Цикл, изученный Карно, является самым экономичным и представляет собой круговой процесс, состоя-щий из двух изотерм и двух адиабат

Расширение газа осуществляется частично изотермически (A → B) (T₁ – температура нагревателя ), частично адиабатически (B → C)

Сжатие тоже происходит в 2 этапа: изотермически (C → D), (T₂ – температура холодильника ), адиабатически (D → A)

17)Электростатическое поле, его основные характеристики, связь между ними. Закон Кулона. Теорема Гаусса.

Электрический заряд – это величина, определяющая интенсив-ность электромагнитного взаимодействия заряженных тел.

- это источник электромагнитного поля. - это внутренняя характеристика элементарных частиц.

Заряды Положительные и отрицательные

Электрический заряд дискретен, т.е. состоит из целого числа элементарных зарядов.

q – электрический заряд, [Кл] q = ± N·е, где е = 1,6·10^-19 Кл – элементарный заряд, N – целое число

Носитель элементарного положительного заряда – протон q_p = 1,6·10^-19 Кл;

Носитель элементарного отрицательного заряда – электрон q_е = - 1,6·10^-19 Кл.

Закон сохранения электрического заряда: Электрический заряд замкнутой системы тел остается постоянным

Заряженные тела взаимодействуют друг с другом: одноименные заряды и заряженные тела отталкиваются, а разноименные - притягиваются.

Сила, с которой взаимодействуют заряженные тела называется силой Кулона (F_К).

Закон Кулона: Сила взаимодействия между двумя неподвижными точечными зарядами F_К, находящимися в вакууме, пропорциональна этим зарядам q₁ и q₂ и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними:

где ε₀ = 8,85·10^-12 Ф/м – электрическая постоянная

Сила Кулона направлена вдоль прямой, соединяющей заряды:

Электростатическое поле – это силовое поле, создаваемое вокруг неподвижных электрических зарядов и передающее действие зарядов друг на друга.

Для обнаружения и опытного исследования электрического поля используется пробный точечный положительный заряд q₀.

Поле определяется через силу, действующую на этот заряд в разных точках.

Отношение F/q₀ не зависит от q₀ и является характеристикой поля

Напряженность – основная силовая характеристика электрического поля.

Напряженность поля в некоторой точке – это векторная физическая величина, определяемая силой, действующей на пробный положительный заряд, помещенный в эту точку поля.

Е – напряженность, [В/м], [Н/Кл]

напряженность поля точечного заряда

Линии напряженности (силовые линии) – линии, касательные к которым в каждой точке, совпадают с направление вектора напряженности.

Принцип суперпозиции полей: Напряженность Е результирующего поля, создаваемого системой зарядов, равна векторной сумме напряженностей полей, создаваемых в данной точке каждым из зарядов в отдельности.

где Е₁, Е₂, … - напряженности полей, создаваемых 1-ым, 2-ым и т.д. зарядами в отдельности

Если заряд распределен по телу непрерывно, то он представляется как совокупность элементарных точечных зарядов dq, каждый из которых создает своё поле напряженностью dE.

Поток вектора напряженности

Густота силовых линий характеризует значение напряженности Е:

поток вектора Е через поверхность dS

E_n – проекция вектора Е на нормаль к поверхности dS

– поток вектора Е через замкнутую поверхность S

Теорема Гаусса: Поток вектора напряженности электростатического поля сквозь произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме заключенных внутри этой поверхности зарядов, деленной на ε₀.

. Если заряды распределены по поверхности тела, то их характеризует:

- поверхностная плотность заряда, [Кл/м²] заряд на поверхности S.

Если заряды распределены по объему тела, то их характеризует

Если заряды распределены по длине нити, то их характеризует

Потенциал электростатического поля

Потенциал – основная энергетическая характеристика поля.

Потенциал в точке поля – это скалярная величина, определяемая отношением потенциальной энергией заряда, помещенного в данную точку поля, к этому заряду.

- потенциал поля точечного заряда.

Где = - разность потенциалов (напряжение). Потенциал определяется работой поля по перемещению заряда из данной точки поля на бесконечность Эквипотенциальные поверхности – поверхности, во всех точках которых потенциал имеет одинаковое значение.

Принцип суперпозиции полей: Потенциал результирующего поля, создаваемого системой зарядов, равен алгебраической сумме потенциалов полей, создаваемых в данной точке каждым из зарядов в отдельности.

Элементарная работа по перемещению единичного точечного заряда q из (·) 1

в (·) 2, если точки бесконечно близки (х₂-х₁=dx): Линии напряженности всегда перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям;

18)Проводники и диэлектрики в электростатическом поле. Конденсаторы. Энергия электростатического поля.

Диэлектрик (изолятор) – это вещество с малой концентрацией или отсутствием свободных носителей заряда. Свободные носители заряда – электроны, не связанные с ядрами атомов.

В молекулах диэлектриков электроны связаны с ядрами атомов и образуют электронейтральные системы.

Поляризация – процесс ориентации молекул вещества во внешнем электростатическом поле.

Неполярные Полярные Ионные

Напряженность электрического поля в диэлектрике

В результате смещения зарядов при поляризации на поверхности диэлектрика появляются нескомпенсированные заряды, называемые связанными. Они создают внутри диэлектрика электрическое поле, направленное противоположно внешнему полю.

Общее поле внутри диэлектрика всегда слабее внешнего.

Е₀ – напряженность внешнего электрического поля,

Е – напряженность электрического поля внутри диэлектрика,

Е’ – напряженность электрического поля внутри диэлектрика. -поле внутри диэлектрика ослабляется

χ – диэлектрическая восприимчивость диэлектрика, по сравнению с внешним полем в ε раз

ε- диэлектрическая проницаемость диэлектрика

Физический смысл ε: Показывает во сколько раз электрическое поле ослабляется в диэлектрике по сравнению с полем в вакууме.

напряженность поля точечного заряда в диэлектрике

- сила взаимодействия двух точечных зарядов (сила Кулона) в диэлектрике

- потенциал поля точечного заряда в диэлектрике

- энергия взаимодействия двух точечных зарядов в диэлектрике

Проводники – это вещества с большой концентрацией свободных зарядов.

В молекулах проводников электроны слабо связаны с ядрами атомов и могут «отрываться» от них.

При внесении незаряженного проводника во внешнее электростатическое поле, заряды внутри него перераспределяются таким образом, что напряженность поля внутри него Е = 0.

При этом часть поверхности проводника заряжается положительно, а часть – отрицательно. Эти заряды называются индуцированными (наведёнными).

Это явление называется электростатической индукцией.

Свойства проводника в электрическом поле

1. Напряженность Е = 0 всюду внутри проводника; а у его поверхности напряженность направлена перпендикулярно поверхности и определяется поверхностной плотностью заряда.

2. Весь объем проводника эквипотенциален.

3. Поверхность проводника эквипотенциальна.

4. Индуцированные заряды располагаются на внешней поверхности проводника, а внутри он остается электрически нейтральным.

Электроемкость проводника – это физическая величина, равная отношению заряда, имеющегося в каком-либо проводящем теле, к величине потенциала этого тела и характеризующая способность проводника (системы проводников) накапливать электрический заряд.