- •Вопрос 1. Электрический заряд, его свойства. Закон Кулона. Характеристики равномерно распределенного заряда.
- •Вопрос 2. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции полей. Поле точечного заряда. Электрический диполь.
- •Вопрос 3. Поток вектора напряженности. Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме.
- •Вопрос 4. Применение теоремы Гаусса к расчету поля бесконечной плоскости, обладающей равномерно распределенным зарядом, поля двух параллельных бесконечных разноименно заряженных плоскостей.
- •Вопрос 5. Теорема о циркуляции вектора напряженности электростатического поля. Работа сил электростатического поля.
- •Работа сил электрического поля.
- •Вопрос 6. Потенциал электростатического поля. Напряженность как градиент потенциала. Эквипотенциальные поверхности. Потенциал поля точечного заряда.
- •Вопрос 7. Диэлектрики. Поляризация диэлектриков. Поляризованность. Поле внутри диэлектриков.
- •Вопрос 8. Электроемкость. Конденсаторы. Емкость плоского конденсатора. Виды соединения конденсаторов.
- •Вопрос 9. Энергия электрического поля (системы зарядов, заряженного конденсатора, энергия электростатического поля)
- •Вопрос 10. Постоянный электрический ток. Сила тока, электродвижущая сила и напряжение.
- •Вопрос 11. Закон Ома для участка цепи, для неоднородного участка, для замкнутого контура. Последовательное и параллельное соединение проводников.
- •Вопрос 12. Работа и мощность тока. Мощность, выделяющаяся во внешней цепи. Закон Джоуля - Ленца.
- •Закон Джоуля – Ленца:
- •Вопрос 13. Правила Кирхгофа для расчета разветвленных цепей.
- •Вопрос 14. Магнитное поле и его характеристики. Закон бсл и его применение к расчету магнитного поля прямого и кругового тока.
- •Вопрос 15. Закон Ампера. Взаимодействие параллельных токов. Сила Лоренца.
- •Вопрос 16. Теорема о циркуляции вектора магнитной индукции и ее применение к расчету магнитного поля тороида и соленоида.
- •Вопрос 17. Поток вектора магнитной индукции. Теорема Гаусса для вектора магнитной индукции. Рамка с током в магнитном поле.
- •Вопрос 18. Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле. Рамка с током в магнитном поле.
- •Вопрос 19. Электромагнитная индукция. Закон Фарадея. Правило Ленца. Вращение рамки в магнитном поле.
- •Вопрос 20. Явление самоиндукции. Токи при размыкании и замыкании цепи. Явление взаимной индукции.
- •Вопрос 21. Энергия магнитного поля тока в контуре. Энергия магнитного поля соленоида.
- •Вопрос 22.
- •Вопрос 23. Ток смещения. Уравнения Максвелла в интегральной форме.
- •Вопрос 24. Колебательные процессы. Гармонические колебания и их характеристики. Физический и математический маятники.
- •Вопрос 25. Гармонические механические колебания. Дифференциальное уравнение и его решение. Энергия механических колебаний.
- •Вопрос 26. Гармонические механические колебания. Дифференциальное уравнение и его решение. Скорость, ускорение, сила механических колебаний.
- •Вопрос 27. Вывод и анализ решения дифференциального уравнения затухающих механических колебаний. Декремент, логарифмический декремент затухания.
- •Вопрос 28. Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний под действием гармонической силы. Резонанс. Резонансные условия.
- •Вопрос 29. Упругие волны. Уравнения плоской и сферической волны. Волновое уравнение.
- •Уравнение плоской волны
- •Уравнение сферической волны
Вопрос 8. Электроемкость. Конденсаторы. Емкость плоского конденсатора. Виды соединения конденсаторов.
Величина, равная отношению заряда уединенного проводника (проводник, который находится далеко от других тел, что влиянием их электрических полей можно пренебречь) к его потенциалу называется электрической емкостью.
Конденсатор – это такие устройства, которые при небольших размерах и небольших потенциалах имеют свойства накапливать заряды.
Конденсатор состоит из двух проводящих плоскостей (обкладки), диэлектрика.
Емкость плоского конденсатора – расстояние между обкладками d. Площадь пластин S. Расстояние d<<S.
У конденсаторов существует также два вида соединения: последовательное и параллельное.
Последовательное соединение. В этом случае обкладка одного конденсатора, заряженная отрицательно, соединена с обкладкой другого конденсатора, заряженного положительно. На рисунке показан пример последовательного соединения конденсаторов.
|
Последовательное соединение двух конденсаторов |
При данном типе соединения действует следующее правило: величина, обратная емкости батареи конденсаторов при последовательном соединении, равна сумме величин, обратных емкостям отдельных конденсаторов. Из этого следует:
1/С = 1/С1 + 1/С2 + 1/С3 + ...
При этом типе соединения емкость батареи конденсаторов меньше емкости любого из конденсаторов.
Параллельное соединение – для увеличения емкости. При параллельном соединении конденсаторов положительно заряженные обкладки соединены с положительно заряженными, а отрицательно заряженные — с отрицательными.
|
Параллельное соединение двух конденсаторов |
В этом случае емкость батареи конденсаторов будет равна сумме электрических емкостей конденсаторов:
С = С1 + С2 + С3 + ...
Вопрос 9. Энергия электрического поля (системы зарядов, заряженного конденсатора, энергия электростатического поля)
Во всех трех случаях математическая формула будет одинакова. Где же сосредоточена энергия? Что является ее носителем?
Электростатика не отвечает на этот вопрос. Заряд и поле обладает энергией. Они могут существовать отдельно от породивших систем электрических зарядов.
Энергия систем неподвижных точечных зарядов.
Энергия заряженного уединенного проводника.
Имеется проводник, заряд, емкость и потенциал. Увеличим заряд этого проводника на dQ. Для этого необходимо перенести заряд dQ из бесконечности на уединенный проводник, затратив работу
Чтобы зарядить тело от ненулевого потенциала до , нужно совершить работу:
Энергия конденсатора – всякий конденсатор обладает энергией
Энергия электростатического поля – преобразуем формулу, воспользовавшись выражением для емкости плоского конденсатора
И разности потенциалов между обкладками:
Тогда:
Объёмная плотность энергии электростатического поля:
Вопрос 10. Постоянный электрический ток. Сила тока, электродвижущая сила и напряжение.
Электрический ток - упорядоченное движение заряженных частиц под действием сил электрического поля или сторонних сил.
За направление тока выбрано направление движения положительно заряженных частиц.
Электрический ток называют постоянным, если сила тока и его направление не меняются с течением времени.
Для существования постоянного электрического тока необходимо наличие свободных заряженных частиц и наличие источника тока, в котором осуществляется преобразование какого-либо вида энергии в энергию электрического поля.
Сила тока I - скалярная величина, равная отношению заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника, промежутку времени, в течение которого шел ток. Сила тока показывает, какой заряд проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени.
Ток называют постоянным, если сила тока не меняется со временем. Для того чтобы ток через проводник был постоянным необходимо, чтобы разность потенциалов на концах проводника была постоянной.
Если заряженная частица q движется со скоростью v (скорость направленного (!) движения), то:
.
Т.о. при увеличении площади сечения проводника скорость направленного движения частиц, создающих ток, уменьшается.
Плотность тока j - отношение силы тока к площади поперечного сечения проводника. Измеряется в А/м2. Вектор плотности тока сонаправлен с вектором напряженности поля. Т.о. плотность тока не зависит от размеров проводника.
Для существования тока необходимо: наличие свободных зарядов, наличие поля с разностью потенциалов.
Положительный заряд движется в электростатическом поле по вектору напряженности от большего потенциала к меньшему. И в конце концов это приведет к выравниванию потенциалов и прекращению тока. Поэтому для существования постоянного тока необходимо наличие в цепи устройства, способного создаваться и поддерживать разность потенциалов. Эти устройства – источники тока.
Силы неэлектрического происхождения называют сторонними. Их природа различна.
Величина, равная работе сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда по всей цепи, называется электродвижущей силой источника.
Физическая величина, численно равная работе, совершаемой сторонними и Кулоновскими силами на участке цепи, называется напряжением на данном участке.
Если ЭДС отсутствует, то