от их заряда. Положительно заряженные частицы будут двигаться от плюса к минусу, а отрицательно заряженные – от минуса к плюсу. Направлением тока принято считать направление движения положительных зарядов. Однако, в металле носителями заряда являются свободные электроны, поэтому считаем, что направление тока в металлическом проводнике противоположно движению свободных электронов. Действие электрического тока. Тепловое действие тока. В основе действий тепловых амперметров лежит тепловое равновесие проводника с током, приводящее к перемещению стрелки приборов. Магнитное действие тока. Электрический ток создает магнитное поле. Например, стрелка компаса, расположенная рядом с проводником, при включении тока поворачивается перпендикулярно проводу. Химическое действие тока. При прохождении тока через электролиты можно наблюдать изменение химического состава вещества. Электрический ток называется постоянным, если за равные промежутки времени через поперечное сечение проходят равные заряды. Сила тока I – скалярная величина, равная отношению заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника, промежутку времени, в течение которого шел ток. Формула: Плотность тока показывает какой заряд проходит за единицу времени через единицу площади поперечного сечения проводника. Измеряется в А/м2. Формула: Скорость распространения тока очень велика, близка к скорости света в вакууме. Однако скорость свободных зарядов составляет доли миллиметра в секунду. Потому что свободные заряды взаимодействуют с друг другом и, находясь под действие электрического поля источника тока, при замыкании цепи Скорость распространения тока – скорость передачи электрического взаимодействия между свободными зарядами; - скорость передачи электрического сигнала по цепи. Близка к 300000 км/с. Скорость направленного движения свободных зарядов – скорость перемещения зарядов, образующих ток. Закон Ома для участка цепи: Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на этом участке и обратно пропорциональна сопротивлению участка. Справедлив для металлов и растворов электролитов. Удельное сопротивление — скалярная физическая величина, численно равная сопротивлению однородного цилиндрического проводника единичной длины и единичной площади. Электрическое сопротивление — физическая величина, характеризующая свойства проводника препятствовать прохождению электрического тока и равная отношению напряжения на концах проводника к силе тока, протекающего по нему. Сопротивление (часто обозначается буквой R или r) считается, в определённых пределах, постоянной величиной для данного проводника; её можно рассчитать как Если пропустить ток от аккумулятора через стальную спираль, а затем начать нагревать ее в пламени горелки, то амперметр покажет уменьшение силы тока. Это означает, что с изменением температуры сопротивление проводника меняется.    Если при температуре, равной 0°С, сопротивление проводника равно R0, а при температуре t оно равно R, то относительное изменение сопротивления, как показывает опыт, прямо пропорционально изменению температуры t:    Коэффициент пропорциональности α называют температурным коэффициентом сопротивления. Он характеризует зависимость сопротивления вещества от температуры. Температурный коэффициент сопротивления численно равен относительному изменению сопротивления проводника при нагревании на 1 К. Для всех металлических проводников коэффициент α > 0 и незначительно меняется с изменением температуры Сопротивление проводника меняется в основном за счет изменения его удельного сопротивления. Можно найти зависимость этого удельного сопротивления от температуры, если в формулу (16.1) подставить значения  . Вычисления приводят к следующему результату:    Зависимость сопротивления металлов от температуры используют в термометрах сопротивления. Обычно в качестве основного рабочего элемента такого термометра берут платиновую проволоку, зависимость сопротивления которой от температуры хорошо известна. Об изменениях температуры судят по изменению сопротивления проволоки, которое можно измерить. Удельное сопротивление металлов растет линейно с увеличением температуры. У растворов электролитов оно уменьшается при увеличении температуры. 15) Электродвижущая сила (ЭДС) – характеристика источников тока, работа сторонних сил при переносе единичного электрического заряда вдоль замкнутого контура: Сторонние силы – любые силы, действующие на электрически заряженные частицы в цепи, за исключением электростатические (кулоновских); приводят в движение заряженные частицы внутри всех источников тока. Закон Ома в замкнутой цепи В замкнутой цепи разность потенциалов равна нулю. Последовательное соединение источников тока. Запишем для всего замкнутого контура, образующего цепь, второе правило Кирхгофа. Оно имеет вид: . Отсюда . Параллельное соединение источников тока. Согласно первому правилу Кирхгофа сила тока  в неразветвленной части цепи равна сумме сил токов во всех элементах батареи. Поэтому через каждый из элементов в отдельности протекает ток силой . Получим . Отсюда . Таким образом, при параллельном соединении n одинаковых элементов в батарею ЭДС не меняется, а внутреннее сопротивление уменьшается в n раз. Легко видеть, что параллельное соединение элементов выгодно при малом внешнем сопротивлении. Действительно, если , то им можно пренебречь, и формула приближенно принимает вид , то есть сила тока возрастает в n раз по сравнению с силой тока от одного элемента. Напряжение на клеммах источника Обобщенный закон Ома Вывод формулы: Из этих двух формул выводим закон Ома: Изменение пределов измерения: Амперметра – Если нужно чтобы , то параллельно прибору подключаем шунт, находим R шунта, чтобы Вывод формул: Вольтметра – Если надо увеличить предел измерения в n раз надо подключить последовательно резистор Вывод формул: 16)Работа электрического тока на участке цепи равна произведению напряженности на концах этого участка цепи на силу тока и на время, в течении которого совершалась работа. Найдем работу тока, за время t по участку проходит заряд. Он перемещается стационарным электрическим полем, которое совершает работу: Электрическая мощность — физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии; показывает какую работу совершает ток за единицу времени. Закон Джоуля – Ленца Количество теплоты , выделяемое в проводнике на участке электрической цепи с сопротивлением R при протекании по нему постоянного тока I в течение времени t равно произведению квадрата тока на сопротивление и время: При последовательном соединении проводников, так как ток в цепи одинаков, максимальное количество тепла будет выделяться на проводнике с наибольшем сопротивлением. При параллельном соединении все проводники находятся под единым напряжением, но токи в них разные. Исходя из второй формулы можно понять, что на проводнике с меньшим сопротивлением будет выделяться больше тепла. 17) Носителями зарядов в металле являются электроны. Электрический ток образуется тогда, когда есть электрическое поле, так как электроны приобретают упорядоченное движение в одном направлении.

Движение электронов в металле. Доказано, что носителями свободных зарядов в металлах являются электроны. Под действием электрического поля электроны движутся с постоянной средней скоростью, испытывая тормозящее влияние со стороны кристаллической решетки. Скорость упорядоченного движения электронов прямо пропорциональна напряженности поля в проводнике.

18) Полупроводники — это вещества, в которых электрический ток образуется движением электронов, а величина удельного сопротивления находится в пределах между проводниками и диэлектриками. Полупроводниками являются химические элементы IV, У и VI групп периодической системы Д. И. Менделеева.

Полупроводники отличаются от металлов:

1)концентрация подвижны носителей заряда в них существенно ниже, чем концентрация атомов;

2)концентрация (а с ней и электропроводность) может меняться под влиянием температуры, освещения и небольшого количества примесей;

3) электрическое сопротивление уменьшается с ростом температуры

Полупроводники делятся на кристаллические, амфотерные и стеклообразные, жидкие. По химическому составу делятся на элементарные: двойные, тройные, четвертные соединения.

Собственная проводимость полупроводников – электронная и дырочная проводимость чистых – беспримесных полупроводников.

Электронная проводимость – проводимость полупроводников, обусловленная свободными электронами.

Увеличение температуры приводит к увеличению кинетической энергии валентных электронов и разрыву валентных связей. Часть электронов становятся свободными, кристаллы под действием электрического поля начинают проводить ток.

Концентрация носителей заряда при увеличении температуры растет, что приводит к падению сопротивления.

«Дырка» - разрыв валентных связей при увеличении температуры приводит к образованию вакантного места с недостающим электроном, которое имеет эффективный положительный заряд.

Дырочная проводимость – проводимость кристалла, обусловленная дырками.

Примесная проводимость полупроводников

- проводимость при которой можно существенно увеличить проводимость при добавлении примесей в кристалл.

Примесная проводимость полупроводника, в зависимоти от вида примеси, может быть:

1. Электронной – её создают донорные примеси. Такие полупроводники называются n-типа.

Донорные примеси – такие примеси, добавление которых приводят к существенному увеличению концентрации свободных электронов в кристалле.

Электроны являются основными носителями заряда, а дырки – неосновными.

2. Дырочная – её создают акцепторные примеси. Такие полупроводники называют p-типа.

Акцепторные примеси – приводят увеличению концентрации дырок.

Дырки – основные носители заряда, электроны – неосновные.

Полупроводниковый диод – полупроводниковый прибор с одним электронным переходом и двумя выводами (электродами).

p-n переход:

через границу областей кристалла (дырочной и электронной) происходит диффузия электронов. Переход электронов приводит к появлению в электронном полупроводнике нескомпенсированных положительных ионов донорной примеси, в дырочном полупроводнике взаимодействие электронов с дырками приводит к появлению нескомпенсированных отрицательных зарядов акцепторной примеси.

В диоде способность p-n перехода пропускать ток только в одном направлении используется для преобразования с помощью диодов переменного тока в постоянный (пульсирующий) ток.

19) Электролиты - растворы солей, кислот и оснований.

При протекании электрического тока через раствор электролитов вместе с зарядом всегда переносится вещество (это явление называется электролизом). Отсюда следует, что носителями тока в этих проводниках являются ионы.

Электрический ток в растворах (или расплавах) электролитов представляет собой перемещение ионов обоих знаков в противоположных направлениях. Опыт показывает, что сила тока при постоянном сопротивлении электролитов линейно зависит от напряжения, т. е. для растворов электролитов справедлив закон Ома.

Закон электролиза - масса вещества, выделившегося на электроде за время при прохождении электрического тока, пропорциональна силе тока и времени.

20)Вакуум – отличный изолятор, поскольку там отсутствуют свободные электрические заряды.

Термоэлектронная эмиссия - излучение электронов с поверхности нагретого металла. Томас Эдисон обнаружил, что вакуумной стеклянной колбе образуется электрический ток, если один из электродов нагреть до высокой литературы.

Выкуумный диод – состоит из стеклянного баллона в котором находятся два электрода: анод(изготовлен их метал. пластины) и катод(тонкая метал. проволока, свернутая в спираль)

Принцип работы:

Концы спирали закреплены на метал. стержнях. Соединив выводы катода с источником тока, можно вызвать нагрев спирали. Проволочную спираль, нагреваемую эл. Током, называют нитью накала лампы.

Основное свойство – односторонняя проводимость.

21)Несамостоятельный электрический разряд – явление прохождения электрического тока через газ, наблюдаемое при условии какого-либо внешнего воздействия.

Самостоятельный электрический разряд – явление прохождения тока через газ, не зависящего от действий внешних ионизаторов. При увеличении напряженности электрического поля до некоторого значения, зависящего от природы газа и его давления.

Основной механизм ионизации – ионизация атомов и молекул вследствие ударов электронов.

Плазма – газ, в котором значительная часть атомов или молекул ионизирована.

Степень термической ионизации зависит от температуры. Электроны и ионы плазмы могут перемещаться под действием эл. поля. При низких температурах газ являемся изолятором, а при высоких превращается в плазму и становится проводником.

Виды разрядов:

1. Искровой разряд.

Происходит если источник тока не способен поддерживать самостоятельный электрический разряд длительное время. Прекращается через короткий промежуток времени.

2. Дуговой разряд.

Длительный самостоятельный электрический разряд в газах, поддерживающийся за счет термоэлектронной эмиссии с катода.

3)Коронный разряд.

Самостоятельный разряд особого вида возникает в сильно неоднородных электрических полях.

4)Тлеющий разряд.

Самостоятельный электрический разряд в газах возникает когда при понижении давления газа в разрядном промежутке разрядный канал становится более широким, а затем святящейся плазмой оказывается равномерно заполнена вся трубка.

Применяется в :

Лампах дневного света и газорязрядных лампах уличного освещения, электрическая дуга в кинопроекционном аппарате, ртутно-кварцевые лампы в больницах.

Дуговой разряд используется в сварке и резке металлоконструкций.

С помощью искрового разряда можно обработать самые твердые материалы.

22)Основные положения МКТ. 1) Все вещества состоят из частиц.

2)Частицы находятся в непрерывном хаотическом движении.

3) Частицы взаимодействуют с друг другом.

Экспериментальные доказательства:

1.Диффузия – взаимное проникновение соприкасающихся веществ с друг другом вследствие теплового движения частиц этого вещества.

2.Броуновское движение. Шотландский ботаник Р. Броун (1773—1858), во время наблюдений под микроскопом взвесь цветочной пыльцы в воде, увидел, что частицы пыльцы оживленно и беспорядочно двигались, то вращаясь, то перемещаясь с места на место, похоже на движение пылинок в солнечном луче. Впоследствии оказалось, что подобное сложное зигзагообразное движение характерно для любых частиц малых размеров (≈1 мкм), которые взвешенны в газе или жидкости. Интенсивность этого движения, которое называется броуновским, становится больше с ростом температуры среды, с уменьшением вязкости среды и размеров частиц (независимо от их химической природы). Причина броуновского движния долго оставалась непонятной. Только через 80 лет после обнаружения этого эффекта ему было дано научное объяснение: броуновское движение взвешенных частиц вызывается ударами молекул среды, в которой частицы взвешены. Так как молекулы хаотически движутся, то броуновские частицы получают толчки с разных сторон, поэтому и совершают движение столь странной формы. Значит, броуновское движение является подтверждением выводов молекулярно-кинетической теории о хаотическом (тепловом) движении молекул и атомов. 3. Опыт Штерна. Первое экспериментальное определение скоростей молекул осущесвил немецкий физик О. Штерном (1888—1970). Его опыты дали также возможность оценить распределение молекул по скоростям. Схема эксперементальной установки Штерна представлена на рис. 1. Вдоль оси внутреннего цилиндра с щелью натянута платиновая проволока, покрытая слоем серебра, нагреваемая током при откачанном воздухе. Во время нагревания серебро испаряется. Атомы серебра, которые вылетают через щель, попадают на внутреннюю поверхность второго цилиндра, при этом давая изображение щели О. Если прибор начать вращать вокруг общей оси цилиндров, то атомы серебра осядут не против щели, а сместятся от точки О на расстояние s. Изображение щели получается размытым. Узнав толщину осажденного слоя, можно оценить распределение молекул по скоростям, которое соответствует максвелловскому распределению. Зная радиусы цилиндров, их угловую скорость вращения, а также измеряя s, можно вычислить скорость движения атомов серебра при фиксированной температуре проволоки. Результаты опыта показали, что средняя скорость атомов серебра близка к той, которая следует из максвелловского распределения молекул по скоростям. 4. Опыт Ламмерт. Этот опыт дает большую точность в определении закона распределения молекул по скоростям. Схема вакуумной установки показана на рис. 2. Молекулярный пучок, который сформирован источником, после прохождения через щель, попадает в приемник. Между приемником и источником помещают два диска с прорезями, которые закрепленны на общей оси. При неподвижных дисках молекулы достигают приемника, проходя при этом через прорези в обоих дисках. Если ось начать вращать, то приемника достигнут только те прошедшие прорезь в первом диске молекулы, которые затрачивают для пробега между дисками время, равное или кратное времени оборота диска. Остальные молекулы задерживаются вторым диском. Меняя угловую скорость вращения дисков и измеряя число молекул, которые попадают в приемник, можно найти закон распределения молекул по скоростям. Этот опыт также дал подтверждение справедливости максвелловского распределения молекул по скоростям. 5. Опытное определение постоянной Авогадро. Воспользовавшись идеей распределения молекул по высоте, французский ученый Ж. Перрен (1870—1942) экспериментально нашел значение постоянной Авогадро. Во время исследований под микроскопом броуновского движения, он увидел, что броуновские частицы распределяются по высоте подобно молекулам газа в поле тяготения. Применив к ним больцмановское распределение, можно записать где m—масса частицы, m₁—масса вытесненной ею жидкости; m=4/3πr³ρ, m₁=4/3πr³ρ₁ (r — радиус частицы, ρ — плотность частицы, ρ₁ — плотность жидкости). Если n₁ и n₂ — концентрации частиц на уровнях h₁ и n₂, a k=R/N_A, то Значение N_A, получаемое из работ Ж. Перрена, соответствовало значениям, которые полученны в других опытах, что подтверждает применимость к броуновским частицам распределения Больцмана.

Основное уравнение МКТ

Вывод формул:

23) Уравнение состояния идеального газа, уравнение Менделеева – Клайперона:

- уравнение, связывающее три макроскопических параметра.

Вывод формулы:

Другая форма уравнения:

Газовые законы:

1. Изотермический – T=const;

p*V=const ( закон Бойля-Мариотта);

графики:

2. Изобарный процесс – p=const;

V/T=const

Графики:

3. Изохорный процесс – V=const;

p/T=const

графики:

Закон Дальтона:

Давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений, входящих в неё газов.

Парциальное давление – давление, которое производил бы этот газ, занимая один весь объем.