соединим их другим проводником. Тогда в этом проводнике за счёт разности
потенциалов на его концах возникает электрическое поле, под действием
которого свободные заряды (носители тока) приходят в упорядоченное движение
от положительного потенциала к отрицательному (имеется в виду движение
положительных зарядов, поскольку за направление тока принимается движение
именно этих зарядов), т.е. возникает электрический ток. Однако этот ток
очень быстро прекращается вследствие того, что протекание тока приводит к
выравниванию потенциалов на концах проводника и к исчезновению внутри него
электрического поля.
Для непрерывного протекания тока по проводнику необходимо к его концам
подключить устройство, которое бы отводило положительные заряды с конца,
обладающего отрицательным потенциалом, к концу — с положительным, производя
разделение зарядов и поддерживая разность потенциалов. Такие устройства
называются источниками тока. Указанное движение зарядов внутри источника
тока (движение от точки 1 к точке 2) возможно лишь в том случае, если на
них со стороны источника тока действуют силы не электростатического
происхождения, направленные против сил электростатического поля, Их
называют сторонними силами. Природа сторонних сил может быть различной.
Так, в аккумуляторах они возникают вследствие химических реакций между
электродами и электролитом.
Действие сторонник сил характеризуют физической величиной, называемой
электродвижущей силой (э.д.с.). Она равна работе, которую совершают
сторонние силы по перемещению единичного заряда внутри источника тока, т.е.
в области, где действуют сторонние силы. Если при перемещении заряда q
сторонние силы совершили работу Аст, то по определению э.д.с. [pic] равна
[pic] Из этой формулы следует, что э.д.с., как и разность потенциалов,
измеряется в вольтах Если цепь, в которой протекает ток, замкнутая, то
работа сторонних сил по всей цепи равна работе этих сил внутри источника,
поскольку вне источника сторонние силы не действуют. Таким образом,
электродвижущая сила равна работе, которую совершают сторонние силы по
перемещению единичного заряда по замкнутой цепи.
3. Закон Ома для полной цепи.
Выведем закон Ома для такой цепи. При протекании электрического тока по
цепи происходит нагревание резистора и источника тока. Нагревая источника
тока свидетельствует о том, что он обладает некоторым внутренним
сопротивлением. Обозначим его через т. Очевидно, что нагревание источника
тока и резистора R происходит за счёт работы [pic]сторонних сил. Согласно
закону сохранения энергий, эта работа будет равняться количеству теплоты,
выделяемой в источнике и в резисторе, т.е. [pic]
где [pic] и [pic]— количество теплоты, выделяемой в резисторе и на
внутреннем сопротивлении источника тока. Но [pic]. Здесь I - сила тока,
текущего в цепи, t — время протекания тока. С учётом этого получаем[pic].
Разделив последнее равенство на It и учитывая, что q = It, находим
[pic]
Это соотношение называют законом Ома для замкнутой цепи: сила тока в
замкнутой цепи пропорциональна электродвижущей силе источника и обратно
пропорциональна общему сопротивлению цепи.
Билет № 15
1. Выясним, какие изменения происходят в окружающем заряды пространстве,
если они приходят в равномерное движение?
Присоединим два гибких металлических проводника, укреплённых параллельно,
к источнику тока. На проводниках появляются равномерно распределённые
заряды противоположных знаков, которые создают вокруг себя
электростатическое поле. В результате этого возникает сила
электростатического притяжения. Если замкнуть ключ, то по проводникам
потечёт постоянный ток. При этом, несмотря на силы электростатического
притяжения, проводники отталкиваются. Это свидетельствует о том, что между
ними возникли силы неэлектростатического происхождения. Их появление можно
объяснить, если предположить, что вокруг проводника с током, т.е. вокруг
упорядоченно движущихся электрических зарядов, образуется поле,
отличающееся от электростатического поля. Его назвали магнитным. Тогда
взаимодействие токов объясняется следующим образом. Магнитное поле,
создаваемой током, текущим по одному проводнику, действует на ток,
проходящий по другому, и наоборот.
Итак, приходим к выводу: вокруг равномерно движущихся электрических
зарядов возникает магнитное поле, которое обнаруживается по действию на
другие движущиеся в этом поле заряды. Необходимо отметить, что
электрическое поле действует как на неподвижные, так и на движущиеся
заряды, а магнитное только на движущиеся.
2. Индукция магнитного поля. Магнитное поле характеризуют физической
величиной, называемой индукцией магнитного поля, являющуюся вектором.
Обозначим её через В.
Подобно тому, как для изучения электрического поля используются пробные
электрические заряды, при исследовании магнитного поля применяются пробные
контуры. Пробными называют замкнутые контуры, по которым течёт постоянный
ток, внесение которых не искажает исследуемого поля. Пробный контур
характеризуют магнитным моментом Рм, который является вектором. Его модуль
равен
[pic]
где I - сила тока в контуре, S - площадь контура. Вектор Рм направлен
перпендикулярно к плоскости контура и связан с направлением тока правилом
правого винта: при вращении винта в направлении тока, его поступательное
движение показывает направление магнитного момента контура. Из формулы
следует, что магнитный момент измеряется в ампер*метр2 (Ам2).
При внесении пробного контура в магнитное поле он устанавливает так, что
его магнитный момент совпадает с направлением вектора индукции магнитного
поля в данной точке поля. Если контур вывести из положения равновесия, то
на него будет действовать момент сил, стремящийся вернуть его в положение
равновеся. Этот момент сил будет наибольшим (максимальным), когда магнитный
момент контура перпендикулярен к вектору В. Пусть в одну и ту же точку
магнитного поля вносятся различные пробные контуры. Тогда на них будут
действовать и различные максимальные моменты сил. Однако отношение
максимального момента Мmax к магнитному моменту контура Рм остаётся
постоянным независимо от модуля магнитного момента. Поэтому его принимают
за характеристику поля в данной точке. Это и есть индукция магнитного поля,
которую обозначают через В, т.е. Таким образом, модуль индукции магнитного
поля в некоторой точке равен отношению максимального момента сил,
действующего на пробный контур, помещённый в эту точку, к его магнитному
моменту, и направление индукции магнитного поля совпадает с направлением
магнитного момента свободно ориентирующегося контура.
В системе единиц СИ индукция магнитного поля измеряется в теслах (Тл). Тл
- это индукция в такой точке магнитного поля, при внесении в которую
пробного контура с магнитным моментом 1 А*м2 на него действует максимальный
момент сил, равный 1 Н*м.
Подсчитаем размерность тесла. [pic]
3. Линии магнитной индукции. Для наглядного изображения магнитного поля
пользуются линиями магнитной индукции. Линией магнитной индукции называют
такую линию, в каждой точке которой индукция магнитного поля (вектор В)
направлен но касательной к кривой. Направление этих линий совпадает с
направлением поля. Условились линии магнитной индукции проводить так, чтобы
число этих линий, отнесённых к единице площади площадки, перпендикулярной к
ним, равнялось бы модулю индукции в данной области поля. Тогда по густоте
линий судят о магнитном поле. Там, где они гуще, модуль индукции магнитного
поля больше. Так же, как и линии напряжённости электрического поля, они не
пересекаются. Линии магнитной индукции всегда замкнуты и охватывают
проводник с током в отличие от линий напряжённости электростатического
поля, которые разомкнуты (начинаются и заканчиваются на зарядах).
Направление этих линий находится по правилу правого винта: если
поступательное движение винта совпадает с направлением тока, то его
вращение происходит в направлении линий магнитной индукции. В качестве
примера приведём картину линий магнитной индукции прямого тока, текущего
перпендикулярно к плоскости чертежа от нас за чертёж
4. Закон Ампера. Как известно, на проводник с током, помещённый в
магнитное поле, действует сила. Ампер установил, что модуль F силы
находится по формуле
[pic]
где I — сила тока, проходящего по проводнику, В — модуль индукции
магнитного поля в месте расположения участка проводника длиною l, ( - угол
между направлением тока и вектором В. Направление этой силы, получившей
название силы Ампера, определяется по правилу левой руки: если руку
расположить так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, четыре
вытянутых пальца совпадали с направлением тока, то отогнутый на 90° большой
палец даёт направление силы. Сила Ампера перпендикулярна к плоскости,
проведённой через 1 и В
5. Сила Лоренца. Поскольку ток представляет собой упорядоченное движение
электрических зарядов, то естественно предположить, что сила Ампера
является равнодействующей сил, действующих на отдельные заряды,
движущиеся в проводнике. Опытным путём установлено, что на заряд,
движущийся в магнитном поле, действительно действует сила. Эту силу
называют силой Лоренца. Модуль FL силы находится по формуле
[pic]
где В — модуль индукции магнитного поля, в котором движется заряд, q и v —
абсолютная величина заряда и его скорость, ( - угол между векторами v и В.
Эта сила перпендикулярна к векторам v и В, её направление находится по
правилу левой руки: если руку расположить так, чтобы четыре вытянутых
пальца совпадали с направлением движения положительного заряда, линии
индукции магнитного поля входили в ладонь, то отставленный на 900 большой
палец показывает направление силы. В случае отрицательной частицы
направление силы противоположное.
Билет № 16
Полупроводниками называют группу веществ, электропроводность которых
занимает промежуточное положение между металлами и диэлектриками.
Полупроводники обладают рядом свойств, отличающими их како т металлов, так
и диэлектриков. Если с повышением температуры сопротивление металлических
проводников увеличивается, то у полупроводников уменьшается. Уменьшается
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14
