1.Електричне поле – це особливий вид матерії та має наступні властивості:

Існує навколо зарядів; діє тальки на заряди; поле з віддалення від заряду ослаблюється.

І.Напруженість(вектор Е) – це силова характеристика ел. Поля; фіз. Величина яка дорівн.є відношенню сили Ф, що діє на заряд пробний q_{пробний} в електричному полі (заряду КЮ) до величини цього заряду. E^> = F^>/q. [E]= 1H/1Kl.

Напруженість поля системи зарядів дорівнює сумі векторів напруженостей створених у даній точці поля кожним із зарядів окремо E^> = E₁ + E₂ … + E_n =∑ⁿ_i=1E_i.

, напруженість поля створенного точковим зарядом

2. Потенціал електричного поля – це енергетична характеристика електричного поля; фізична величина що дорівнює відношенню потенціальної енергії заряда в даному полі до його величини q;

де  — потенціал даної точки, В; W — потенціальна енер­гія в точці поля або виконана робота, W == А, Дж; Q — електричний заряд в даній точці, Кл; В = Кл/Дж.

Для системи зарядів потенціал дорівнює алгебраїчній сумі ҩ = ҩ1+ ҩ2+ ҩ3 + … ҩн = ∑ⁿ_i=1 ҩ_iт Потенціал поля точкового заряду E = k q/r² = ҩ=q/r Еквіпотенціальні поверхні – поверхні всі точки якої мають однакових потенціал.

Напругою (U) називається різниця потенціалів між двома точками електричного поля:

де U — напруга, В;  _А,  _В — потенціали відповідно в точ­ках А і В.

Напруга між двома точками електричного поля дорів­нює роботі, яку треба виконати для переміщення позитив­ного заряду між цими точками:

Н апруга дорівнює одному вольту, якщо при переміщенні заряду в один кулон з однієї точки в другу виконується робота в один джоуль: В=Кл/Дж.

3.До провідників належать речовини, які мають заряджені частинки, що здатні рухатись впорядковано по всьому об'єму тіла під дією електричного поля. Заряди цих частинок називають вільними зарядами. Провідниками є всі метали, деякі хімічні сполуки, водні розчини солей, кислот, лугів, розплави солей, іонізовані гази. Розглянемо поведінку в електричному полі тільки твердих металевих провідників. У металах носіями вільних зарядів є вільні електрони. Їх називають електронами провідності.

< Незаряджений металевий провідник в електростатичному полі

Діелектриками або ізоляторами називають такі тіла, через які електричні заряди не можуть переходити від зарядженого тіла до незарядженого. Ця властивість діелектриків зумовлена тим, що у них за певних умов немає вільних носіїв заряду. До діелектриків належать усі гази за нормальних умов, рідини (гас, спирти, ацетон, дистильована вода та ін.), тверді тіла (скло, пластмаси, сухе дерево, папір, гума тощо).У діелектриках електричні заряди не можуть (так як і вільні заряди провідника) переміщуватися під дією електричного поля по всьому об'єму тіла. Діелектрики поділяють на два види:1) полярні, які складаються із молекул, у яких центри розподілу позитивних і негативних зарядів не збігаються (вода, спирти та ін.);2) неполярні, що складаються з атомів або молекул, у яких центри розподілу позитивних і негативних зарядів збігаються (бензол, інертні гази, поліетилен та ін.).

4 . Електрична ємність — це фізична величина, яка харак­теризує здатність провідника накопичувати електричний заряд при зміні потенціалу на один вольт. Чисельно вона дорівнює відношенню заряду провідника до його потен­ціалу:

Одиницею електричної ємності є фарад (Ф).

Здатність діелектриків послаблювати зовні­шнє електричне поле застосовують у кон­денсаторах.

Конденсаторами називають електричні при­лади для нагромадження електричних за­рядів. >

< Електроємність С конденсатора з двох плоских паралельних пластин з площею S кожна і відстанню d між пластинами дорівнює:

Енергія електричного поля

Потенціальна енергія електричного поля зарядженого конденсатора може перетво­рюватися на інші види енергії. Наприклад, під час підключення виводів зарядженого конденсатора до електричної лампи елект­ричне поле створює електричний струм, нитка лампи нагрівається й випромінює світло.

6. Електричним струмом називають впорядкований( напрямлений рух вільних зарядів в провіднику під дією сил електричного поля)

Умови існування струму: 1. Умовний(пов'язаний з напрямом електричного поля +>-)2. Справжній (->+)

Дії струму: теплова, хімічна, магнітна, механічна. Параметр струму – сила струму(дорівнює відношенню заряду що пройшов через переріз провідника до часу його проходження) I =q/t (дельта) I =1A

A

R

Електричне коло явл.є собою електричні прилади, споживачі, джерела енергії, з’єднані за допомогою дротів. 1827 р експериментально відкрито закон Ома. Закон Ома – сила струму прямо пропорційна до напруги і обернено пропорційна до опору.

V

Опір – протидія електричному струму; фізична величина яка обумовлена внутрішньою будовою провідника і хаотичн-

им рухом його пластинок R = Om =1B/1A

8.замкнуте Електричне коло складається з резисторів та джерел електричної енергії, інших приладів які утворюють замкнуте з’єднання . Резистори(опори) називають споживачем(навантаження)і являють собою зовнішню ділянку кола, а джерела енергії являють собою внутрішню ділянку кола на якій діють сторонні сили. ЕРС – це енергетична характеристика джерела струму; це фіз. Величина що дорівнює відношенню роботи сторонніх сил по перенесенню заряду величини цього заряду ЕРС = А ст/q. {E}=1Дж/1Кл=1В

9.Закон Ома для повного електричного кола. В повному колі окрім опору навантаження є ще джерело живлення, яке має свій власний внутрішній опір. Сила струму в ньому визначається формулою

де   — електрорушійна сила,   — опір навантаження,   -внутрішній опір джерела струму.

Робота струму на ділянці кола A=IUt=(U²/R)*t, де т – час. При проходженні струму провідником виділяється кількість теплоти, що дорівнює роботі струму. Потужність струму P=A/t=IU=U^2/R=I^2R. {P}=ДЖ/сек = 1 Вт.

11.Напівпровідники – речовини, які за своєю електропровідністю займають провідне місце між провідниками та діалектриками. Чисті напівпровідники мають власну провідність за певних умов(нагрівання,опромінювання), відбувається розрив ковалентних зв’язків і з’являються вільні заряди і дірки та електрони. Провідність напівпровідників, зумовлена домішками, називається домішковою провідністю, а самі напівпровідники – домішковими напівпровідниками. Домішкова провідність буває двох типів: n-типу та p-типу. Власними напівпровідниками є хімічно чисті напівпровідники, їх провідність називається власною провідністю.

1 2. p-n перехід — область контакту напівпровідників p- та n-типу, яка характеризується одностороннім пропусканням електричного струму. – напівпровідниковий діод. Напівпровідниковий діод – напівпровідниковий прилад з одним випрямленим електричним переходом і двома зовнішніми виводами. Аипрямленим електричним переходом в напівпровідникових діодах може бути електронно-дірковий перехід, гіперперехід або контакт метал-напівровідник. Напівпровідникові діоди застосовують для випрямлення електричного струму в радіосхемах; також застосовують у всіх електронних схемах та в багатьох електронних.

13. Магнітне поле – це особливий вид матерії. Властивості МП: 1)існує навколо електричних зарядів; 2)діє тільки на рухомі заряди; 3)з віддаленням від зарядів послаблюється. 1820р Ампер - струми однакового напряму притягуються, а протилежного – відштовхуються. Г.Ерстед – рухомі заряди створюють навколо себе в просторі магнітне поле. Для графічного зображення МП застосовують силові лінії індукції МП. Властивості силових ліній: 1) неперервні; 2)не перетинаються; 3) розташовані густіше там, де поле сильніше; 4) завжди замкнуті. Магнітне поле є вихровим.

14.Сила Ампера – це сила, що діє на провідник зі струмом в магнітному полі. Сила Ампера залежить від сили струму  , елемента (частини) довжини провідника  , кута між напрямом струму і напрямом ліній магнітного поля   тамагнітної індукції  , і задається формулою . Напрям сили Ампера визначають за правилом лівої руки: лінії індукції МП – в долонь, чотири випрямлені пальці - струм, 5-ий відігнутий палець – напрям сили Ампера. Використання сили Ампера: електровимірювальні прилади, електродвигуни.

1 5. Силова характеристика МП – магнітна індукція (В). Напрям визначається за правилом правої руки.

, де S – площа рамки, М – магнітний момент, дельта l – ділянка провідника, на яку діє МП, F_max – максимальна сила, з якою МП діє на провідник. M = 1 Н·м. {M} - тесла (Тл).

16. Магнітним потоком Ф через поверхню з площею S називають скалярну фізичну величину, що дорівнює добутку модуля вектора магнітної індукції   на площу поверхні S та косинус кута між вектором   і вектором нормалі до поверхні   (рис.4.4.13).

Ф  = BScosa.Добуток Bcosa = B_n - проекція вектора магнітної індукції на нормаль до площини контуру, тому Ф = B_nS. Одиниця магнітного потоку - вебер. Магнітний потік в один вебер (1 Вб) створюється однорідним магнітним полем з індукцією 1 Тл через площу 1 м², перпендикулярну до ліній магнітної індукції: 1 Вб = 1 Тл · м².

1 7. Силу, яка діє на кожен рухомий заряд з боку магнітного поля, називають силою Лоренца. Її можна знайти за допомогою сили Ампера:

де N - кількість вільних носіїв заряду в провіднику.Розглянемо ділянку провідника зі струмом (рис.4.4.6). Нехай його довжина Dl і площа поперечного перерізу S настільки малі, що індукцію магнітного поля   можна вважати незмінною в межах провідника. Сила струму в провіднику згідно з формулою (4.2.1)

                                                       

З урахуванням рівняння (4.4.2) сила Ампера:

д е nSDl = N - кількість вільних носіїв заряду, q – заряд, v- швидкість дрейфу B- модуль вектора магнітної індукції, α – кут між напрямом В і напрямом руху частини. Підставивши вираз для сили Ампера (4.4.3) у формулу (4.4.1), знаходимо вираз для сили Лоренца:

д е a - кут між векторами швидкості вільних носіїв заряду і магнітної індукції.

Н апрям сили Лоренца, як і напрям сили Ампера визначається за допомогою правила лівої руки (рис.4.4.7). Якщо ліву руку розмістити так, щоб складова магнітної індукції , перпендикулярна до швидкості заряду, входила у долоню, а чотири пальці були напрямлені за рухом позитивного заряду (проти руху негативного), то відігнутий на 90? великий палець покаже напрям сили Лоренца F_л, що діє на заряд.

С ила Лоренца в природі і техніці: 1) кінескопи; 2) прискорювачі;3) динамічні гучномовці;мас-спектографи;полярні сяйва та магнітні бурі.

 

18. Матеріали, які в зовнішньому магнітному полі намагнічуються (тобто в них з'являється власне магнітне поле), називають магнетиками. Величина  , що дорівнює відношенню модуля магнітної індукції B поля в довільному середовищі до модуля магнітної індукції B₀ цього ж поля у вакуумі, характеризує магнітні властивості цього середовища, і її називають магнітною проникністю. За магнітною проникністю і характером взаємодій з магнітним полем магнетики поділяють на діамагнетики, парамагнетики і феромагнетики. Речовини, у яких m < 1, називають діамагнетиками. До діамагнетиків належить більшість газів (крім кисню), вода, вісмут, цинк, свинець, мідь, срібло, золото, сірка, віск, алмаз, багато органічних сполук Парамагнітні речовини втягуються магнітним полем; їх магнітна проникність більша за одиницю. Атоми парамагнетиків мають відмінні від нуля магнітні моменти. Парамагнетики підсилюють зовнішнє магнітне поле. До парамагнетиків належать кисень, марганець, хром, платина, алюміній, вольфрам, усі лужні й лужноземельні метали. До феромагнетиків належать матеріали, які сильно взаємодіють з магнітним полем і магнітна проникність яких у певному температурному інтервалі значно більша за одиницю. Феромагнітні властивості мають тільки кристалічні тіла. У рідкому, або газоподібному стані феромагнетики стають парамагнітними. 

Використання магнітних матеріалів: Різні електротехнічні прилади: електромагнітні крани, реле, електродвигуни, трансформатори, у радіотехніці, у сучасних методах запису інформації

19. Магнітне поле – складова частина, „електромагнітного поля”, що є окремим видом матерії. Магнітні сили підвищують урожай. Так, помідори, вирощені в штучному магнітному полі, дозрівають швидше і дають більше плодів. Ученим треба ще багато зробити, щоб добре вивчити загадки взаємодії магнітного поля і рослин. У результаті багаторічних спостережень канадські вчені –біологи прийшли до висновку, що пшениця, посіяна в напрямі схід-захід росте краще і дає більший врожай, ніж посіяна в напрямі північ-південь. Це явище канадські вчені пояснюють чутливість рослин до магнітного поля Землі. Поле електромагнітів використовують для очищення насіння культурних сільськогосподарських рослин від насіння бур’янів. Також магнітне поле використовується на металургійних заводах, у медицині, для лікування ряду захворювань, такі апарати, як ВЧ, УВЧ створюють магнітне поле.

20. Електромагнітна індукція — виникнення електрорушійної сили у провіднику, що перебуває у змінномумагнітному полі.

Явище електромагнітної індукції відкрив у 1831 році Майкл Фарадей. До того було відомо, що електричний струм у провіднику створює магнітне поле. Однак оберненого явища не спостерігалося. Постійне магнітне поле не створює електричного струму. Фарадей встановив, що струм виникає при зміні магнітного поля. Якщо підносити й віддаляти до рамки з провідного матеріалу постійний магніт, то стрілка підключеного до рамки вольтметравідхилятиметься, детектуючи електричний струм. Ще краще це явище проявляється, якщо вставляти (виймати) магнітне осердя в котушку з намотаним провідником.

Фарадей встановив кількісний закон електромагнітної індукції, описавши його рівнянням:

д е

 — електрорушійна сила (ЕРС), яка виникає в котушці, що перебуває у змінному магнтіному полі, у вольтах

N — кількість витків у котушці

Φ — магнітний потік у веберах

Я кщо в провіднику виникає електрорушійна сила, то відповідно, індукований в ньому струм буде визначатися зазаконом Ома формулою

,

де R — опір провідника. Такий струм називається індукційним струмом.

Правило Ленца — закон, за яким можна визначити напрям індукційного струму.

Згідно з правилом Ленца індукційний струм, що виникає в замкнутому контурі, своїм магнітним полем протидіє зміні магнітного потоку, який збуджує даний струм. Формулювання: Індукційний струм у замкненому провіднику завжди має такий напрям, що створюваний цим струмом власний магнітний потік протидіє тим змінам зовнішнього магнітного потоку, які збуджують індукційний струм. Його встановив російський фізик Е. Х. Ленц 1833року.

21. Самоіндукція — явище виникнення електрорушійної сили в провіднику при зміні електричного струму в ньому. Знак електрорушійної сили завжди такий, що вона протидіє зміні сили струму. Самоіндукція призводить до скінченного часу наростання сили струму при вмиканні джерела живлення і спадання струму при розмиканніелектричного кола.

Величина електрорушійної сили самоіндукції визначається за формулою

, де   — е.р.с.,   — сила струму, L — індуктивність.

Індуктивність — фізична величина, що характеризує здатність провідника нагромаджувати енергію магнітного поля, коли в ньому протікає електричний струм.

Позначається здебільшого латинською літерою L, в системі СІ вимірюється в Генрі.

Дорівнює відношенню магнітного потоку Φ через контур, визначений електричним колом, до величини струму І в колі , тобто

.

Енергія магнітного поля, створеного електричним струмом у колі, визначається формулою

Індуктивність залежить від форми контура.

22. Вимушеними вважають коливання, що відбуваються під дією зовнішньої періодичної сили. Наприклад, ви можете взяти в руку книжку і здійснювати нею вимушені коливання. На книжку з боку руки діє зовнішня періодична сила. Якщо тіло в момент початку дії змушувальної сили було нерухомим, то спочатку амплітуда його коливань поступово зростає, через певний час досягає максимального значення і далі не збільшується.

Змінний струм – це струм, який періодично змінюється за величиною і за напрямом.

Коливання – періодично повторюваний рух або зміна енергії. Параметри: 1)період – час одного повного коливання; 2)частота – кількість коливань за одиницю часу; 3) амплітуда – максимальне відхилення від положення рівноваги. T = 1/V=t/N; V = 1/T; (A)=1м.

23. Генератор змінного струму — система з нерухомого статора (складається із сталевого осердя та обмотки) іротора (електромагніт із сталевим осердям), який обертається всередині нього.

Через два контактних кільця, до яких притиснуті ковзні контакти щітки, проводиться електричний струм. Електромагніт створює магнітне поле, яке обертається з кутовою швидкістю обертання ротора та збуджує в обмотці статора ЕРС індукції.

Щоб ротор обертався і створював магнітне поле, яке викликає у статорі ЕРС індукції, йому необхідно надавати енергію. Ротор обертається у електростанціях за допомогою пари (ТЕС та АЕС) або гідротурбін (ГЕС).

24. Трансформа́тор — пристрій, що використовується для змінинапруги й сили змінного струму.

Трансформатор (від лат. Transformo - перетворювати) - електричний апарат, що має дві або більше індуктивно зв'язані обмотки і призначений для перетворення за допомогою електромагнітної індукції однієї або кількох систем змінного струму в одну або декілька інших систем змінного струму без зміни частоти систем (системи) змінного струму .

Трансформатори широко застосовуються в лініях електропередач, врозподільних та побутових пристроях. Передача електроенергіївідбувається з меншими втратами при високій напрузі й малій силі струму. Тому зазвичай лінії електропередач високовольтні. Водночас побутові й промислові машини вимагають високої сили струму й малої напруги, тому перед споживанням електроенергія перетворюється в низьковольтну.

Трансформатори характеризуються дуже високим коефіцієнтом корисної дії.

Вперше трансформатори, як такі були продемонстровані в 1882 році^[1], хоча ще в 1876 році Яблочковвикористовував аналогічний пристрій для створених ним освітлювальних пристроїв — «свічок Яблочкова»^[2] [3]. Винахід трансформатора був важливим фактором у так званій війні струмів — конкурентній боротьбі за те, який електричний струм, постійний чи змінний ефективніший для масового користування.

25. З усіх видів енергії найчастіше використовується електромагнітна, яку на практиці називають електричною. Широке використання електричної енергії зумовлює можливістю ефективного перетворення її в інші види енергії (механічну, теплову, світлову, хімічну). До традиційних джерел виробництва електроенергії прийнято відносити виробництво електроенергії на ТЕС, ГЕС і АЕС. Єдиним недоліком електричної енергії є неможливість запасати її і зберігати ці запаси тривалий час. Запаси електроенергії в акумуляторах, гальванічних елементах і конденсаторах достатні лише для роботи малопотужних установок, причому термін зберігання цих запасів обмежені. Тому електроенергія повинна бути вироблена в такій кількості, яка потрібна споживачам. Для передачі та розподілу електричної енергії використовують повітряні лінії електропередачі, кабельні лінії, у цехах промислових підприємств – шинопроводи та електропроводки, які виконують металевими проводами з алюмінію, сталі та міді. У проводах установлюються електромагнітне поле, яке несе енергію.Її широко використовують у промисловості, на транспорті, у зв’язку, в медицині й мистецтві. Електрика дозволила створити нові технології виробництва і матеріали, яких немає в природі.

26.Коливання – це періодично повторюваний рух або зміна енергії. Параметри: 1)період – час одного повного коливання; 2)частота – кількість коливань за одиницю часу; 3) амплітуда – максимальне відхилення від положення рівноваги. Коливання, які відбуваються лише під дією внутрішніх сил, називають вільними. Виникла потреба в коливаннях під дією зовнішньої сили, що періодично змінюється, такі коливання називають вимушеними. Ці коливання здійснюють поршні в циліндрах двигунів, голка швацької машини тощо.Гармонічні коливання – це коливання під час яких характеристики змінюються з часом за гармонічним законом(законом синуса чи косинуса)

X=Asinwt

Y=Acoswt

wt – фаза, u₀=0, φ = wt +u_o. Швидкість і прискорення гармонічних коливань:

Де А – амплітуда, х,у – координати; t- час. X=Acoswt;

W=2πυ – колова частота. (W)=1рад/сек. 1)V = x’(t); V=(Acoswt)’=-Asinwt=-wAsinwt

W=2πυ – колова частота. (W)=1рад/сек. 2) a = V’(t)=x’’(t); a=-w²Acoswt; a=-w²x

Математичний маятник – це фізична модель в якій матеріальна точка підвішена на довгій нерозтяжній і невагомій нитці.

, де Т – період коливань, l- довжина нитки, g=9.8 м/с²

– формула для пружинного маятника. Де m- маса; k- коефіцієнт жорсткості пружини.

27. Механічна хвилі поширюються у пружних, суцільних середовищах незважаючи на те, що речовини складаються з молекул і мають переривчату структуру, між молекулами існують сили притягання і відштовхування. Процес поширення коливань всередині будь-якого середовища називається хвилею. Хвиля переносить коливальний рух, який передається від однієї частини середовища до іншої. Хвилі бувають двох типів: Якщо частинки пружного середовища коливаються в площині, перпендикулярній до напряму поширення хвилі y, то таку хвилю називають поперечною (рис.5.1.7). Ця хвиля може поширюватися в твердих тілах або на поверхні рідин. Якщо частинки середовища коливаються в тій самій площині, в якій поширюється і сама хвиля, то хвилю називають поздовжньою (рис.5.1.8). Така хвиля поширюється в твердих тілах, рідинах і газах.

Довжиною хвилі називається найкоротша відстань, на яку поширюються коливання за час Т. (λ)=1м.

2 8.Електромагнітні коливання – це періодичні перетворення енергії електричного поля на енергію МП і навпаки, що супроводжується повторюваною зміною параметрів електричного кола(заряду, напруги, силу струму). Електричне коло в якому можуть відбуватись такі перетворення енергії, називається коливальним контуром, найпростіший контур складається з’єднаних між собою конденсатора і дротяної котушки. Власна частота коливання: υ=1/T=1/2π де L-індуктивність, C- ємність. Резонанс – явище сильного зростання амплітуди вимушеного коливання у разі, коли частота зовнішньої сили збільшується з власною частотою коливань. <=резонанс

29. Сукупність нерозривно взаємопов'язаних змінних вихрових електричного і магнітного полів називають електромагнітним полем. У природі взагалі немає відокремлених одне від одного електричних імагнітних полів, а існують електромагнітні поля як особливий вид матерії, через який відбувається електромагнітна взаємодія. Процес поширення змінного електромагнітного поля в просторі з плином часу називаютьелектромагнітною хвилею. Максвелл показав, що швидкість поширення електромагнітної хвилі є величиною скінченною і у вакуумі дорівнює швидкості світла (тобто c   3·10⁸ м/с). Електромагнітні хвилі єпоперечними, оскільки в кожній точці простору електрична напруженість E , магнітна індукція B ішвидкість поширення цих хвиль V взаємно перпендикулярні (рис.5.2.16). Із теорії Максвелла випливає, що швидкість V поширення електромагнітної хвилі у речовині визначається за формулою

д е c - швидкість електромагнітних хвиль у вакуумі; e - діелектрична проникність; m - магнітна проникність середовища. 

О сновні принципи радіозв'язку показано на рис.5.2.21. Радіозв'язок здійснюється на довгих (10 000 - 1 000 м), середніх (1 000 - 100 м), коротких (100 - 10 м) та ультракоротких (менше 10 м) хвилях. Радіохвилі з різними довжинами хвиль по-різному поширюються біля поверхні Землі. За допомогою радіохвиль передаються на відстань не тільки звукові сигнали, але і зображення предмета.