Конспект лекций по физике для довузовской подготовки москва -2014

Конспект
лекций
94 
Основные
 
вопросы
 
для
 
повторения
1. 
Что
такое
электрический
заряд
? 
Опишите
его
свойства
и
количест
-
венные
характеристики
. 
2. 
Сформулируйте
закон
сохранения
электрического
заряда
. 
3. 
Сформулируйте
закон
Кулона
. 
Поясните
физический
смысл
вели
-
чин
, 
входящих
в
него
. 
4. 
Дайте
определение
напряженности
электрического
поля
. 
5. 
Сформулируйте
принцип
суперпозиции
электрических
полей
. 
6. 
Дайте
определение
линий
напряженности
электрического
поля
. 
7. 
Дайте
определение
потенциала
электростатического
поля
. 
Что
та
-
кое
разность
потенциалов
между
двумя
точками
поля
? 
8. 
Какая
существует
связь
между
напряженностью
электростатиче
-
ского
поля
и
потенциалом
? 
9. 
Что
такое
эквипотенциальная
поверхность
? 
10. 
Каковы
особенности
поведения
проводников
во
внешнем
элек
-
трическом
поле
? 
11. 
В
чем
заключается
поляризация
диэлектриков
? 
Каковы
основные
механизмы
поляризации
? 
12. 
Дайте
определение
электрической
емкости
. 
От
чего
зависит
элек
-
троемкость
проводника
? 
13. 
Что
называется
конденсатором
? 
Запишите
в
виде
формулы
выра
-
жение
для
емкости
плоского
конденсатора
. 
14. 
Как
рассчитывается
энергия
электрического
поля
заряженного
проводника
? 
15. 
Как
рассчитывается
общая
емкость
батареи
конденсаторов
, 
соеди
-
ненных
последовательно
и
параллельно
? 

В
.
А
. 
Никитенко
, 
А
.
П
. 
Прунцев
95
Лекция
 
№
 7 
 
7.1. 
Электрический
 
ток
. 
Электродвижущая
 
сила
. 
Напряжение
 
Под
электрическим
 
током
понимают
направленное
 
движение
 
электрически
 
заряженных
 
частиц
(
например
, 
ток
 
проводимости
, 
свя
-
занный
 
с
 
движением
 
заряженных
 
частиц
 
в
 
какой
-
либо
 
среде
) 
или
 
заря
-
женных
 
макроскопических
 
тел
(
конвекционный
 
ток
, 
в
 
частности
, 
па
-
дение
 
заряженных
 
капель
 
дождя
)
. 
Носителями
тока
в
металлах
являют
-
ся
электроны
(
отрицательно
заряженные
элементарные
частицы
), 
в
жид
-
костях
– 
ионы
, 
в
газах
– 
ионы
и
различные
заряженные
частицы
, 
в
полу
-
проводниках
электрический
ток
могут
создавать
электроны
и
дырки
. 
Количественными
характеристиками
электрического
тока
яв
-
ляются
: 
скалярная
величина
, 
которая
называется
сила
 
тока
 
J 
и
век
-
торная
величина
, 
называемая
плотностью
 
электрического
 
тока
 j
. 
Сила
 
тока
 
J – 
это
величина
, 
численно
 
равная
 
заряду
, 
который
 
проходит
 
через
 
рассматриваемую
 
поверхность
 
в
 
единицу
 
времени
. 
Если
за
время

t 
через
поверхность
пройдет
заряд

q, 
то
усреднен
-
ная
сила
тока
определяется
как
Δ
t
Δ
q
J

. 
(7.1) 
Мгновенное
значение
силы
тока
запишется
в
виде
dt
dq
J

,
(7.2) 
а
постоянный
ток
(
сила
и
направление
вектора
скорости
носителей
заряда
которого
постоянны
во
времени
) 
характеризуется
выражением
t
q
J

.
(7.3) 
Единицей
измерения
электрического
тока
в
СИ
является
ам
-
пер
(
А
= 
Кл
с
). 
Величина
вектора
 
плотности
 
тока
 j 
в
интересующей
нас
точке
пространства
численно
равна
силе
 
тока
, 
проходящего
 
через
 
расположенную
 
в
 
данной
 
точке
 
единичную
 
площадку
, 
ориентирован
-
ную
 
перпендикулярно
 
к
 
направлению
 
движения
 
носителей
 
заряда
.

Конспект
лекций
96 
Если
силу
тока
, 
протекающего
через
поперечное
сечение
про
-
водника
, 
обозначим
как
J, 
а
площадь
сечения
– S

, 
то
j = 





2
м
A
S
J
. 
(7.4) 
Исторически
принято
, 
что
направление
вектора
j
(
направле
-
ние
тока
) 
совпадает
с
направлением
упорядоченного
движения
поло
-
жительных
носителей
заряда
. 
Исходя
из
определения
плотности
тока
легко
получить
, 
что
j = qn 



, 
(7.5) 
где
q 
– 
заряд
носителя
тока
, n 
и



– 
соответственно
концентрация
носителей
в
проводнике
и



их
средняя
скорость
упорядоченного
движения
. 
Для
возникновения
и
существования
электрического
тока
не
-
обходимо
присутствие
свободных
носителей
заряда
и
силы
, 
обеспе
-
чивающей
их
упорядоченное
движение
. 
Эта
сила
обычно
появляется
за
счет
действия
электрического
поля
, 
которое
определяется
электри
-
ческим
напряжением
на
концах
проводника
. 
Электрическое
 
напряжение
. 
Электрический
ток
в
проводни
-
ке
создается
разностью
потенциалов
, 
например

1
–

2
(
см
. 
рис
. 7.1), 
вспоминая
прошлую
лекцию
, 
разностью
потенциальных
энергий
, 
ко
-
торыми
обладает
носитель
заряда
в
разных
точках
электрического
поля
внутри
проводника
. 
В
данном
случае
можно
провести
аналогию
с
наличием
перепада
высот
на
различных
участках
реки
, 
чем
больше
перепад
, 
тем
сильнее
поток
воды
в
реке
. 
В
случае
реки
перепад
высот
и
круговорот
воды
создает
при
-
рода
, 
в
случае
электрического
тока
также
необходим
какой
-
либо
ис
-
точник
(
обозначим
Е
), 
который
бы
осуществил
круговорот
зарядов
(
рис
. 7.2). 
Данный
источник
играет
роль
своеобразного
насоса
, 
который
от
конца
проводника
с
меньшим
потенциалом
(
т
. 2) 
перебрасывает
проводимые
током
заряды
к
концу
с
большим
потенциалом
(
т
. 1). 
Пе
-
ремещение
положительных
носителей
тока
(
на
самом
деле
в
металли
-
ческом
проводнике
, 
конечно
, 
движутся
электроны
) 
на
участке
2

1 
происходит
против
сил
электростатического
поля
и
возможно
только

В
.
А
. 
Никитенко
, 
А
.
П
. 
Прунцев
97
при
приложении
сил
неэлектростатического
происхождения
, 
назы
-
ваемых
сторонними
 
силами
. 
Эти
силы
могут
быть
обусловлены
ме
-
ханическими
, 
химическими
, 
световыми
и
другими
процессами
. 
Вели
-
чина
, 
равная
работе
 
сторонних
 
сил
 
над
 
единичным
 
положительным
 
зарядом
, 
называется
электродвижущей
 
силой
 
(
э
.
д
.
с
., 
термин
не
очень
удачен
) 
Е
, 
действующей
на
участке
(
например
, 
участок
2

1) 
или
в
замкнутой
цепи
(
рис
. 7.2). 
Если
работа
сторонних
сил
над
зарядом
q
равна
А
ст
.
, 
то
Е
 
= 
q
А
ст
.
. 
(7.6) 
Из
выражения
(7.6) 
видно
, 
что
размерность
э
.
д
.
с
. 
совпадает
с
размерностью
потенциала
(
вольт
). 
Устройства
, 
которые
обеспечивают
действие
сторонних
сил
, 
получили
название
источников
электрического
тока
и
обозначаются
в
схемах
как
__ ___ , 
где
длинная
вертикальная
черта
соответствует
по
-
ложительному
полюсу
источника
. 
Сторонние
силы
внутри
источника
тока
действуют
от
отрицательного
полюса
к
положительному
, 
это
направление
часто
называют
направлением
 
действия
 
э
.
д
.
с
.
Если
на
некотором
участке
электрической
цепи
, 
например
1-2, 
(
рис
. 7.3) 
действуют
одновременно
электростатические
и
сторонние
силы
с
электродвижущей
силой
Е
12
(
неоднородный
 
участок
 
цепи
), 
то
величина
, 
численно
 
равная
 
работе
, 
совершаемой
 
электростатиче
-
скими
(
кулоновскими
) 
и
 
сторонними
 
силами
 
при
 
перемещении
 
еди
-
ничного
 
положительного
 
заряда
 
из
 
т
. 1 
в
 
т
. 2
, 
получила
название
 
 
 
 
 
 
 
 
Е
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1

2
 
 
 
1
 
2
 
 
 

1
 

 

2
 
 
 

1
 

2
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
J
J
 
 
 
 

жүктеу/скачать 1,26 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: