
- •Уравнение непрерывности
- •Вывод законов Ома и Джоуля-Ленца на основе теории Друде-Лоренца.
- •25) Контакт двух проводников с различными типами проводимостей (p-n переход). Полупроводниковые диоды и триоды (транзисторы).
- •26) Кинетические явления в сильных электрических полях в полупроводниках. Эффект Ганна. Сверхрешетки.
1.Зак.кулона:
Модуль силы взаимодействия двух точечных
зарядов в вакууме прямо пропорционален
произведению модулей этих зарядов и
обратно пропорционален квадрату
расстояния между ними.
Электрич.поле-особый
вид материи,
существующий вокруг тел или частиц,
обладающих электрич.зарядом,
а также в свободном виде при изменении
магнитного поля.
Напряж.электриич.поля — векторная физ.величина,
характеризующая электрич.поле в
данной точке и численно равная
отношению силы
действующей
на пробный
заряд,
помещенный в данную точку поля, к величине
этого заряда q.
Принцип
суперпозиции: результат
воздействия на частицу нескольких
внешних сил есть векторная сумма
воздействия этих сил (Принцип
суперпозиции (наложения) полей):
.
2.
Поток
вектора напряж.
равен числу линий вектора E, прониз.некоторую
поверх. S.
.
Теорема
Остроградского-Гаусса).:
поток электрической индукции через
любую замкнутую поверхность равен
алгебраической сумме всех зарядов,
находящихся внутри поверхности:
.
3.
Работа
по перемещ.заряда.При
перемещении пробного заряда q в
электрическом поле электрические силы
совершают работу.
.
ПОТЕНЦИАЛ
ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ
- скалярная величина, определяющая
потенциальную энергию заряда в любой
точке эл. поля.
.
Потенциал
системы точеч.зарядов
. В
электростатич.поле потенц.энергия
служит мерой взаимод.зарядов
4.
Циркуляция
вектора напряж.-работа,
которую совершают электрич.силы при
перемещении единич. Полож. заряда по
замкнутому пути L
.
Связь:
.
5.
Электроемкость
проводников -
это физ.величина, характеризующая
способность проводника или системы
проводников накапливать электрич.аряды.
Электроемкость
проводников:
С = Q/fi.
Электроемкостью
системы из двух проводников-физ.величина,
определяемая как отношение заряда q одного
из проводников к разности потенциалов
Δφ между ними:
/Электрич.ёмкость —
характеристика проводника, мера его
способности накапливать электрический
заряд.
Такая
ёмкость определяется как отношение
величины электрического заряда к разности
потенциалов между
этими проводниками(параллельное и
послед.соед конденсаторов рассм..)
6.
Электрич.диполь
- система двух точеч.зарядов +Q и -Q,
располож. на расстоянии друг от друга.
На диполь, находящийся в электрич.поле,
действует пара сил, стремящихся установить
его вдоль силовых линий. 1,Электрич.диполь
в неоднород.
Электрич.поле Е в частном случае, когда
момент диполя p направлен по полю.F1, F2 —
силы, действующие со стороны поля на
заряды +е и -e: F2>F1 и
результирующая сила F=F2-F1 стремится
переместить диполь в область большей
напряж.внеш.поля.
2,
Имеется в виду потенц.энергия диполя в
однородном электрич.поле,
которая, если диполь "отпустить",
произведёт работу, поворачивая
диполь.Работа при вращательном движении
соответствует убыли потенц.энергии
диполя:
1,
2,
7.
Поляризация
диэлектриков-
явление, связанное с ограниченным
смещением связанных зарядов в диэлектрике или
поворотом электрических диполей,
обычно под воздействием внешнего электрич.поля,
иногда под действием других внеш.сил
или спонтанно. Различают поляризацию,
наведенную в диэлектрике под действием
внеш.электрич. поля, и спонтанную
поляризацию, которая возникает
в сегнетоэлектриках в
отсутствие внеш.поля.Thm
Гаусса:
т. е. поток вектора смещения электростатич.поля
в диэлектрике сквозь любую замкнутую
поверхность равен алг. сумме свободных
электрич. зарядов, заключенных внутри
этой поверхности. В такой форме теорема
Гаусса верна для электростатич.поля
для однородной и неоднородной
. Главная
задача электростатики–расчет
электрич.полей, то есть Е0 в
различных электрич.аппаратах, кабелях,
конденсаторах. Для упрощения расчетов
была введена новая векторная величина
– вектор
электрич.смещения:
.
Степень
поляризации диэлектрика характеризуется
векторной величиной, которая называется
поляризованостью
или вектором
поляризации
(P).
Поляризованность определяется как
электрический момент единицы объема
диэлектрика
,
где
N
- число молекул в объеме
.
Поляризованность P
часто называют поляризацией, понимая
под этим количественную меру этого
процесса.
8. Физ.смысл диэлектрич.прониц.среды- безразмерная физ.величина, характеризующая св-ва изолирующей среды. Она показывает, во сколько раз взаимод. между зарядами в однородной среде меньше, чем в ваакуме. На поверхности раздела двух диэлектриков с различными абсолютными диэлектрическими проницаемостями e1 и e2 равны между собой касательные составляющие напряженности поля Еt1=Еt2 и нормальные составляющие вектора электрического смещения Dn1=Dn2.
9.Пьезоэлектрики — диэлектрики, в которых наблюдается пьезоэффект, то есть те, которые могут либо под действием деформации индуцировать электрический заряд на своей поверхности (прямой пьезоэффект), либо под влиянием внеш.электрич.поля деформир. (обратный пьезоэффект). Прим: датчики давления, пьезоэлектрич.детонаторы, источники звука огромной мощности.Сегнетоэлектрики-твёрдые диэлектрики (некоторые ионные кристалы и пьезоэлектрики),обладающие в определённом интервале температур собст.электрич.дипольным моментом, который может быть переориентирован за счёт приложения внеш.электрич.поля.Прим:в конденсаторах, пьезоэлектрических устройствах, электрооптических системах, нелинейной оптике, различных температурных датчиках. Пироэлектрики-кристаллические диэлектрики, обладающие спонтанной (самопроизвольной) поляризацией, то есть поляризацией в отсутствии внешних воздействий.Прим:в технике в качестве индикаторов и приёмников излучений. Электрет-диэлектрик, длительное время сохраняющий поляризованное состояние после снятия внеш.воздействия, которое привело к поляризации (или заряжению) этого диэлектрика, и создающий в окружающем пространстве квазипостоянное электрич. поле.Прим: запоминающих устройств, электродвигателей, генераторов,фильтров и мембран,противокоррозионных конструкций,узлов трения,систем герметизации.
10.
Энергия
электрич.поля:
.Объёмная
плотность электрич.поля-физ.величина
является электрич.(потенциальной)
энергией единицы объема пространства,
в котором создано электрическое поле.
11.Сила
Лоренца-сила,с
которой электромаг.поле
действует на точечную
заряженную
частицу
|
|
12.
Для
возникновения и существования
электрического тока
необходимо, с одной стороны, наличие
свободных носителей тока- заряженных
частиц, способных перемещаться
упорядоченно, с другой стороны- наличие
электрического поля, энергия которого,
каким-то образом восполняясь, расходовалась
бы на их упорядоченное движение. Ниже
приведены примеры уравнений
непрерывности,
которые выражают одинаковую идею
непрерывного изменения некоторой
величины.
.
Уравнение непрерывности
Поток через замкнутую поверхность плотности тока равен скорости уменьшения заряда внутри поверхности.
13.Закон
Ома. Сила
тока, текущего по однородному участку
цепи, прямо пропорциональна приложенному
напряжению и обратно пропорциональна
сопротивлению проводника.
-
закон Ома в интег.форме,
-
закон Ома в диф.форме.
14.Электросопротивление- хар-ка противодействия проводника движ. эл-нов, измеряемая отношением прилож. к нему напряжения к величине протек, по нему электрич. тока; определ. рассеянием эл-нов в дефектах кристал-лич. решетки Высокотемпературные сверхпроводники-семейство материалов с общей структурной особенностью, относительно хорошо разделёнными медно-кислородными плоскостями. Температура сверхпроводящего перехода, которая может быть достигнута в некоторых составах в этом семействе, является самой высокой среди всех известных сверхпроводников.Сверхпроводимость- свойство некоторых материалов обладать строго нулевым электрическим сопротивлением при достижении ими температуры ниже определённого значения (критическая температура).
15.
Закон Ома для
неоднородного участка
цепи имеет вид:
.Второй
закон:
алгебраическая
сумма
падений напряжений
по любому замкнутому контуру цепи равна
алгебраической сумме ЭДС,
действующих вдоль этого же контура.
16.Работа тока :dA=U*dq=IU*dt, Мощность тока:P= d A/d t=U I= I2 R= U2/R.Закон Джоуля-Ленца- Мощность электрического тока равна отношению работы тока ΔA к интервалу времени Δt, за которое эта работа была совершена:
|
||||
Данное соотношение выражает закон Джоуля-Ленца в интегральной форме.
Формула (17.14) выражает закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме: объемная плотность тепловой мощности тока в проводнике равна произведению его удельной электрической проводимости на квадрат напряженности электрического поля. |
Количество
теплоты, выделяемое
в единицу времени в рассматриваемом
участке цепи,
пропорционально произведению квадрата
силы
тока на этом участке и сопротивлению
участка. В матем.форме этот закон имеет
вид
.
17.
– формула для нахождения токов в сплошной
среде
Квазистационарный ток-относительно медленно изменяющийся переменный ток, для мгновенных значений которого с достаточной точностью выполняются законы постоянных токов. Время релаксации-процесс установления термодинамического, а, следовательно, и статистического равновесия в физической системе, состоящей из большого числа частиц. Шаговое напряжение-напряжение, обусловленное электрич.током, протекающим в земле или токопроводящем полу, и равное разности потенциалов между двумя точками поверхности земли (пола), находящимися на расстоянии одного шага человека.
Свободные заряды, имеющиеся в любом проводнике, перемещаются под действием электростатического поля и спустя промежуток времени, называемый Максвелловским временем релаксации, создают обратное поле, полностью компенсирующее внешнее. Максвелловское время релаксации обратно пропорционально удельной электропроводности материала, поэтому при отсутствии электропроводности, связанной с наличием свободных носителей заряда, характерное время создания компенсирующего поля устремляется к бесконечности.
18.
Теория
Друде-
классическое описание
движения электронов в металлах. Формула
Друде Кинетическое
уравнение Больцмана в приближении
времени релаксации приводит
для проводимости электронного газа к
формуле Друде:
,
-электрич.удельная
проводимость,n-
концентрация электронов,e0- элементарный
заряд,
-время
релаксации по импульсам (время,
за которое электрон «забывает»
о том в какую сторону двигался),m-
эффективная
масса электрона.
Закон
Ома:
,
Теория
Друде не объясняет
температурную зависимость постоянной
Холла и
её положительные значения для ряда
материалов, а также диэлектрические
свойства алмаза и металлические-графита.
Средняя длина
свободного пробега электрона
оказывается на несколько порядков
больше, чем шаг кристаллической
решётки.
Объяснение этому даётся в квантовой
теории,
где показывается, что в идеальном
кристалле при нулевой
температуре электрон
не рассеивается вообще, но в реальном
кристалле он рассеивается
на примесях, дефектах и фононах,
возмущениях кристаллич.решетки.