Формула 1 — Закон Ома для замкнутой цепи

где R Сопротивление внешней цепи измеряется в Омах

     r внутреннее сопротивление источника тока также измеряется в Омах

     I Сила тока в цепи. Измеряется в Амперах

     E Электродвижущая сила источника тока измеряется в Вольтах

44)  Первое правило Кирхгофа утверждает, что алгебраическая сумма токов, сходящихся в любом узле цепи равна нулю:

  Второе правило Кирхгофа является обобщением закона Ома для разветвленной цепи.

Для произвольного замкнутого контура с произвольным числом разветвлений (рис. 7.9) можно записать для каждого элемента контура:

Рис. 7.9

Складывая эти уравнения получим второе правило Кирхгофа:

(7.9.2)

В любом замкнутом контуре электрической цепи алгебраическая сумма произведения тока на сопротивление равна алгебраической сумме ЭДС, действующих в этом же контуре.

Обход контуров осуществляется по часовой стрелке, если направление обхода совпадает с направлением тока, то ток берется со знаком «плюс».

45) Стационарное электрическое поле, перемещающее заряды по проводнику, совершает работу. Эту работу называют работой тока. Работа электрического тока на участке цепи, как следует из определения напряжения,

 A=qU,

где q — электрический заряд, проходящий по участку цепи, а U — напряжение на участке.

Учитывая, что q = It, где I — сила тока в проводнике, а t — время прохождения электрического тока, для работы тока получим

 A=IUt.

Если R — сопротивление однородного участка цепи, то, используя закон Ома для участка цепи, можно получить формулу для расчета работы тока:

 A=I2Rt=U2Rt.

Если участок цепи не является однородным, то работу совершает не только стационарное электрическое поле, но и сторонние силы, и полная работа определяется по формуле

 A=I(φ1−φ2±ε)t.

1 Дж представляет работу тока, эквивалентную механической работе в 1 Дж.

1 Дж = Кл·В = А·В·с.

Измеряют работу электрического тока счетчиками.

Скорость совершения работы тока на данном участке цепи характеризует мощность тока. Мощность тока определяют по формуле  P=At или P = IU.

Используя закон Ома для участка цепи, можно записать иначе формулу для мощности тока

 P=I2R=U2R

. В этом случае речь идет о тепловой мощности.

46) Все вещества, помещённые в магнитное поле, намагничиваются в той или иной мере, то есть сами поддерживают (парамагнетики), ослабляют (диамагнетики) или даже усиливают (ферромагнетики) внешнее магнитное поле.

Постоянные магниты могут быть изготовлены лишь из немногих веществ.

При помещении в магнитное поле вещества в нем происходят процессы ориентации различных структур, обладающих дипольным магнитным моментом.  Так электроны, перемещаясь по орбитам, образуют элементарные токи и соответствующие магнитные поля или магнитные диполи . Кроме этого, электроны создают магнитный момент за счет вращения вокруг собственной оси, называемый спиновым магнитным моментом.

Магнитный диполь можно характеризовать вектороммагнитного момента, численно равным произведению величины элементарного тока на площадь контура, ограниченного этим током в пространстве

m = is

и направленным по нормали к площади контура.

Геометрическая сумма всех магнитных моментов образуетмагнитный момент тела

M =  m

Отношение магнитной индукции В поля в данной среде к магнитной индукции В₀ в вакууме, характеризует магнитные свойства данной среды и называется магнитной проницаемостью вещества µ.

По значению µ все вещества делятся на три группы:диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики.

Токи Фуко возникают под воздействием переменного электромагнитного поля и по физической природе ничем не отличаются от индукционных токов, возникающих в линейных проводах. Они вихревые, то есть замкнуты в кольце.

Электрическое сопротивление массивного проводника мало, поэтому токи Фуко достигают очень большой силы.

В соответствии с правилом Ленца они выбирают внутри проводника такое направление и путь, чтобы противиться причине, вызывающей их. Поэтому движущиеся в сильном магнитном поле хорошие проводники испытывают сильное торможение, обусловленное взаимодействием токов Фуко с магнитным полем.

47) Намагни́ченность, характеристика магнитного состояния макроскопического физического тела. Любое вещество, помещенное в магнитное поле, приобретает некоторый магнитный момент. Намагниченность J – это магнитный момент единицы объема. В случае однородно намагниченного тела намагниченность определяется как:

J = M/V

где М — магнитный момент тела, V — его объем.

В несильных полях намагниченность прямо пропорциональна напряженности поля, вызывающего намагничивание: J =H, где — магнитная восприимчивость вещества.

Магни́тная восприи́мчивость, безразмерная величина χ, характеризующая способность данного вещества намагничиваться в магнитном поле. Магнитная восприимчивость численно равнанамагниченности при единичной напряженности поля. Объемная магнитная восприимчивость χ равна отношению намагниченности единицы объема вещества J к напряженности Н намагничивающего магнитного поля:

χ= J /H.

Ферромагнетики — вещества (как правило, в твёрдом кристаллическом или аморфном состоянии), в которых ниже определённой критической температуры (Точки Кюри) устанавливается дальний ферромагнитный порядок магнитных моментов атомтв или ионов (в неметаллических кристаллах) или моментов коллективизированных электронов (в металлических кристаллах). Иными словами, ферромагнетик — такое вещество, которое, при температуре ниже точки Кюри, способно обладать намагниченностью в отсутствие внешнего магнитного поля. Диамагне́тики — вещества, намагничивающиеся против направления внешнего магнитного поля. В отсутствие внешнего магнитного поля диамагнетики немагнитны. Под действием внешнего магнитного поля каждый атом диамагнетика приобретает магнитный момент I (а каждая единица объёма — намагниченность M), пропорциональный магнитной индукции B и направленный навстречу полю. Поэтому магнитная восприимчивость = M/H у диамагнетиков всегда отрицательна. По абсолютной величине диамагнитная восприимчивость мала и слабо зависит как от напряжённости магнитного поля, так и от температуры. Парамагнетики — вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении внешнего магнитного поля и имеют положительную магнитную восприимчивость. Парамагнетики относятся к слабомагнитным веществам, магнитная проницаемость незначительно отличается от единицы .

МАГНИТНЫЙ ГИСТЕРЕЗИС

– отставание размагничивания (перемагничивания) магнитногоматериала от внешнего магнитного поля. Намагничивание материала до состояния насыщения (поле H_s),затем размагничивание и перемагничивание до -H_s, последующее намагничивание до +H_s образуют полныйзамкнутый гистерезисный цикл – петлю гистерезиса. Главные характеристики петли гистерезиса: полемагнитного насыщения, намагниченность насыщения, остаточная намагниченность насыщения(при Н=0), коэрцитивная сила (при J=0), остаточная коэрцитивная сила (при J_r=0).

48)       

величина, характеризующая магн. связь двух или более электрич. цепей (контуров).

Магн. поток через контур 1 с током I1 (рис.) частично пронизывает площадь, ограниченную контуром 2,причём магн. поток Ф12 через контур 2 прямо пропорционален току

Ф12=M12I1. (1)

Коэфф. пропорциональности М12 зависит от размеров и формы контуров 1 и 2, расстояния между ними, отих взаимного расположения, а также от магнитной проницаемости окружающей среды. Он наз. И. в. иликоэфф. взаимной индукции контуров 1 и 2; в ед. СИ измеряется в генри (Гн). Если ток I2 течёт в контуре 2, томагн. поток Ф21 через контур 1 также пропорц. току I2:

Ф21=М21I2, (2)

причём М21=М12.

Наличие магн. связи между контурами проявляется в том, что при изменении тока в одном из них наводитсяэдс в другом. Согласно закону электромагнитной индукции,

где ?2 и ?1 — возникающие в контурах 2 и 1 эдс индукции, a dФ12/dt и dФ21/dt — изменение магн. потоковчерез соответствующие контуры по времени t.

Через И. в. выражается взаимная энергия W12 магн. поля токов I1 и I2:

W12=±M12I1I2. (4)

Знак в (4) зависит от направления токов.

Закон Фарадея-Ленца утверждает, что  ЭДС индукции равна скорости изменения магнитного потока, взятой с обратным знаком.

49) Индуцированное электрическое поле отличается от известных электростатического и стационарного электрического полей.

1. Оно вызвано не каким-то распределением зарядов, а переменным магнитным полем.

2. В отличие от линий напряженности электростатического и стационарного электрического полей, которые начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных зарядах, линии напряженности индуцированного поля — замкнутые линии. Поэтому это поле — вихревое поле.

вектор электрического смещения

(14.8)

Вектор направлен в ту же сторону, что и . В отличие от напряженности поля вектор имеет постоянное значение во всех диэлектриках. Поэтому электрическое поле в неоднородной диэлектрической среде удобнее характеризовать не напряженностью , а смещением . С этой целью вводится понятие линий вектора и потока смещения, аналогично понятию силовых линий и потока напряженности

или

(14.9)

Используя теорему Гаусса

домножим обе части на 

С учетом (14.8) получаем

(14.10)

Это уравнение выражает теорему Гаусса для вектора электрического смещения: полный поток вектора электрического смещения через произвольную замкнутую поверхность равен сумме свободных зарядов, заключенных в этой поверхности.

ТОК СМЕЩЕНИЯ - величина, пропорциональная скоростиизменения переменного электрического поля в диэлектрике или вакууме. Название "ток" связано с тем, чтоток смещения порождает магнитное поле по тому же закону, что и ток проводимости.

50)

,

(7.3.1)

      Это уравнение является обобщением закона Био–Савара–Лапласа      

,

(7.3.2)

      Это уравнение описывает явление электромагнитной индукции (закон Фарадея) и устанавливает количественную связь между электрическими и магнитными полями: переменное электрическое поле порождает переменное магнитное поле. 

      

      3) Ещё два уравнения выражают теорему Остроградского–Гаусса для электрического и магнитного полей (статических полей)

,

(7.3.3)

      Поток вектора электрического смещения через замкнутую поверхность S равен сумме зарядов внутри этой поверхности. Это уравнение показывает также, что силовые линии вектора иначинаются и заканчиваются на зарядах.

      4) И для магнитного поля

,

(7.3.4)

      Это уравнение выражает то свойство магнитного поля, что линии вектора магнитной индукции всегда замкнуты и что магнитных зарядов нет.

            5, 6, 7) Наконец надо помнить, что величины, входящие в эти четыре уравнения не независимы, и между ними существует связь:

,

(7.3.6)

,

(7.3.7)

,

(7.3.8)

       здесь σ – удельная проводимость, – плотность сторонних токов.

МКТ

1. Идеальный газ - это физическая модель газа, взаимодействие между молекулами которого пренебрежительно мало.

Свойства идеального газа: - взаимодействие между молекулами пренебрежительно мало - расстояние между молекулами много больше размеров молекул - молекулы - это упругие шары - отталкивание молекул возможно только при соударении - движение молекул - по законам Ньютона - давление газа на стенки сосуда - за счет ударов молекул газа

Опытные законы идеального газа

В молекулярно-кинетической теории поль­зуются идеализированной моделью идеаль­ного газа, согласно которой:

1) собственный объем молекул газа пренебрежимо мал по сравнению с объемом сосуда;

2) между молекулами газа отсутству­ют силы взаимодействия;

3) столкновения молекул газа между собой и со стенками сосуда абсолютно упругие.

Модель идеального газа можно ис­пользовать при изучении реальных газов, так как они в условиях, близких к нор-

 

 

74

мальным (например, кислород и гелий), а также при низких давлениях и высоких температурах близки по своим свойствам к идеальному газу. Кроме того, внеся по­правки, учитывающие собственный объем молекул газа и действующие молекуляр­ные силы, можно перейти к теории реаль­ных газов.

Опытным путем, еще до появления молекулярно-кинетической теории, был уста­новлен целый ряд законов, описывающих поведение идеальных газов, которые мы и рассмотрим.

Закон Бойля — Мариотта: для дан­ной массы газа при постоянной температу­ре произведение давления газа на его объем есть величина постоянная:

pV = const (41.1) при Т=const, m=const.

Кривая, изображающая зависимость меж­ду величинами р и V, характеризующими свойства вещества при постоянной темпе­ратуре, называется изотермой. Изотермы представляют собой гиперболы, располо­женные на графике тем выше, чем выше температура, при которой происходит про­цесс (рис. 60).

Закон Гей-Люссака: 1) объем дан­ной массы газа при постоянном давлении изменяется

линейно с температурой:

V=V₀(1+t) (41.2) при p = const, m = const;

2) давление данной массы газа при по­стоянном объеме изменяется линейно с температурой:

p = p₀(1+t) (41.3) при V=const, m=const.

В этих уравнениях t — температура по шкале Цельсия, р₀ и V₀ — давление и объем при

0°С, коэффициент =1/273,15 К^-1.

Процесс, протекающий при постоян­ном давлении, называется изобарным. На диаграмме

в координатах V, t (рис.61) этот процесс изображается прямой, на­зываемой изобарой. Процесс,

 протекаю­щий при постоянном объеме, называется изохорным. На диаграмме в координатах р, t (рис. 62)

он изображается прямой, называемой изохорой.

Из (41.2) и (41.3) следует, что изо­бары и изохоры пересекают ось темпера­тур в точке t =-1/=-273,15 °С

, опре­деляемой из условия 1+t=0. Если сместить начало отсчета в эту точку,

то происходит переход к шкале Кельвина (рис. 62), откуда

T=t+1/.

 

 

 

75

Вводя в формулы (41.2) и (41.3) термодинамическую температуру, законам Гей-Люссака

можно придать более удоб­ный вид:

V=V₀(1+t)=V₀[1+(T-1/)]=V₀T,

p=p₀(1+t)=p₀ [1+(Т-1/)]=р₀Т, или

V₁/V₂ = T₁/T₂ (41.4)

при p = const, m = const,

р₁/р₂ = T₁/T₂ (41.5) при V=const, m=const,

где индексы 1 и 2 относятся к произволь­ным состояниям, лежащим на одной изо­баре или изохоре.

Закон Авогадро: моли любых газов при одинаковых температуре и давлении занимают

одинаковые объемы. При нор­мальных условиях этот объем равен 22,41•10^-3м³/моль.

По определению, в одном моле различ­ных веществ содержится одно и то же число

молекул, называемое постоянной Авогадро:

N_А = 6,022•10²³ моль^-1.

Закон Дальтона: давление смеси идеальных газов равно сумме парциаль­ных давлений входящих

в нее газов, т. е.

p=p₁+p₂+... + p_n,

где p₁,p₂, ..., p_n—парциальные давле­ния — давления, которые оказывали бы газы смеси, если бы они

одни занимали объем, равный объему смеси при той же температуре.

2) .

• Свойство газообразных веществ занимать весь предоставленный им объем используется при откачке с помощью механических насосов.

• Свойство газообразных веществ проникать друг в друга (взаимная диффузия) использовано для разработки так называемых диффузионных насосов, позволяющих с большой скоростью получать предельно низкие давления.

• Тепловым движением частиц воздуха объясняется «натекание» вакуумных систем, т. е. проникновение атмосферного воздуха внутрь вакуумной системы через неуплотненное («негерметичное») место (течь).

• Тепловым движением объясняются такие важные свойства газообразных веществ, как теплопроводность, т. е. перенос (молекулами) тепла от более нагретого к менее нагретому телу, в газовой среде, как внутреннее трение или вязкость газа, т. е. передача количества движения от одного слоя газа к другому, и многие другие.

• Испарение, конденсация, понятия «газ», «пар»

• Давление с точки зрения кинетической теории

• Средняя кинетическая энергия поступательного движения всех молекул идеального газа рассчитывается следующим образом:

• ⟨E⟩=N⟨Ek⟩=32NkT,

• где N — число молекул газа; ⟨Ek⟩ — средняя кинетическая энергия поступательного движения одной молекулы; k — постоянная Больцмана, k ≈ 1,38 ⋅ 10⁻²³ Дж/К; T — термодинамическая (абсолютная) температура газа.

Основное уравнение МКТ связывает микропараметры частиц ( массу молекулы, среднюю кинетическую энергию молекул, средний квадрат скорости молекул) с макропараметрами газа (р - давление, V - объем, Т - температура).  Давление газа на стенки сосуда пропорционально произведению концентрации молекул на среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекулы. Ниже приведены различные выражения для основного уравнения МКТ:    

  

где р - давление газа на стенки сосуда(Па) n - концентрация молекул, т.е. число молекул в единице объема ( 1/м3)   - масса молекулы (кг)   - средний квадрат скорости молекул ( м2/с2) ρ - плотность газа (кг/м3)  - средняя кинетическая энергия молекул (Дж) Давление идеального газа на стенки сосуда зависит от концентрации молекул и пропорционально средней кинетической энергии молекул.

3)Распределение Максвелла описывает распределение по скоростям молекул (частиц) макроскопической физической системы, находящейся в статическом равновесии, при условии, что движение молекул подчиняется законам классической механики (например классический идеальный газ).

dn=F(v)dv=4n(m/2kT)^3/2exp(-mv²/2kT)v²dv

Оно достигает максимума при скорости v_b = (2kT/m)^1/2, называемой наиболее вероятной скоростью. При помощи распределения Максвелла можно вычислить также среднее значение любой функции от скорости молекулы. Так, например, средняя скорость <v> = (4/)^1/2v_b и т.д. При этом среднеквадратичная скорость <v²>^1/2 оказывается в (3/2)^1/2раза больше v_b.

Среднеквадратичная скорость молекул идеального газа может быть определена по одной из формул:

⟨vкв⟩=3kTm0−−−√; ⟨vкв⟩=3RTM−−−−√; ⟨vкв⟩=3pρ−−√,

где m ₀ — масса одной молекулы; R — универсальная газовая постоянная, R ≈ 8,31 Дж/(моль ⋅ K); M — молярная масса газа; p — давление газа; ρ — плотность газа.

В Международной системе единиц среднеквадратичная скорость измеряется в метрах в секунду (1 м/с).