- •Потенциальная энергия. Закон сохранения энергии.
- •Закон сохранения энергии.
- •Момент инерции. Кинетическая энергия вращения тела Момент инерции
- •Теорема Гюйгенса-Штейнера
- •Момент силы. Основной закон вращательного движения.
- •Момент импульса и закон его сохранения
- •Основные положения молекулярно -кинетической теории (mkt)
- •Модель идеального газа. Уравнение Менделеева - Клапейрона.
- •Обратимые и необратимые процессы.
- •Распределение молекул по скоростям (закон Максвелла).
- •17.Опытная проверка закона Максвелла.
- •Барометрическая формула Распределение Больцмана.
- •Явления переноса. Диффузия. Закон Фика. Коэффициент диффузии.
- •Теплопроводность. Закон Фурье. Коэффициент теплопроводности
- •Внутреннее трение. Закон Ньютона. Коэффициент вязкости.
- •Свойства жидкостей. Поверхностное натяжение в жидкостях.
- •Капиллярные явления.
- •Внутренняя энергия тел. Количество теплоты.
- •28)Адиабатический процесс. Уравнение Пуассона.
- •29)Классическая теория теплоемкости и ее недостатки. Теплоемкость
- •30) Круговые процессы. Цикл Карно. Кпд цикла Карно.
- •31)Второй закон термодинамики. Энтропия и её свойства. Третий закон термодинамики.
- •Следствия Недостижимость абсолютного нуля температур
- •Поведение термодинамических коэффициентов
- •32)Энтропия и вероятность.
- •33)Взаимодействие электрических зарядов. Закон Кулона.
- •34)Электрическое поле. Напряженность поля. Электрическое смещение. Теорема Гаусса.
- •Сила, с которой действует электромагнитное поле на заряженные частицы
- •Уравнения Максвелла
- •35)Работа сил электрического поля. Потенциал и разность потенциалов.
- •Взаимодействие электрических зарядов. Закон Кулона. Системы зарядов.
- •Электрическое поле. Напряженность поля. Электрическое смещение. Теорема Гаусса.
- •Работа сил электрического поля. Потенциал и разность потенциалов. Циркуляция вектора напряженности электростатического поля
- •Связь между потенциалом и напряженностью. Потенциал заряженного проводника.
- •Электроемкость уединенного проводника. Конденсаторы. Электрическая энергия заряженного проводника и диэлектрического поля. Электрическая емкость уединенного проводника
- •Энергия системы зарядов, уединенного проводника и конденсатора. Энергия электростатического поля
- •Сила взаимодействия между обкладками плоского конденсатора.
- •Диэлектрики в электрическом поле. Поляризуемость диэлектриков. Диэлектрическая проницаемость среды.
- •Электрическое поле в проводниках. Понятие о токе проводимости, плотность тока и сила тока. Сторонние силы.
- •Сторонние силы. Электродвижущая сила и напряжение
- •41. Дифференциальная форма закона Ома. Правила Кирхгофа.
- •42. Закон Био-Савара-Лапласа и его приложения.
- •43. Движение заряженных частиц (токов) в магнитном поле. Формула Лоренца для силы, действующей на заряд со стороны электрического и магнитного полей. Действие магнитного поля на движущийся заряд
- •Движение заряженных частиц в магнитном поле
- •44. Электромагнитная индукция. Самоиндукция.
- •45. Энергия магнитного поля тока
- •46. Принцип Гюйгенса. Представление о световых лучах. Законы отражения и преломления света. Полное внутреннее отражение.
- •47. Интерференция света. Условия максимума и минимума интенсивности света при наложении когерентных волн. Интерференция от двух источников.
- •Интерференция света
- •48. Метод зон Френеля. Дифракция Френеля от круглого отверстия.
- •Дифракция Фраунгофера от щели. Дифракция Фраунгофера на одной щели
- •Дифракция от дифракционной решетки. Дифракция Фраунгофера на дифракционной решетке
- •Пространственная дифракционная решетка. Формула Вульфа-Брегга. Пространственная решетка. Рассеяние света
- •§ 182. Дифракция на пространственной решетке. Формула Вульфа — Брэггов
- •Дисперсия света. Дисперсия света
- •Поглощение света. Рассеяние света.
- •Рассеяние света.
- •54.Поляризация света. Поляризаторы. Поляризация света при отражении от поверхности сред. Закон Брюстера. Естественный и поляризованный свет
- •§ 191. Поляризация света при отражении и преломлении на границе двух диэлектриков
- •55. Поляризация света. Двойное лучепреломление. Призма Николя. Двойное лучепреломление
- •Поляризационные призмы и поляроиды
- •Вращение плоскости поляризации. Вращение плоскости поляризации
- •57.Фотоэффект. Законы внешнего фотоэффекта
- •Модель атома по Бору. Постулаты Бора.
- •Постулаты Бора
- •Волны де Бройля.
- •Соотношение неопределенностей Гейзенберга.
- •Энергетические уровни атома водорода, переходы между уровнями.
- •Законы взаимопревращений частиц, ядерные реакции, дефект масс. Дефект массы
- •Ядерные реакции и их основные типы
- •Строение ядер, ядерные силы, устойчивые и неустойчивые ядра. Размер, состав и заряд атомного ядра
- •Ядерные силы
- •Правила смещения
- •Гамма-излучение и его свойства
Связь между потенциалом и напряженностью. Потенциал заряженного проводника.
Вычисление разности потенциалов по напряженности поля
По известной напряженности поля найти разность потенциалов между двумя произвольными точками этого поля.
1. Поле равномерно заряженной бесконечной плоскости определяется формулой (82.1): E=/(20), где — поверхностная плотность заряда. Разность потенциалов между точками, лежащими на расстояниях x1 и х2 от плоскости,
2. Поле двух бесконечных параллельных разноименно заряженных плоскостей определяется формулой Е=/0, где — поверхностная плотность заряда. Разность потенциалов между плоскостями, расстояние между которыми равно d
3. Поле равномерно заряженной сферической поверхности радиуса R с общим зарядом Q вне сферы (r> R) вычисляется по Разность потенциалов между двумя точками, лежащими на расстояниях r1 и r2 от центра сферы (r1 >R, r2>R, r2>r1), равна
Если принять r1=r и r2=, то потенциал поля вне сферической поверхности, согласно формуле
Внутри сферической поверхности потенциал всюду одинаков и равен
График зависимости от r приведен на рис. 134.
4. Поле объемно заряженного шара В любой точке, лежащей внутри шара на расстоянии r' от его центра (r'<R), напряженность определяется выражением Следовательно, разность потенциалов между двумя точками, лежащими на расстояниях и от центра шара ( <R, <R, > ), равна
5. Поле равномерно заряженного бесконечного цилиндра радиуса R, заряженного с линейной плотностью , вне цилиндра (r>R) определяется формулой Следовательно, разность потенциалов между двумя точками, лежащими на расстояниях r1 м r2 от оси заряженного цилиндра (r1>R, r2>R, r2>r1), равна
Электроемкость уединенного проводника. Конденсаторы. Электрическая энергия заряженного проводника и диэлектрического поля. Электрическая емкость уединенного проводника
Рассмотрим уединенный проводник, т. е. проводник, который удален от других проводников, тел и зарядов. Его потенциал прямо пропорционален заряду проводника. Разные проводники, будучи одинаково заряженными, имеют различные потенциалы. Поэтому для уединенного проводника можно записать
Величину называют электроемкостью (или просто емкостью) уединенного проводника. Емкость уединенного проводника определяется зарядом, сообщение которого проводнику изменяет его потенциал на единицу. Емкость проводника зависит от его размеров и формы, но не зависит от материала, агрегатного состояния, формы и размеров полостей внутри проводника. Это связано с тем, что избыточные заряды распределяются на внешней поверхности проводника. Емкость не зависит также ни от заряда проводника, ни от его потенциала.
Единица электроемкости — фарад (Ф): 1 Ф — емкость такого уединенного проводника, потенциал которого изменяется на 1 В при сообщении ему заряда 1 Кл.
потенциал уединенного шара радиуса R, находящегося в однородной среде с диэлектрической проницаемостью , равен
емкость шара
Отсюда следует, что емкостью 1 Ф обладал бы уединенный шар, находящийся в вакууме и имеющий радиус R=C/(40)9106 км, что примерно в 1400 раз больше радиуса Земли (электроемкость Земли С0,7 мФ). Фарад — очень большая величина, поэтому на практике используются дольные единицы - миллифарад (мФ), микрофарад (мкФ), нанофарад (нФ), пикофарад (пФ). Единица электрической постоянной 0 — фарад на метр (Ф/м)
Конденсаторы
Для того чтобы проводник обладал большой емкостью, он должен иметь очень большие размеры. На практике необходимы устройства, обладающие способностью при малых размерах и небольших относительно окружающих тел потенциалах накапливать значительные по величине заряды, иными словами, обладать большой емкостью. Эти устройства получили название конденсаторов.
Если к заряженному проводнику приближать другие тела, то на них возникают индуцированные – заряды на противоположных краях проводника (на проводнике) или связанные (на диэлектрике) заряды, причем ближайшими к наводящему заряду Q будут заряды противоположного знака. Эти заряды ослабляют поле, создаваемое зарядом Q, т. е. понижают потенциал проводника, что приводит к повышению его электроемкости.
Конденсатор состоит из двух проводников (обкладок), разделенных диэлектриком. На емкость конденсатора не должны оказывать влияния окружающие тела, поэтому проводникам придают такую форму, чтобы поле, создаваемое накапливаемыми зарядами, было сосредоточено в узком зазоре между обкладками конденсатора. Этому условию удовлетворяют 1) две плоские пластины; 2) два коаксиальных цилиндра; 3) две концентрические сферы. Поэтому в зависимости от формы обкладок конденсаторы делятся на плоские, цилиндрические и сферические.
Так как поле сосредоточено внутри конденсатора, то линии напряженности начинаются на одной обкладке и кончаются на другой, поэтому свободные заряды, возникающие на разных обкладках, являются равными по модулю разноименными зарядами. Под емкостью конденсатора понимается физическая величина, равная отношению заряда Q, накопленного в конденсаторе, к разности потенциалов (1 —2) между его обкладками:
Рассчитаем емкость плоского конденсатора, состоящего из двух параллельных металлических пластин площадью S каждая, расположенных на расстоянии d друг от друга и имеющих заряды +Q и –Q. При наличии диэлектрика между обкладками разность потенциалов между ними
где — диэлектрическая проницаемость.
Выражение для емкости цилиндрического конденсатора:
Для определения емкости сферического конденсатора, состоящего из двух концентрических обкладок, разделенных сферическим слоем диэлектрика между обкладками разность потенциалов
емкость сферического конденсатора
Емкость конденсаторов любой формы прямо пропорциональна диэлектрической проницаемости диэлектрика, заполняющего пространство между обкладками. Поэтому применение в качестве прослойки сегнетоэлектриков значительно увеличивает емкость конденсаторов.
Конденсаторы характеризуются пробивным напряжением — разностью потенциалов между обкладками конденсатора, при которой происходит пробой — электрический разряд через слой диэлектрика в конденсаторе. Пробивное напряжение зависит от формы обкладок, свойств диэлектрика и его толщины.
Для увеличения емкости и варьирования ее возможных значений конденсаторы соединяют в батареи, при этом используется их параллельное и последовательное соединения.
1. Параллельное соединение конденсаторов (рис. 144). У параллельно соединенных конденсаторов разность потенциалов на обкладках конденсаторов одинакова и равна A – B. Если емкости отдельных конденсаторов С1, С2, ..., Сn, то их заряды равны
а заряд батареи конденсаторов
Полная емкость батареи
т. е. при параллельном соединении конденсаторов она равна сумме емкостей отдельных конденсаторов.
2. Последовательное соединение конденсаторов (рис. 145). У последовательно соединенных конденсаторов заряды всех обкладок равны по модулю, а разность потенциалов на зажимах батареи
где для любого из рассматриваемых конденсаторов i = Q/Сi.
откуда
т. е. при последовательном соединении конденсаторов суммируются величины, обратные емкостям. Таким образом, при .последовательном соединении конденсаторов результирующая емкость С всегда меньше наименьшей емкости, используемой в батарее.