- •Электричество и магнетизм
- •Закон Кулона.
- •Поток вектора напряженности электростатического поля
- •Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме.
- •Электрический диполь
- •Вывод распределения
- •Влияние температуры
- •Закон Ампера.@
- •Теорема Гаусса для магнитных полей
- •2.5. Диамагнетизм. Диамагнетики.@
- •Парамагнетизм. Парамагнетики. @
- •Ферромагнетизм. Ферромагнетики.@
- •Доменная структура ферромагнетиков.
- •Определение
- •Магнитная восприимчивость некоторых веществ
- •Зависимость от температуры
- •Магнитная восприимчивость почв
- •Явление электромагнитной индукции.
- •3.1. Основной закон электромагнитной индукции.@
- •Явление самоиндукции.
- •Явление взаимной индукции.
- •Эдс индукции
- •Индуктивность соленоида
- •Более точные формулы для соленоида конечного размера
- •Принцип действия
Электрический диполь
Совокупность двух равных по величине разноименных точечных зарядов q, расположенных на некотором расстоянии друг от друга, малом по сравнению с расстоянием до рассматриваемой точки поля называется электрическим диполем.(рис.13.1)
Произведение называется моментом диполя. Прямая линия, соединяющая заряды называется осью диполя. Обычно момент диполя считается направленным по оси диполя в сторону положительного заряда.
Поток вектора смещения электростатического поля в диэлектрике сквозь произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме заключенных внутри этой поверхности свободных электрических зарядов:
Проводники в электростатическом поле. Распределение зарядов на поверхности и в объеме проводника. Электрическая емкость уединенного проводника. Конденсаторы, последовательное и параллельное соединение конденсаторов.
Электрический ток. Постоянный и переменный электрический ток. Плотность тока. Электродвижущая сила и напряжение. Сторонние силы.
Закон Ома для участка цепи в интегральной и дифференциальной форме. Закон Джоуля-Ленца. Закон Ома для неоднородного участка цепи и замкнутой цепи. Правила Кирхгофа для разветвленных цепей.
Закон Джо́уля — Ле́нца — физический закон, дающий количественную оценку теплового действия электрического тока.
В словесной формулировке звучит следующим образом
Мощность тепла, выделяемого в единице объёма среды при протекании электрического тока, пропорциональна произведению плотности электрического тока на величинунапряженности электрического поля
Математически может быть выражен в следующей форме:
где — мощность выделения тепла в единице объёма, — плотность электрического тока, — напряжённость электрического поля, σ — проводимость среды.
Закон также может быть сформулирован в интегральной форме для случая протекания токов в тонких проводах[3]:
Количество теплоты, выделяемое в единицу времени в рассматриваемом участке цепи, пропорционально произведению квадрата силы тока на этом участке исопротивления участка
В математической форме этот закон имеет вид
где dQ — количество теплоты, выделяемое за промежуток времени dt, I — сила тока, R — сопротивление, Q — полное количество теплоты, выделенное за промежуток времени от t1 доt2. В случае постоянных силы тока и сопротивления:
Распределение Ферми-Дирака. Функция распределения. Зависимость уровня Ферми от температуры.
Статистика Фе́рми — Дира́ка в статистической физике — квантовая статистика, применяемая к системам тождественных фермионов (как правило, частиц с полуцелым спином, подчиняющихся принципу запрета Паули, то есть, одно и то же квантовое состояние не может занимать более одной частицы); определяет распределение вероятностей нахождения фермионов на энергетических уровнях системы, находящейся в термодинамическом равновесии; предложена в 1926 году итальянским физиком Энрико Ферми и одновременно английским физиком Полем Дираком, который выяснил её квантово-механический смысл; позволяет найти вероятность, с которой фермион занимает данный энергетический уровень.
Работы по статистике Ферми — Дирака были опубликованы в 1926 году, а в 1927 она была применена Арнольдом Зоммерфельдом к электронам вметалле.
В статистике Ферми — Дирака среднее число частиц в состоянии с энергией есть
где
— среднее число частиц в состоянии ,
— энергия состояния ,
— кратность вырождения состояния (число состояний с энергией ),
— химический потенциал (который равен энергии Ферми при абсолютном нуле температуры),
— постоянная Больцмана,
— абсолютная температура.
В (идеальном) ферми-газе в пределе низких температур . В этом случае (полагая уровни энергии невырожденными ), функция распределения частиц называется функцией Ферми:
Статистики Ферми — Дирака и Бозе — Эйнштейна применяются в том случае, когда необходимо учитывать квантовые эффекты, когда частицы обладают «неразличимостью». Квантовые эффекты проявляются тогда, когда концентрация частиц (где — квантовая концентрация).
Квантовая концентрация — это концентрация, при которой расстояние между частицами соразмерно с длиной волны де Бройля, то есть когда волновые функции частиц соприкасаются, но не перекрываются. Квантовая концентрация зависит от температуры. Статистика Ферми — Дирака (Ф — Д) применяется к фермионам (частицы, на которые действует принцип Паули),статистика Бозе — Эйнштейна (Б — Э) применяется к бозонам. Оба этих распределения становятся распределением Максвелла — Больцмана при высоких температурах и низких концентрациях.
Распределением Максвелла — Больцмана часто описываются классические «различимые» частицы. Другими словами, конфигурация частицы в состоянии 1 и частицы в состоянии 2 отличается от конфигурации частицы в состоянии 1 и частицы в состоянии 2. Когда эта идея была проработана полностью, оказалось, что распределение частиц по энергетическим состояниям приводит к нефизическим результатам для энтропии, что известно, как парадокс Гиббса. Эта проблема исчезла, когда стал ясен тот факт, что все частицы неразличимы. И Ф — Д, и Б — Э приближаются к статистике Максвелла — Больцмана в пределе высоких температур и низких плотностей. Статистика Максвелла — Больцмана хорошо описывает поведение газов. Ф — Д часто используется для описания электронов в твердых телах, на ней, к примеру, базируются основные положения теории полупроводников в частности и электроники в целом.