1. Электросопротивление, его температурная зависимость. Сверхпроводимость. Свойства сверхпроводников. Высокотемпературные сверхпроводники.

Зависимость сопротивления от температуры в металлах:

Эта зависимость экспериментальная, она плохо согласуется с выводами классической теории:

Сверхпроводимость − свойство многих веществ, в том числе и проводников и многих сплавов и др., состоящее в том, что их электрическое сопротивление скачком уменьшается до нуля при охлаждении образцов ниже критической температуры ТС , характерной для данного материала.

Если при превышении некоторого значения температуры (или магнитной индукции или силы тока) сверхпроводящее состояние разрушается, то это значение называется критическим. Критическое значение тем меньше, чем больше два других параметра.

Сверхпроводники – идеальные диамагнетики, они полностью выталкивают из себя магнитное поле (μ = 0).

Высокотемпературная сверхпроводимость (ВТСП):

Обычная сверхпроводимость Tкрит.макс. = 23,2 К (Nb3Ge).

ВТСП открыта в 1986 г (Беднорц и Мюллер), основа – оксид меди, по сути керамика, (то есть проволоку не вытянешь).

HgBa2CaCu2O6 T = 125 K

Tl2B2CaCu2O8 T = 110 K

Bi2Sr2CaCu2O8 T = 95 K

YBa2Cu3O7-x T = 90 K

температура жидкого азота = 77 К

2. Явление самоиндукции. Индуктивность контура и соленоида. Взаимная индукция контуров. Трансформаторы. Энергия магнитного поля, объёмная плотность энергии магнитного поля.

Явление самоиндукции – это возникновение ЭДС в контуре, при изменении величины силы тока в этом контуре

Взаимная индукция Возникновение ЭДС индукции можно наблюдать на примере двух неподвижных контуров 1 и 2.

Трансформатор − устройство для повышения или понижения переменного напряжения. Он состоит из двух обмоток: первичной N1 и вторичной N2 , которые расположены на замкнутом сердечнике, набранном из тонких изолированных пластин мягкого железа, для уменьшения потерь на вихревые токи

Принцип действия трансформатора основан на том, что магнитный поток, созданный током в первичной катушке (обмотке), должен проходить через витки вторичной обмотки Когда на первичную обмотку подается напряжение U1 , возникающий переменный магнитный поток возбуждает во вторичной обмотке переменное напряжение U2 той же частоты. Напряжение, подаваемое на первичную обмотку, связано со скоростью изменения магнитного потока, т. е.

Если N2 < N1 (U2 < U1 ), то трансформатор называют понижающим, если N2 > N1 (U2 > U1 ) – повышающим

Билет №14

1. Закон сохранения энергии для электромагнитного поля. Теорема Пойтинга. Вектор Умова-Пойтинга. (скорее всего спросит вывод теоремы и все формулы)

2. Элементы зонной теории твёрдых тел. Металлы (проводники), полупроводники и диэлектрики с т.З. Зонной теории твёрдых тел.

Билет №16

Вопрос 1) При внесении изотропного диэлектрика во внешнее электрическое поле Е0, например, в пространство между обкладками плоского конденсатора, он поляризуется. Внутри диэлектрика связанные заряды компенсируют друг друга.

Но на левой грани возникает не скомпенсированный связанный отрицательный заряд с поверхностной плотностью – σ*, а на правой – положительный связанный заряд с поверхностной плотностью + σ*. В диэлектрике возникнет свое электрическое поле

Е*= σ*/ ε0 ,

направленное противоположно внешнему полю Е0.

Согласно принципу суперпозиции результирующее электрическое поле

Е = Е0 – Е*,

или по абсолютной величине Е = Е0 – Е* или

С учётом выражения σ* = χ ε0 Е можно записать

Е = Е0 – χ Е = Е0 / ε.

Умножим левую и правую части на

ε0 ε, в результате получим электрическое смещение внутри диэлектрика

D = ε0εE = ε0E0 = D0.

Следовательно, электрическое смещение внутри диэлектрика совпадает с электрическим смещением внешнего электрического поля в вакууме D0

То есть, можно записать так D = σ.

Вывод: Электрическое смещение численно равно поверхностной плотности сторонних зарядов.

Энергия электрического поля в диэлектрике. Согласно теории энергию W электрического поля при наличии изотропного диэлектрика можно записать, используя Е и D. Носителем энергии является само электрическое поле.

Можно найти распределение электрической энергии в пространстве с некоторой объемной плотностью

Объемная плотность энергии электрического поля при наличии диэлектрика в ε раз больше, чем при отсутствии диэлектрика, хотя напряженность поля в обоих случаях одна и та же.

Это связано с тем, что при создании поля в диэлектрике оно совершает дополнительную работу по его поляризации.

Следовательно, под энергией поля в диэлектрике следует понимать всю энергию, затрачиваемую на возбуждение электрического поля, которая складывается из собственной электрической энергии и энергии, расходуемой на совершение работы при поляризации.

Действительно, если вместо электрического смещения D подставить величину , то где первое слагаемое соответствует объемной плотности энергии поля Е в вакууме, второе − связано с дополнительной объемной плотностью энергии, расходуемой на поляризацию диэлектрика.