
- •Концепции современного естествознания
- •Оглавление
- •1. Естествознание в мировой культуре
- •1.1. Естествознание, как единая наука о природе
- •1.2. Естественнонаучная и гуманитарная культура, их взаимодействие
- •1.3. Естественнонаучная картина мира
- •2. Структурные уровни организации материи и типы материальных систем
- •3. Концепции современной физики в макромире
- •3.1. Новые технологии и прогресс цивилизации
- •3.2. Механическое движение
- •3.3. Динамика материальной точки и поступательного движения твердого тела
- •3.3.1. Классическая механика и границы ее применения
- •3.3.2. Законы динамики
- •3.3.3. Виды взаимодействия и их учет
- •3.4. Динамика вращательного движения твердого тела
- •3.5. Элементы механики жидкостей
- •3.6. Колебательные и волновые процессы
- •3.6.1. Колебания
- •3.6.2. Свободные, запухающие и вынужденные колебания
- •3.6.3. Автоколебания
- •3.6.4. Волновое движение
- •3.6.5. Звук
- •3.7. Молекулярная физика и термодинамика
- •3.7.1. Основные характеристики и законы молекулярно-кинетической теории идеального газа
- •3.7.2. Основные понятия и законы термодинамики
- •3.7.3. Реальные газы
- •3.7.4. Некоторые свойства жидкостей
- •3.7.4.1. Диффузия в жидкости
- •3.7.4.2. Осмотическое давление
- •3.7.4.3. Поверхностное натяжение, капиллярность и испарение
- •3.8. Электрические и магнитные явления
- •3.8.1. Электрические заряд и поле
- •3.8.2. Постоянный электрический ток
- •3.8.3. Сопротивление однородного проводника. Сверхпроводимость
- •3.8.4. Высокотемпературная сверхпроводимость
- •3.8.5. Ток в жидкостях. Электролиз. Законы Фарадея
- •3.8.6. Газовые разряды. Плазма
- •3.8.7. Магнитное поле
- •3.8.8. Действие магнитного поля на проводник с током и движущийся заряд
- •3.8.9. Электромагнитная индукция
- •3.8.10. Электромагнитные волны и их свойства
- •3.9. Оптические процессы
- •3.9.1.Фотометрические понятия и единицы
- •3.9.2. Основы геометрической оптики
- •3.9.3. Волоконная оптика
- •3.9.4. Интерференция света
- •3.9.5. Дифракция и рассеивание света
- •3.9.6. Поляризация света
- •4. Микромир: концепции современной физики
- •4.1. Тепловое излучение
- •4.1.1. Некоторые примеры использования законов теплового излучения
- •4.2. Фотоэлектрический эффект
- •4.3. Давление света
- •4.4. Модели атома
- •4.5. Основы квантовой механики. Уравнение Шредингера
- •4.6. Принцип неразличимости одинаковых частиц. Принцип Паули. Распределение электронов в многоэлектронных атомах
- •4.7. Поглощение света
- •4.8. Вынужденное излучение
- •4.8.1. Лазерная технология
- •4.9. Понятие о зонной теории твердых тел
- •4.10. Основные характеристики и состав ядра атома
- •4.11. Реакции деления и синтеза атомных ядер
- •4.12. Понятие и типы взаимодействий элементарных частиц
- •5. Мегамир - современные концепции
- •5.1. Современные космологические модели Вселенной и Галактики
- •5.2. Строение и эволюция звезд. Солнечная система. Земля
- •Библиографический список
- •Алфавитно-предметный указатель
- •Часть I
- •644099, Омск, ул. Красногвардейская, 9
3.8. Электрические и магнитные явления
3.8.1. Электрические заряд и поле
Электричество
- совокупность
явлений обусловленных существованием,
движением и взаимодействием заряженных
тел или частиц. Частицей, обладающей
элементарным электрическим зарядом,
является электрон. Его заряд е
= 1,6-10
Кл, масса
=
9,1-10
кг. Кроме электронов, носителями зарядов
являются также ионы - атомы или молекулы,
у которых избыток или недостаток
электронов, и другие элементарные
частицы.
Взаимодействие электрических зарядов происходит по закону
Кулона
F
=,где
q1
и
q2
- заряды;
r
- расстояние
между ними,
-
относительная
диэлектрическая проницаемость среды,
в которой происходит взаимодействие;
0
- называется диэлектрической проницаемостью
вакуума (
0
= 8,85·10
ф/м). При взаимодействии одноименные
заряды отталкиваются, а разноименные
— притягиваются. Электрическим полем
называется материальная среда,
обуславливающая взаимодействие
электрических зарядов. Следовательно,
поле так же материально, как и вещество.
Если поле образуется неподвижными
зарядами, то оно называется
электростатическим. Количественными
характеристиками интенсивности
электрических полей являются: напряженностьЕ,
смещение
D
и
потенциал
.
Объемная
плотность энергии электрического поля
определяется
выражением:
W
=
ED
=
E2=
.Поведение
вещественных тел в электрическом поле
различное. Качественно все тела
разделяются на три класса: проводники,
полупроводники и диэлектрики (изоляторы).
Количественно это различие характеризуется
удельным сопротивлением веществ -р
в
Ом-м:
р проводников
=
;р
полупроводников
=
;р
диэлектриков
=
.
3.8.2. Постоянный электрический ток
Проводниками электрического тока называются тела, в которых заряженные частицы (электроны и ионы) способны перемещаться под действием сколь угодно слабого электрического поля. Обычно в практике для изготовления проводников используются медь и алюминий.
Под
электрическим током понимается всякое
упорядоченное движение электрических
зарядов. За направление электрического
тока принимают направление движения
положительно заряженных частиц. Под
силой тока понимается величина
электрического заряда, проходящего
через поперечное сечение проводника
за бесконечно малое время:.
Единица измерения - ампер. В основе
теории стационарных токов лежат законы
Ома и Джоуля-Ленца. Закон Ома для участка
цепи, не содержащего ЭДС, записывается
,
гдеU
–
напряжение;
R
— сопротивление
участка. Сопротивление измеряется в
омах. Закон
Ома
для полной цепи записывается
,
где
— ЭДС
источника тока; R
- сопротивление
внешней цепи; r
- внутреннее
сопротивление источника тока. Закон
Джоуля-Ленца можно записать в виде:
А
= Q
= IUТ
= I2Rt
=
.
Тепловое
действие тока находит широкое применение
в технике и технологии: лампы накаливания,
муфельные печи, контактная электросварка,
бытовые электронагревательные приборы,
технология электрического консервирования,
имеющая преимущество перед водяным
консервированием в двойной экономии
энергии, быстроте и сохранении витаминов.