Конденсатора

19) Постоянный ток. Сила тока, сопротивление, напряжение: определения и расчет при параллельном и последовательном соединении. Закон Ома для участка цепи и полной цепи.

Электрический ток – это упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц.

Условия существования электрического тока: Наличие свободных носителей заряда (электронов, ионов);Наличие электрического поля.

За направление тока условно принимают направление движения положительных зарядов.

Сила тока – это физическая величина, равная заряду, прошедшему через поперечное сечение проводника за единицу времени.

dq – малый заряд, прошедший через сечение проводника за малое время dt

Плотность тока - это физическая величина, равная силе тока, прохо-дящего через единицу площади поперечного сечения проводника, перпендикулярного направлению тока. dI – малый ток, прошедший через малое сечение проводника dS_˪, препендикулярное току

ЭДС – это физическая величина, определяемая работой сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда.

- ЭДС – это циркуляция вектора Е поля сторонних сил

Напряжение – это физическая величина, определяемая работой, совершаемой общим полем кулоновских и сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда

Амперме́тр — прибор для измерения силы тока.

Включается в цепь последовательно с тем участком, на котором измеряется сила тока. Амперметр не должен изменять силу тока в цепи, поэтому его сопротивление должно быть очень малым.

Вольтме́тр — прибор для измерения напряжения и ЭДС.

Включается в цепь параллельно тому участку, на котором измеряется напряжение. Сопротивление вольтметра должно быть очень большим.

Для измерения ЭДС вольтметр включается параллельно источнику тока при разомкнутой цепи.

Сопротивление – это физическая величина, характеризующая способность вещества проводить электрический ток

ρ – удельное сопротивление проводника (характеристика материала), [Ом·м];

L – длина проводника;

S – площадь поперечного сечения проводника.

Для многих металлов и сплавов при

T → 0 К (критической температуре) у проводника резко исчезает сопротивление. Такое явление называется сверхпроводимость.

Соединения проводников

Последовательное

Параллельное

Ом экспериментально установил, что сила тока, текущего по однородному металлическому проводнику прямо пропорциональна напряжению U и обратно пропорциональна сопротивлению R проводника.

закон Ома для неоднородного участка цепи - закон Ома для полной цепи

20) Закон Ома в дифференциальной форме. Работа и мощность тока. Мощность источника тока. Закон Джоуля-Ленца.

закон Ома в дифференциальной форме для любых полей

Если по участку цепи течет ток, то при этом электростатическое поле совершает работу по перемещению заряда из одного конца участка проводника в другой. Эта работа называется работой тока

Используя закон Ома получили ёпта.

Работа тока за промежуток времени от t₁ до t₂:

Работа тока пропорциональна квадрату силы тока, электрическому сопротивлению проводника и времени протекания тока по проводнику.

Мощность тока – это физическая величина, характеризующая работу тока за единицу времени.

Р – мощность тока, [Вт] Мощность - характеристика потребителя тока.

Закон Джоуля-Ленца в интегральной форме

Если ток проходит по неподвижному металлическому провод-нику, то вся работа тока идет на его нагревание и выделяется в окружающее проводник пространство в виде теплоты.

Удельная тепловая мощность тока – это количество теплоты, выделяющееся за единицу времени в единице объема проводника.

w – удельная тепловая мощность тока, [Дж/м³с]

закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме

(в обобщенной формулировке)

Удельная тепловая мощность тока в точке проводника численно равна скалярному произведению векторов плотности тока и напряженности электрического поля в данной точке.

Полная цепь состоит из источника ЭДС с внутренним сопротивлением r и нагрузки (внешнего сопротивления R).

При протекании тока по замкнутой цепи работа сторонних сил, действующих внутри источника (А_ст), преобразуется в теплоту. Часть теплоты выделяется во внешней цепи (Q), а часть – внутри источника тока (Q_ист).

Р – полезная мощность (выделяется только на внешнем участке цепи):

21)Магнитное поле. Закон Био-Савара-Лапласа. Теорема о циркуляции вектора магнитной индукции. Поток вектора магнитной индукции. Магнетики, их виды.

Магнитное поле - силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения.

- магнитная составляющая электромагнитного поля.

Источники магнитного поля: намагниченные тела (магниты);проводники с током; движущиеся заряды и заряженные тела.

Основная характеристика магнитного поля – магнитная индукция.

Магнитное поле можно наглядно изобразить с помощью силовых линий магнитного поля – линий магнитной индукции.

Линии магнитной индукции – это линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора магнитной индукции В.

- вектор магнитной индукции, [Тл] – основная характеристика магнитного поля.

Для определения направления линий магнитного поля (магнитной индукции) используется магнитная стрелка (железные опилки), замкнутый плоский контур стоком (рамка с током), а также правило буравчика.

Нормаль к рамке с током и северный полюс магнитной стрелки укажут направление вектора магнитной индукции В.

Магнитное поле может вращать рамку стоком. Вращающее действие магнитного поля (действие момента сил М) на рамку зависит от свойств рамки (р_m) и свойств магнитного поля (В).

- момент сил, вращающих рамку с током

- вектор магнитного момента рамки с током I площадью S

Элемент dl проводника с током I, находящийся в вакууме, создает в произвольной точке А магнитное поле индукцией dB.

Закон был установлен экспериментально в 1820 году Био и Саваром и сформулирован в общем виде Лапласом.

скалярная векторная форма закона Б-С-Л

µ₀ = 4π·10^-7 Гн/м – магнитная постоянная, I – сила тока в проводнике, dl – длина элемента проводника с током, создающего поле,

r – расстояние от элемента проводника до точки А,α – угол между векторами r и dl

Направление векторного произведения и магнитной индукции поля можно определить по правилу буравчика (правого винта

Теорема о циркуляции (закон полного тока для магнитного поля в вакууме):

Циркуляция вектора В по произвольному замкнутому контуру равна произведению магнитной постоянной µ₀ на алгебраическую сумму токов, охватываемых этим контуром.

составляющая вектора В в направлении касательной к контуру (с учетом выбранного направления обхода),

поток вектора магнитной индукции В че-рез площадку dS (магнитный поток), [Вб]

Магнитный поток – это скалярная величина, равна скалярному произведению вектора магнитной индукции на вектор площади контура.

- проекция вектора В на направление нормали к площадке dS

Если магнитное поле однородное (B = const):

Магнетик - термин, применяемый ко всем веществам при рассмотрении их магнитных свойств.

Магнетиками являются все вещества, т.е. все вещества проявляют магнитные свойств а в той или иной степени.

В зависимости от степени проявления магнитных свойств, вещества делят на слабомагнитные и сильномагнитные.

Магнитная проницаемость вещества — скалярная физическая величина, характеризующая связь между магнитной индукцией В и напряжённостью магнитного поля в веществе Н.

- связь между магнитной проницаемостью и магнитной восприимчивостью вещества

Магнитная проницаемость – характеристика вещества. Для конкретного вещества её значение определяется по таблице

Слабо магнитные вещества	Сильно магнитные вещества
Диамагнетики	Парамагнетики	Ферромагнетики
Золото, серебро, медь, смолы, вода,	Алюминий, платина,	Железо, кобальт, никель,

22)Действие магнитного поля на движущиеся заряды и проводники с током. Сила Ампера. Сила Лоренца.

Сила Ампера – это сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током.

Закон Ампера: Сила dF, с которой магнитное поле индукцией В действует на проводник длиной dL с током I, равна

закон Ампера в векторной и скалярной форме

Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки: Если расположить ладонь левой руки так, чтобы линии индукции магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно к ней, а четыре пальца направлены по току, то отставленный на 90° большой палец укажет направление силы, действующей на проводник.

Если токи в проводниках сонаправлены, то проводники притягиваются, в противном случае – отталкиваются.

Сила Лоренца – это сила, с которой магнитное поле действует на движущиеся заряды

Закон Лоренца: Сила F, с которой магнитное поле индукцией В действует на заряд q, движущийся со скоростью v, равна

- закон Лоренца в векторной и скалярной форме

Направление силы Лоренца определяется по правилу левой руки: Если расположить ладонь левой руки так, чтобы линии индукции магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно к ней, а четыре пальца направлены по скорости положительного заряда, то отставленный на 90° большой палец укажет направление силы, действующей на заряд.

Для отрицательного заряда направление силы Лоренца противоположно

А) если частица движется параллельно линиям магнитной индукции:

Частица будет двигаться равномерно прямолинейно (продолжит движение параллельно линиям магнитной индукции с постоянной скоростью)

Б) если частица движется перпендикулярно линиям магнитной индукции:

В этом случае сила Лоренца будет центростремительной, частица будет двигаться по окружности радиуса R.

Радиус окружности и период вращения частицы по ней.

В) если частица движется под углом α к линиям магнитной индукции

Частица будет двигаться по винтовой линии (одновременно по окружности и вдоль линий поля).

h – расстояние между витками (шаг винтовой линии) – определяется составляющей скорости v₂, параллельной линиям индукции магнитного поля:

R – радиус витка – определяется составляющей скорости v₁, перпендикулярной линиям индукции магнитного поля:

T – период - время одного витка

23)Колебания, их виды и характеристики. Уравнение свободных гармонических колебаний. Гармонические осцилляторы.

Колебания - это процессы характеризующиеся той или иной степенью повторяемости.

Колебания, происходящие в системе, предоставленной самой себе после выведения из состояния равновесия – свободные колебания.

Собственные (незатухающие) при отсутствии сил сопротивления и трения

Затухающие Если действуют силы сопротивления и трения

Если колеблющаяся величина х меняет значение по закону синуса или косинуса, то её колебания называются гармоническими.

Система называется гармоническим осциллятором - амплитуда колебаний (максимальное значение колеблющейся

величины);

ν – частота колебаний (число колебаний за единицу времени);

Т – период колебаний (продолжительность одного полного колебания); – циклическая частота колебаний

ϕ – начальная фаза колебаний (фаза в момент времени t = 0);

е ≈ 2,718… – основание натурального логарифма;

β – коэффициент затухания (величина, обратная времени за которое амплитуда уменьшается в е раз).

Уравнение незатухающих колебаний имеет вид:

Уравнение затухающих колебаний имеет вид

Пружинный маятник m – масса груза,k – жесткость пружины

Математический маятник l – длина нити, g – ускорение своб. падения

Физический маятник

I – момент инерции,m – масса тела,

d – приведенная длина

Пример электромагнитного гармонического осциллятора

Колебательный контур состоит из катушки индуктивностью L и конденсатора емкостью С. В нем происходят электромагнитные колебания. Если контур обладает сопротивлением R, то колебания будут затухающими.

Периодически меняются заряд конденсатора q, напряжение на конденсаторе U, сила тока в цепи I, энергия электрического и магнитного поля W_эл и W_м.

24)Волны, виды волн и их основные характеристики. Уравнение плоской волны. Электромагнитное поле.

Волна - это процесс распространения колебаний в пространстве.

Продольные (направление колебаний вдоль направления распространения волны)

Поперечные (направление колебаний перпендикулярно направлению распространения волны)

Механические (распространяются в сплошных средах, колеблются частицы среды)

Электромагнитные (распространяются в сплошных средах и вакууме, колеблются электрическое и магнитное поля) Всегда поперечные!

- амплитуда колебаний в волне (максимальное значение колеблющейся величины);

– циклическая частота колебаний в волне;

λ – длина волны (расстояние между ближайшими точками, колеблющимися в одинаковой фазе) - волновое число;

x – координата точки вдоль оси ОХ;

υ – скорость волны

Уравнение плоской волны:

В волновых процессах не происходит переноса вещества, но происходит перенос энергии.

В электромагнитной волне колеблются вектор напряженности электрического поля Е и вектор магнитной индукции В во взаимно перепендикулярных плоскостях у и х. Волна распростряняется вдоль оси z. – скорость распространения электромагнитной волны

где с = 3·10⁸ м/с – скорость распространения электромагнитной волны в вакууме,

ε – диэлектрическая проницаемость среды,

μ – магнитная проницаемость среды.

ε = 1, μ = 1 – для воздуха, вакуума

Бегущая волна переносит энергию. Перенос характеризуется вектором плотности потока энергии – вектором Умова S.

Модуль вектора Умова равен энергии W, переносимой волной за единицу времени t через единичную площадку S_п, расположенную перпендикулярно направлению распространения волны: