Плечо диполя — вектор , направленный по оси диполя (прямой, проходящей через оба заряда) от отрицательного заряда к положительному и равный расстоянию между зарядами.

Дипольный момент -векторная величина, характеризующая асимметрию распределения положит. и отрицат. зарядов в электрически нейтральной системе

8. Электрические свойства диэлектриков:

§ удельное объемное электрическое сопротивлением

§ электрическая прочностью(прочность на пробой)

§ диэлектрическая проницаемостью

§ диэлектрические потери

Зависимостью этих характеристик от температуры и частоты электрического поля и определяется выбор диэлектрика.

Типы диэлектриков (с полярными и неполярными молекулами):

Д. с неполярными молекулами: вещества, молекулы которых имеют симметричное строение, т.е. центры «тяжести» положительных и отрицательных зарядов в отсутствие внешнего электрического поля совпадают.

Д. с полярными молекулами: вещества, молекулы которых имеют ассиметричное строение,т.е. центры «тяжести» положительных и отрицательных зарядов не совпадают.

Поляризация диэлектрика

· Деформационная (электронная) поляризация диэлектрика с неполярными молекулами, заключающаяся в возникновении у атомов индуцированного дипольного момента за счет деформации электронных орбит.

· Ориентационная (дипольная) поляризация диэлектрика с полярными молекулами, заключающаяся в ориентации имеющихся дипольных моментов молекул по полю.

· Ионная поляризация диэлектриков с ионными кристаллическими решетками, заключающаяся в смещении подрешетки положительных ионов вдоль поля, а отрицательных - против поля, приводящем к возникновению дипольных моментов.

Поляризованность диэлектрика - дипольный момент единицы объема диэлектрика.

P=

9.Вектор электрического смещения— векторная величина, равная сумме вектора напряжённости электрического поля и вектора поляризации (Кл/м²).

Теорема Гаусса для диэлектриков:

Выражает связь (а именно равенство с точностью до постоянного коэффициента) между потоком напряжённости электрического поля сквозь замкнутую поверхность и зарядом в объёме, ограниченном этой поверхностью. Применяется отдельно для вычисления электростатических полей.

Условия на границе раздела двух диэлектриков: вблизи поверхности раздела двух диэлектриков векторы D и Eдолжны удолетворять определенным условиям,которые вытекют из соотношений

|▼E|= 0, |▼D|=ρ

10.Сегнетоэлектрики — диэлектрики, которые обладают в определенном интервале температур спонтанной (самопроизвольной) поляризованностью, т. е. поляризованностью в условиях отсутствия внешнего электрического поля.

Свойства:

· высокие значения диэлектрической проницаемости,

· наличие пьезоэлектрического и пироэлектрического эффектов

· зависимость показателя преломления от величины приложенного электрического поля.

Точка Кюри - температура, выше которой ферромагнитные вещества превращаются в парамагнитные.

Коэрцитивная сила -напряжённость магнитного поля, необходимая для полного размагничивания предварительно намагниченного ферромагнетика.

11.Проводники в электростатическом поле. Вещество, внесенное в электрическое поле, может существенно изменить его. Это связано с тем, что вещество состоит из заряженных частиц. В отсутствие внешнего поля частицы распределяются внутри вещества так, что создаваемое ими электрическое поле в среднем по объемам, включающим большое число атомов или молекул, равно нулю. Основная особенность проводников – наличие свободных зарядов (электронов), которые участвуют в тепловом движении и могут перемещаться по всему объему проводника. Типичные проводники – металлы.

Уединенным проводником называется металлическое тело, находящееся столь далеко от других металлических тел и заряженных объектов, что влиянием их электрических полей можно пренебречь.

Электроемкость уединенного проводника — физическая величина, равная отношению электрического заряда уединенного проводника к его потенциалу. В СИ единицей электроемкости является фарад (Ф).

12.Конденсаторы- это устройства, обладающие способностью при малых размерах и небольших относительно окружающих тел потенциалах накапливать значительные по величине заряды ,т.е. обладать большой емкостью.

Напряженность поля конденсатора - это отношение напряжения между обкладками и расстояния между пластинами. E=U/a, где U- напряжение (В),a-расстояние между обкладками (м).

Цилиндрический конденсатор представляет собой два проводящих коаксиальных цилиндра радиусами R₁ и R₂ (R₂ > R₁). Пренебрегая краевыми эффектами на торцах цилиндров и считая, что пространство между обкладками заполнено диэлектрической средой с относительной проницаемостью , напряженность поля внутри конденсатора можно найти по формуле:

где q - заряд внутреннего цилиндра; h - высота цилиндров (обкладок); r - расстояние от оси цилиндров. Соответственно, разность потенциалов между обкладками цилиндрического конденсатора и его емкость есть

Сферический конденсатор. Два проводника, имеющие форму концентрических сфер с радиусами R₁ и R₂ (R₂ > R₁), образуют сферический конденсатор. Используя теорему Гаусса, легко показать, что электрическое поле существует только в пространстве между сферами. Напряженность этого поля

,

где q - электрический заряд внутренней сферы; - относительная диэлектрическая проницаемость среды, заполняющей пространство между обкладками; r - расстояние от центра сфер, причем R₁ r R₂. Разность потенциалов между обкладками

и емкость сферического конденсатора

Параллельное и последовательное соединение конденсаторов.

Параллельное соединение. У параллельно соединенных конденсаторов разность потенциалов на обкладках конденсаторов одинакова и равна φa-φb.

n конденсаторов образует систему, электроемкость которой можно вычислить следующим образом:

Последовательное соединение. У последовательно соединенных конденсаторов заряды всех обкладок равны по модулю. n конденсаторов суммарная емкость системы равна

Пробивное напряжение-разность потенциалов между обкладками конденсатора, при которой происходит пробой - электрический заряд через слой диэлектрика в конденсаторе.

13.Энергия системы неподвижных точечных зарядов.Электростатические силы взаимодействия консервативны; система зарядов обладает потенциальной энергией.

где φ_i — потенциал, который создается в точке, где находится заряд Q_i, всеми зарядами, кроме i-го.

14. Энергия заряженного уединенного проводника.
Энергия заряженного проводника равна той работе, которую необходимо совершить, чтобы зарядить этот проводник.Потенциал проводника во всех его точках одинаков, так как поверхность проводника является эквипотенциальной. Если φ - потенциал проводника, то

, где Q=∑Q_i - заряд проводника.

15. Энергия электростатического поля.

Используем формулу, которая выражает энергию плоского конденсатора посредством зарядов и потенциалов, и используя выражением для емкости плоского конденсатора (C=ε0εS/d) и разности потенциалов между его обкладками (Δφ=Ed). Тогда

где V= Sd — объем конденсатора. Эта формула говорит о том, что энергия конденсатора выражается через величину, характеризующую электростатическое поле, — напряженность Е.

Объемная плотность энергии электростатического поля (энергия единицы объема)

Это выражение справедливо только для изотропного диэлектрика, для которого выполняется соотношение: Р = æε0Е.

16. Постоянный электрический ток - это непрерывное направленное движение электрических зарядов.

Условия возникновения электрического тока:

· Если в разрыв электрической цепи, состоящей из источника тока и лампочки, включить металлический стержень, лампочка загорится. По цепи пойдет электрический ток.

· Если в разрыв цепи включить стержень из эбонита, резины, лампочка не загорится. Тока в цепи не будет.

· Если стержни двух электрометров зарядить, сообщив им одинаковые по величине и знаку потенциалы, а затем соединить их металлическим стержнем, стрелки электрометров останутся в первоначальном положении. Электрического тока в образовавшейся цепи не будет.

· Если стержни электрометров зарядить, сообщив им разные потенциалы и вновь соединить их металлическим стержнем, заряды на стержнях начнут перераспределяться. Этот процесс будет идти до тех пор, пока не сравняются потенциалы стержней. Об этом можно судить по показаниям электрометров. До момента выравнивания потенциалов в цепи будет идти электрический ток.

Сила тока - физическая величина, равная отношению количества заряда , прошедшего через некоторую поверхность за время, к величине этого промежутка времени. Единицы измерения СИ А (ампер).

Пло́тность то́ка — векторная физическая величина, имеющая смысл силы тока, протекающего через элемент поверхности единичной площади. Единицы измерения СИ А/м^2.

17. Сторонние силы- силы неэлектрического происхождения, разделяющие электрические заряды внутри источника тока.

Электродвижущая сила - величина, характеризующая источник энергии неэлектростатической природы в электрической цепи, необходимый для поддержания в ней электрического тока.

Ед.измерения вольт (В).

Напряжение - это физическая величина, обозначающая внутренние силы, возникающие в теле под влиянием внешнего воздействия. Ед.измерения вольт (В).

18. Закон Ома для однородного участка цепи в дифференциальной форме, связывающий плотность тока в любой точке внутри проводника с напряженностью электрического поля в этой же точке.

,

где γ-удельная электрическая проводимость измеряется в сименс на метр (См/м), Е-напряженность электрического поля, j-плотность тока.

19. Работа электрического тока равна произведению силы тока на напряжение
и на время протекания тока в цепи.

Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме: объемная плотность тепловой мощности тока в проводнике равна произведению его удельной электрической проводимости на квадрат напряженности электрического поля.

20.Закон Ома для неоднородного участка цепи.

Неоднородным участком цепи - это такой участок цепи, при котором при прохождении тока в замкнутой цепи на свободные заряды действуют силы со стороны стационарного электрического поля и сторонние силы.

21. Правила Кирхгофа для разветвленных цепей:

· алгебраическая сумма токов, сходящихся в любом узле цепи равна нулю;

· в любом замкнутом контуре электрической цепи алгебраическая сумма произведения тока на сопротивление равна алгебраической сумме ЭДС, действующих в этом же контуре.

Мост Уитстона— устройство для измерения электрического сопротивления. Электрический аналог рычажных аптекарских весов. Принцип измерения основан на взаимной компенсации сопротивлений двух звеньев, одно из которых включает измеряемое сопротивление.

22.Работа выхода электронов из металла- обусловлена наличием свободных электронов в металле и наличием эл. поля. Зависит от собственно свойств самого металла, его концентрации, температуры.

Работа выхода производится электронами за счет уменьшения их кинетической энергии.

23. Если сообщить электронная в металлах энергию, необходимую для преодоления работы выхода ,то часть электронов может покинуть металл, в результаты чего наблюдается явление испускания электронов, или электронной эмиссии.

Термоэлектронная эмиссия— испускание электронов нагретыми металлами. Пример использования – электронные лампы.

Вакуумный диод — вакуумная двухэлектродная электронная лампа.

Вольт-амперная характеристика - зависимость тока от приложенного к элементу электрической цепи напряжения или зависимость падения напряжения на элементе электрической цепи от протекающего через него тока.

Закон Богуславского-Ленгмюра:закон трёх вторых, зависимость электрического тока между двумя электродами (катодом и анодом) в вакууме от разности потенциалов U между ними.

Ток насыщения - это максимальный ток, который можно получить с катода при данной его температуре, или при данном уровне облучённости, если это фотокатод.

Плотность тока насыщения определяется формулой Ричардсона-Дешмана:

,

где A-работа выхода электронов из катода, C-постоянная теоретическая одинаковая для всех металлов, T-термодинамическая температура.

24. Зонная теория металлов - один из основных разделов квантовой теории твердых тел; описывает движение электронов в кристаллах и является основой современной теории металлов, полупроводников и диэлектриков.

Запрещённая зона — область значений энергии, обладание которыми электроном в идеальном (бездефектном)кристалле крайне маловероятно.

Валентная зона — энергетическая область разрешённых электронных состояний в твёрдом теле, заполненная валентными электронами.

Свободная зона- электроны из валентной зоны, преодолев запрещённую зону, при ненулевой температуре попадают в зону проводимости и начинают участвовать в проводимости, то есть перемещаться под действием электрического поля.

Зонная структура энергетического спектра электронов в веществе.

· проводники — зона проводимости и валентная зона перекрываются, образуя одну зону, называемую зоной проводимости, таким образом, электрон может свободно перемещаться между ними, получив любую допустимо малую энергию

· полупроводники — зоны не перекрываются, и расстояние между ними (ширина запрещённой зоны) составляет менее 3,5 эВ. При абсолютном нуле температуры в зоне проводимости нет электронов, а валентная зона полностью заполнена электронами, которые не могут изменить свое квантомеханическое состояние, то есть не могут упорядоченно двигаться при приложении электрического поля.

· диэлектрики — зоны как и у полупроводников не перекрываются, и расстояние между ними составляет, условно, более 3,5 эВ. Таким образом, для того, чтобы перевести электрон из валентной зоны в зону проводимости требуется значительная энергия (температура), поэтому диэлектрики ток при невысоких температурах практически не проводят.