|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
ЭНЕРГИЯ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ.
Энергию плоского конденсатора можно вычислить, считая, что одна обкладка его создает поле, а вторая в нем находится.
Пусть отрицательно заряженная обкладка имеет потенциал равный нулю. Тогда потенциал положительно заряженной
Энергию заряженного конденсатора можно считать локализованной между его обкладками, если расстояние между ними мало по сравнению с размерами обкладок. Значит, энергия электростатического поля практически не рассеивается и его можно считать сосредоточенным в объеме
Для плоского конденсатора
Т.е. плотность энергии однородного электростатического поля пропорциональна квадрату его напряженности. Такой же вывод можно сделать и для микрообластей неоднородного поля. Формула (*) позволяет говорить о поле как об объекте, реально существующем, т.к. у этого объекта есть плотность энергии.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В МЕТАЛЛАХ. ЗАКОН ОМА ДЛЯ ОДНОРОДНОГО УЧАСТКА ЦЕПИ. Отличительной особенностью проводников является наличие в них свободных электрических зарядов. При отсутствии электрического поля свободные заряды в проводниках перемещаются хаотично. Если на концах проводника создать и поддерживать разность потенциалов, то в нем возникнет однородное электростатическое поле. Свободные заряды, кроме беспорядочного, приобретут упорядоченное движение. В проводнике возникнет электрический ток. ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ называется упорядоченное движение нескомпенсированного электрического заряда. За направление тока принимается направление движения положительных зарядов (против отрицательных). Мерой электрического тока является СИЛА ТОКА - ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД, ПРОХОДЯЩИЙ ЧЕРЕЗ ПОПЕРЕЧНОЕ СЕЧЕНИЕ ПРОВОДНИКА В ЕДИНИЦУ ВРЕМЕНИ.
О существовании тока можно судить по его действиям. Существуют: а) Тепловое действие. Проводники при прохождении по ним электрического тока нагреваются. Тепловое действие отсутствует в сверхпроводниках. б) Световое действие. Ток, проходя по газам, может заставить их светиться. в) Химическое действие. Ток, проходя по растворам солей, кислот, щелочей, вызывает выделение веществ на электродах. г) Магнитное действие. Провода с током взаимодействуют через магнитное поле. д) Физиологическое действие. Ток, проходя по мышцам, вызывает их сокращение. Магнитное взаимодействие проводников с током дало возможность ввести единицу силы тока - ампер, являющуюся основной единицей в СИ. Ампер - это сила тока, который при прохождении по двум параллельным, бесконечно длинным проводникам, находящимся в вакууме на расстоянии 1м друг от друга, вызывает силу взаимодействия между ними в 2× 1O-7Н на каждый метр длины. Силу тока легко выразить через параметры создающих его свободных зарядов. Пусть концентрация свободных частиц, каждая из которых несет заряд q0, в проводнике сечения S равна n, а скорость их поступательного движения равна v. Тогда за время t через поперечное сечение проводника пройдет
Легко убедиться в том, что скорость частиц в проводнике с током мала. Со скоростью света в нем распространяется электрическое поле. Векторной величиной, характеризующей электрический ток, является плотность тока - отношение силы тока, идущего по проводнику, к его площади.
Исследуя зависимость силы тока от разности потенциалов на концах участка цепи, Ом экспериментально установил, что СИЛА ТОКА В УЧАСТКЕ ЦЕПИ ПРЯМО ПРОПОРЦИОНАЛЬНА РАЗНОСТИ ПОТЕНЦИАЛОВ НА КОНЦАХ УЧАСТКА И ОБРАТНО ПРОПОРЦИОНАЛЬНА ЕГО СОПРОТИВЛЕНИЮ. В этом состоит закон Ома для однородного участка цепи.
где L - длина проводника, S - площадь его поперечного сечения, Экспериментально найдена зависимость электрического сопротивления от температуры.
где R0 - сопротивление проводника при О0C, R - сопротивление при t0С, a - температурный коэффициент сопротивления, равный относительному изменению сопротивления проводника при нагревании от О до 10C. Для металлов a> О, т.е. при нагревании сопротивление металла увеличивается. Классическая физика не может дать точного математического описания зависимости сопротивления металлов от температуры. В квантовой физике доказано, что время свободного пробега электронов в металле обратно пропорционально его абсолютной температуре (исключая абсолютный нуль температуры), а это ведет к возрастанию сопротивления при нагревании. Для растворов электролитов и газов a< О, т.е. при нагревании их сопротивление уменьшается. Это объясняется тем, что при нагревании растворов электролитов и газов в них образуется больше носителей свободных зарядов. При очень низких температурах (для свинца 7, 2 К) сопротивление проводника резко падает до нуля. Это явление называется сверхпроводимостью. Оно нашло широкое практическое применение для создания сверхмощных электромагнитов, ЭВМ, приборов и т.д. В настоящее время найдены соединения, переходящие в сверхпроводящее состояние при температурах порядка 1ООК. Объяснение явления сверхпроводимости дает только квантовая физика. Опыт Рике: по цепи из медных и алюминиевых цилиндров, плотно подогнанных друг к другу, больше года пропускался электрический ток. При этом прошел заряд 3× 1О6Кл. Анализ места соприкосновения цилиндров не обнаружил даже следов проникновения одного металла в другой. Т.е. Прохождение тока через металлы не сопровождается их химическим изменением. Это говорит о том, что атомы металла в проводнике с током не перемещаются. По электронной теории отрицательные заряды атомов металлов - валентные электроны, сравнительно легко могут быть отделены от атома. Атом при этом образует положительный ион. В металле всегда есть значительное количество свободных электронов. Эти электроны под действием электрического поля легко перемещаются по металлу. Ионы же составляют остов металла, образуя кристаллическую решетку. Явление фотоэффекта показывает, что электроны легко могут быть вырваны из металла, тогда как положительные заряды крепко связаны с кристаллической решеткой металла. Непосредственным подтверждением того, что носителями электрического тока в металлах являются свободные электроны стали опыты Мандельштама и Папалекси (1912) и Толмена и Стюарта (1916 г). При резкой остановке быстро вращающейся катушки из проводника, соединенной с гальванометром, свободные электроны, вследствие инертности, некоторое время продолжают движение, создавая ток в цепи. Направление тока показывает знак заряда. Определение удельного заряда частиц, т.е. отношения заряда частиц к их массе, убедительно показало, что движутся электроны. Итак, электрический ток в металле - это направленное движение свободных электронов. Электронная теория проводимости, давая правильные качественные выводы, не может дать точное количественное описание многих экспериментальных соотношений, полное описание которых возможно только в квантовой физике.
Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-08-24; Просмотров: 1205; Нарушение авторского права страницы
.
.
.
и однородным. Объемной плотностью энергии называют энергию, приходящуюся в однородном электростатическом поле на единицу объема.
.
=> 
(*).
.
частиц, которые перенесут заряд 
. Сила тока при этом будет: 
.
.
. Плотность тока направлена по напряженности поля в проводнике.
.
. Сопротивление участка цепи равно 1Ом, если при разности потенциалов на его концах в 1В сила тока в нем 1А. Сопротивление проводника объясняется взаимодействием движущихся свободных заряженных частиц, с атомами или ионами, совершающими тепловое движение около своих положений равновесия, потерей ими при этом скорости и части кинетической энергии. Сопротивление проводника зависит от его материала, длины, сечения и температуры. Экспериментально установлено: 
, 
.
,