Вопросы к экзамену по физике

Электрический ток в различных средах

1. Электронная проводимость металлов.

Носители свободных зарядов в металлах - свободные электроны, которые упорядоченно перемещаются вдоль проводника под действием эл.поля с постоянной средней скоростью (из-за тормозного действия положительно заряженных ионов кристаллической решетки). Металлы обладают электронной проводимостью.

2. Зависимость сопротивления проводника от температуры. Понятие сверхпроводимости.

Открытие низкотемпературной сверхпроводимости: 1911г. - голландский ученый Камерлинг - Онес наблюдается при сверхнизких температурах (ниже 25 К) во многих металлах и сплавах; при таких температурах удельное сопротивление этих веществ становится исчезающе малым.

Трудность достижения сверхпроводимости: - необходимость сильного охлаждения вещества

Область применения: - получение сильных магнитных полей; - мощные электромагниты со сверхпроводящей обмоткой в ускорителях и генераторах.

В настоящий момент в энергетике существует большая проблема - большие потери электроэнергии при передаче ее по проводам.

3. Электрический ток в полупроводниках.

Полупроводники́ — материалы, которые по своей удельной проводимости занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками и отличаются от проводников сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и различных видов излучения. Основным свойством этих материалов является увеличение электрической проводимости с ростом температуры

4. Проводимость проводников при наличии примесей.

При наличии примесей электропроводимость полупроводников сильно изменяется.

Необходимым условием резкого уменьшения удельного сопротивления полупроводника при введении примесей является отличие валентности атомов примеси от валентности основных атомов кристалла.

P – донорная примесь

N- акцепторная примесь

5. p- n- переход.

p-n- переход проводит ток только в одну сторону с помощью запирающего слоя

Если полупроводник с n–p-переходом подключен к источнику тока так, что положительный полюс источника соединен с n-областью, а отрицательный – с p-областью, то напряженность поля в запирающем слое возрастает

Если n–p-переход соединить с источником так, чтобы положительный полюс источника был соединен с p-областью, а отрицательный с n-областью, то напряженность электрического поля в запирающем слое будет уменьшаться, что облегчает переход основных носителей через контактный слой. Дырки из p-области и электроны из n-области, двигаясь навстречу друг другу, будут пересекать n–p-переход, создавая ток в прямом направлении. Сила тока через n–p-переход в этом случае будет возрастать при увеличении напряжения источника.

6. Константная разность потенциалов и работа выхода. Термоэлектричество. ?

Полупроводниковый диод.

Полупроводниковый диод — полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом и двумя выводами (электродами). В отличие от других типов диодов, принцип действия полупроводникового диода основывается на явлении p-n-перехода.

7. Транзисторы.

электронный прибор из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, позволяющий входным сигналам управлять током в электрической цепи. Обычно используется для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов.

7. Электрический ток в вакууме. Вакуумный диод.

Электрический ток в вакууме - упорядоченное движение носителей заряда в вакууме. Под действием нагрева или облучения с поверхности находящегося в вакууме металла или оксида металла выбиваются электроны и становятся свободными носителями заряда.

При разогреве катода электроны начнут покидать поверхность последнего за счёт термоэлектронной эмиссии. Покинувшие поверхность электроны будут препятствовать вылету других электронов, в результате вокруг катода образуется своего рода облако электронов. Часть электронов с наименьшими скоростями из облака падает обратно на катод. При заданной температуре катода облако стабилизируется: на катод падает столько же электронов, сколько из него вылетает.

При подаче на катод отрицательного электрического потенциала, а на анод — положительного возникает электрическое поле, которое заставляет электроны двигаться от катода к аноду. Тем самым в цепи появляется ток.

Если же на катод подан «+», а на анод «-» (обратное включение), электрическое поле препятствует движению электронов, которые покидают катод и ток не течёт.

10. Электронно-лучевая трубка.

Электронно-лучевые приборы (ЭЛП) — класс электровакуумных электронных приборов, предназначенных для преобразований информации, представленной в форме электрических или световых сигналов. В приборах используются сфокусированные потоки электронов, управляемые по интенсивности и положению в пространстве

11. Электролиз. Законы электролиза. Применение электролиза.

Электро́лиз — физико-химический процесс, состоящий в выделении на электродах составных частей растворённых веществ или других веществ, являющихся результатом вторичных реакций на электродах, который возникает при прохождении электрического тока через раствор либо расплав электролита.

Явление электролиза широко применяется в современной промышленности

1)В 1832 году Фарадей установил, что масса M вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна электрическому заряду q, прошедшему через электролит:

2) Электрохимические эквиваленты различных веществ относятся, как их химические эквиваленты.

13. Электрический ток в газах. Виды разрядов. Плазма.

Газ в ионизированном состоянии способен проводить электрический ток. Основных способа ионизации газа два: термическая ионизация и ионизация электрическим ударом. Кроме того, существует так называемый самостоятельный электрический разряд(молния)

Плазма - в физике и химии полностью или частично ионизированный газ

Магнитное поле

1. Определение магнитного поля. Магнитная индукция. Магнитная проницаемость среды

Магни́тное по́ле — силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения.

Магни́тная инду́кция  — векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля в данной точке пространства. Показывает, с какой силой магнитное поле действует на заряд , движущийся со скоростью .

F=qVBSinA

B=M/I*S­­­­­­­­­­

Магнитная проницаемость — физическая величина, характеризующая связь между магнитной индукцией B и напряжённостью магнитного поля H в веществе.

Правило буравчика ( в основном для прямого проводника с током):

Если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением линий магнитного поля тока.

2. Постоянные магниты и магнитное поле Земли. Магнитная постоянная. Графическое изображение магнитного поля.

Магнит — тело, обладающее собственным магнитным полем

Магнитное поле Земли (геомагнитное поле) — магнитное поле, генерируемое внутриземными источниками.

Магнитные и географические полюса смещены относительно друг друга

3. Действие магнитного поля на проводник с током. Применение силы Ампера.

Fa=I*B*∆l*sinA

СИЛА АМПЕРА - это сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током.

Сила Ампера максимальна, если вектор магнитной индукции перпендикулярен проводнику.

Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки:

Если левую руку расположить так, чтобы перпендикулярная проводнику составляющая вектора магнитной индукции входила в ладонь, а 4 вытянутых пальца были направлены по направлению тока, то отогнутый на 90 градусов большой палец покажет направление силы, действующий на проводник с током.

4. Действие магнитного поля на движущийся заряд.

Направление силы Лоренца определяется по правилу левой руки:

Если поставить левую руку так, чтобы перпендикулярная скорости составляющая вектора индукции входила в ладонь, а четыре пальца были бы расположены по направлению скорости движения положительного заряда (или против направления скорости отрицательного заряда), то отогнутый большой палец укажет направление силы Лоренца

Cогласно второму закону Ньютона: сила Лоренца равнв произведению массы частицы на центростремительное ускорение тогда радиус окружности

5. Магнитные свойства веществ.

1) Ферромагнетики – десятки сотни тысячи единиц

2) Парамагнетики – не существенно отличнаются от единицы Pl – 1,00036

3) Диамагнетики – Отличаются от единицы на десятитысячные единиц – 0,999836 Висмут – Bi

Мю = B/Bo

Электромагнитная индукция

1. Открытие электромагнитной индукции. Магнитный поток.

Электромагнитная индукция — явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него.

Электродвижущая сила, возникающая в замкнутом проводящем контуре, пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром

Электрический ток, вызванный этой ЭДС, называется индукционным током

Магнитным потоком Ф через поверхность площадью S Называют величину, равную произведению модуля вентор магнитной индукции B на площадь S и на cos между B и нормалью поверхности

Ф = BScosA [Вб] Веббер – единица

2. Направление индукционного тока. Правило Ленца.

Направление индукционного тока зависит от того, возрастает или убывает магнитный поток пронизывающий контур,а так же от направления вектора индукции магнитного поля.

Индукционный ток, возникающий при относительном движении проводящего контура и источника магнитного поля, всегда имеет такое направление, что его собственный магнитный поток компенсирует изменения внешнего магнитного потока, вызвавшего этот ток.

3. Закон ЭМИ. Вихревое электрическое поле.

E_i=|∆Ф/∆t|,

E_i=-n*∆Ф/∆t

Изменение магнитного потока приводит к появлению индукционного тока в замкнутом контуре, т.е. на свободные заряды действует сила. Поскольку проводник был неподвижен – неподвижны и свободные заряды. На неподвижные электроны действует эл.поле. – это эл.поле приводит в действие частицы. Электрическое поле возникает при изменении магнитного поля – это электрическое поле называется вихревым. Работа сил вихревого эл.поля по замкнутому контуру может быть отлична от нуля. Работа обычного эл.поля = 0

Работ сил вихревого поля является работой сторонних сил, является источником ЭДС индукции. ЭДС индукции может возникать и в движущихся проводниках, которых находятся в постоянном магнитном поле.

4. ЭДС индукции в движущихся проводниках.

Ei=V*l*b = - ∆Ф/∆t

S= l * V* ∆t

Ф = B∆лямбда

Fл= qVB

A= Fл*l = qVB*l

Возникновение ЭДС индукции в движ проводниках равно ЭДС лоренца

5. Самоиндукция. Индуктивность. ЭДС самоиндукции.

Самоиндукция — явление возникновения ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении тока, протекающего через контур.

Индукти́вность — коэффициент пропорциональности между магнитным потоком (создаваемым током какого-либо витка при отсутствии намагничивающих сред, например, в воздухе) и величиной этого тока

Если в проводящем контуре течёт ток, то ток создаёт магнитное поле. Величина магнитного потока, пронизывающего одновитковый контур, связана с величиной тока следующим образом:

6. Энергия магнитного поля. Электромагнитное поле.