Grundlagen der Elektrodynamik. Elektrostatik Die Gesetze der klassischen Elektrodynamik beziehen sich auf

Elektrodynamik… Rechtschreibwörterbuch-Nachschlagewerk

Klassische Theorie (Nichtquantentheorie) des Verhaltens des elektromagnetischen Feldes, das die Wechselwirkung zwischen elektrischen Feldern durchführt. Ladungen (elektromagnetische Wechselwirkung). Klassische Gesetze makroskopisch E. werden in den Maxwell-Gleichungen formuliert, die es ermöglichen ... Physische Enzyklopädie

- (vom Wort Elektrizität und griechisch dinamis Macht). Teilgebiet der Physik, das sich mit der Wirkung elektrischer Ströme beschäftigt. Wörterbuch der Fremdwörter der russischen Sprache. Chudinov A.N., 1910. ELEKTRODYNAMIK vom Wort Elektrizität und Griechisch. Dynamik, Stärke... Wörterbuch der Fremdwörter der russischen Sprache

Moderne Enzyklopädie

Elektrodynamik- klassische Theorie nichtquantenelektromagnetischer Prozesse, bei der Wechselwirkungen zwischen geladenen Teilchen in verschiedenen Medien und im Vakuum die Hauptrolle spielen. Der Entstehung der Elektrodynamik gingen die Arbeiten von C. Coulomb, J. Biot, F. Savart, ... ... voraus. Illustriertes enzyklopädisches Wörterbuch

Klassische Theorie elektromagnetischer Prozesse in verschiedenen Medien und im Vakuum. Umfasst eine große Reihe von Phänomenen, bei denen die Wechselwirkungen zwischen geladenen Teilchen durch ein elektromagnetisches Feld die Hauptrolle spielen. Großes enzyklopädisches Wörterbuch

ELEKTRODYNAMIK, in der Physik das Gebiet, das die Wechselwirkung zwischen elektrischen und magnetischen Feldern und geladenen Körpern untersucht. Diese Disziplin begann im 19. Jahrhundert. mit ihren theoretischen Werken James MAXWELL wurde sie später Teil von... ... Wissenschaftliches und technisches Enzyklopädisches Wörterbuch

ELEKTRODYNAMIK, Elektrodynamik, viele andere. nein, weiblich (siehe Elektrizität und Dynamik) (physikalisch). Fachbereich Physik, Studium der Eigenschaften von elektrischem Strom, Elektrizität in Bewegung; Ameise. Elektrostatik. Uschakows erklärendes Wörterbuch. D.N. Uschakow. 1935 1940 … Uschakows erklärendes Wörterbuch

ELEKTRODYNAMIK und, g. (Spezialist.). Theorie elektromagnetischer Prozesse in verschiedenen Medien und im Vakuum. Ozhegovs erklärendes Wörterbuch. S.I. Ozhegov, N. Yu. Shvedova. 1949 1992 … Ozhegovs erklärendes Wörterbuch

Substantiv, Anzahl Synonyme: 2 Dynamik (18) Physik (55) ASIS-Synonymwörterbuch. V.N. Trishin. 2013… Synonymwörterbuch

Elektrodynamik- - [A. S. Goldberg. Englisch-Russisches Energiewörterbuch. 2006] Themen der Energietechnik im Allgemeinen EN Elektrodynamik ... Leitfaden für technische Übersetzer

Bücher

• Elektrodynamik, A. E. Ivanov. Dieses Lehrbuch ist autark: Es präsentiert Vorlesungen, die mehrere Jahre lang von einem außerordentlichen Professor am spezialisierten Bildungs- und Wissenschaftszentrum der MSTU gehalten wurden. N. E. Bauman...
• Elektrodynamik, Sergej Anatoljewitsch Iwanow. ...

DEFINITION

Elektromagnetische Felder und elektromagnetische Wechselwirkungen werden von einem Zweig der Physik namens untersucht Elektrodynamik.

Die klassische Elektrodynamik untersucht und beschreibt die Eigenschaften elektromagnetischer Felder. Untersucht die Gesetze, nach denen elektromagnetische Felder mit elektrisch geladenen Körpern interagieren.

Grundbegriffe der Elektrodynamik

Grundlage der Elektrodynamik eines stationären Mediums sind die Maxwell-Gleichungen. Die Elektrodynamik arbeitet mit Grundkonzepten wie elektromagnetischem Feld, elektrischer Ladung, elektromagnetischem Potential und Poynting-Vektor.

Ein elektromagnetisches Feld ist eine besondere Art von Materie, die sich manifestiert, wenn ein geladener Körper mit einem anderen interagiert. Bei der Betrachtung eines elektromagnetischen Feldes werden häufig seine Komponenten unterschieden: elektrisches Feld und magnetisches Feld. Ein elektrisches Feld erzeugt eine elektrische Ladung oder ein magnetisches Wechselfeld. Ein Magnetfeld entsteht, wenn sich eine Ladung (geladener Körper) bewegt und ein zeitlich veränderliches elektrisches Feld vorhanden ist.

Das elektromagnetische Potenzial ist eine physikalische Größe, die die Verteilung des elektromagnetischen Feldes im Raum bestimmt.

Die Elektrodynamik wird unterteilt in: Elektrostatik; Magnetostatik; Elektrodynamik des Kontinuums; relativistische Elektrodynamik.

Der Poynting-Vektor (Umov-Poynting-Vektor) ist eine physikalische Größe, die den Vektor der Energieflussdichte des elektromagnetischen Feldes darstellt. Die Größe dieses Vektors ist gleich der Energie, die pro Zeiteinheit durch eine Flächeneinheit übertragen wird, die senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Energie steht.

Die Elektrodynamik bildet die Grundlage für das Studium und die Entwicklung der Optik (als Wissenschaftszweig) und der Physik der Radiowellen. Dieser Wissenschaftszweig ist die Grundlage für die Funktechnik und Elektrotechnik.

Die klassische Elektrodynamik verwendet bei der Beschreibung der Eigenschaften elektromagnetischer Felder und der Prinzipien ihrer Wechselwirkung das Maxwellsche Gleichungssystem (in Integral- oder Differentialform) und ergänzt es durch ein System von Materialgleichungen, Rand- und Anfangsbedingungen.

Maxwells Strukturgleichungen

Das Maxwellsche Gleichungssystem hat in der Elektrodynamik die gleiche Bedeutung wie die Newtonschen Gesetze in der klassischen Mechanik. Die Maxwell-Gleichungen wurden als Ergebnis der Verallgemeinerung zahlreicher experimenteller Daten erhalten. Man unterscheidet zwischen Maxwells Strukturgleichungen, die man in Integral- oder Differentialform schreibt, und Materialgleichungen, die Vektoren mit Parametern verbinden, die die elektrischen und magnetischen Eigenschaften der Materie charakterisieren.

Maxwellsche Strukturgleichungen in Integralform (im SI-System):

wo ist der magnetische Feldstärkevektor; ist der elektrische Stromdichtevektor; - elektrischer Verschiebungsvektor. Gleichung (1) spiegelt das Gesetz der Entstehung magnetischer Felder wider. Ein Magnetfeld entsteht, wenn sich eine Ladung bewegt (elektrischer Strom) oder wenn sich ein elektrisches Feld ändert. Diese Gleichung ist eine Verallgemeinerung des Biot-Savart-Laplace-Gesetzes. Gleichung (1) wird als Magnetfeldzirkulationssatz bezeichnet.

wo ist der Magnetfeldinduktionsvektor; - Vektor der elektrischen Feldstärke; L ist eine geschlossene Schleife, durch die der Vektor der elektrischen Feldstärke zirkuliert. Ein anderer Name für Gleichung (2) ist das Gesetz der elektromagnetischen Induktion. Ausdruck (2) bedeutet, dass das elektrische Wirbelfeld aufgrund eines magnetischen Wechselfelds erzeugt wird.

Wo ist die elektrische Ladung? - Ladungsdichte. Gleichung (3) wird als Ostrogradsky-Gauss-Theorem bezeichnet. Elektrische Ladungen sind Quellen elektrischer Felder; es gibt kostenlose elektrische Ladungen.

Gleichung (4) zeigt an, dass das Magnetfeld ein Wirbel ist. Magnetische Ladungen gibt es in der Natur nicht.

Maxwellsche Strukturgleichungen in Differentialform (SI-System):

wo ist der elektrische Feldstärkevektor; - Vektor der magnetischen Induktion.

wo ist der magnetische Feldstärkevektor; - dielektrischer Verschiebungsvektor; - Stromdichtevektor.

Wo ist die elektrische Ladungsverteilungsdichte?

Maxwells Strukturgleichungen in Differentialform bestimmen das elektromagnetische Feld an jedem Punkt im Raum. Wenn Ladungen und Ströme kontinuierlich im Raum verteilt sind, dann sind die Integral- und Differentialformen der Maxwell-Gleichungen äquivalent. Wenn es jedoch Diskontinuitätsflächen gibt, ist die Integralform der Maxwell-Gleichungen allgemeiner.

Um eine mathematische Äquivalenz der Integral- und Differentialformen der Maxwellschen Gleichungen zu erreichen, wird die Differentialschreibweise durch Randbedingungen ergänzt.

Aus Maxwells Gleichungen folgt, dass ein magnetisches Wechselfeld ein elektrisches Wechselfeld erzeugt und umgekehrt, das heißt, diese Felder sind untrennbar und bilden ein einziges elektromagnetisches Feld. Die Quellen des elektrischen Feldes können entweder elektrische Ladungen oder ein zeitlich veränderliches Magnetfeld sein. Magnetfelder werden durch bewegte elektrische Ladungen (Ströme) oder elektrische Wechselfelder angeregt. Maxwells Gleichungen sind in Bezug auf elektrische und magnetische Felder nicht symmetrisch. Dies geschieht, weil elektrische Ladungen vorhanden sind, magnetische Ladungen jedoch nicht.

Materialgleichungen

Maxwells Strukturgleichungssystem wird durch Materialgleichungen ergänzt, die die Beziehung von Vektoren zu Parametern widerspiegeln, die die elektrischen und magnetischen Eigenschaften der Materie charakterisieren.

Wo ist die relative Dielektrizitätskonstante, ist die relative magnetische Permeabilität, ist die spezifische elektrische Leitfähigkeit, ist die elektrische Konstante, ist die magnetische Konstante. Das Medium gilt in diesem Fall als isotrop, nicht ferromagnetisch, nicht ferroelektrisch.

Beispiele für Problemlösungen

BEISPIEL 1

GRUNDLAGEN DER ELEKTRODYNAMIK. ELEKTROSTATIK

GRUNDLAGEN DER ELEKTRODYNAMIK

Elektrodynamik- die Wissenschaft von den Eigenschaften des elektromagnetischen Feldes.

Elektromagnetisches Feld- bestimmt durch die Bewegung und Wechselwirkung geladener Teilchen.

Manifestation eines elektrischen/magnetischen Feldes- das ist die Wirkung elektrischer/magnetischer Kräfte:
1) Reibungskräfte und elastische Kräfte im Makrokosmos;
2) die Wirkung elektrischer/magnetischer Kräfte im Mikrokosmos (atomarer Aufbau, Kopplung von Atomen zu Molekülen,
Transformation von Elementarteilchen)

Entdeckung des elektrischen/magnetischen Feldes- J. Maxwell.

ELEKTROSTATIK

Der Zweig der Elektrodynamik untersucht elektrisch geladene Körper im Ruhezustand.

Elementarteilchen Möglicherweise habe ich eine E-Mail aufladen, dann heißen sie aufgeladen;
- miteinander mit Kräften interagieren, die vom Abstand zwischen den Teilchen abhängen,
übersteigen jedoch die Kräfte der gegenseitigen Schwerkraft um ein Vielfaches (diese Wechselwirkung wird als bezeichnet).
elektromagnetisch).

Email Aufladung- körperlich Der Wert bestimmt die Intensität der elektrischen/magnetischen Wechselwirkungen.
Es gibt zwei Anzeichen für elektrische Ladungen: positiv und negativ.
Teilchen mit gleicher Ladung stoßen sich ab, Teilchen mit ungleicher Ladung ziehen sich an.
Ein Proton hat eine positive Ladung, ein Elektron eine negative Ladung und ein Neutron ist elektrisch neutral.

Grundgebühr- eine Mindestgebühr, die nicht geteilt werden kann.
Wie können wir das Vorhandensein elektromagnetischer Kräfte in der Natur erklären?
- Alle Körper enthalten geladene Teilchen.
Im Normalzustand des Körpers, el. neutral (da das Atom neutral ist) und elektrisch/magnetisch. Kräfte werden nicht manifestiert.

Körper ist aufgeladen, wenn es einen Ladungsüberschuss irgendeines Zeichens gibt:
negativ geladen – wenn ein Elektronenüberschuss vorhanden ist;
positiv geladen – wenn Elektronen fehlen.

Elektrifizierung von Körpern- Dies ist eine der Möglichkeiten, aufgeladene Körper beispielsweise durch Kontakt zu erhalten.
In diesem Fall sind beide Körper geladen, und die Ladungen haben entgegengesetztes Vorzeichen, sind aber gleich groß.

Gesetz zur Erhaltung der elektrischen Ladung.

In einem geschlossenen System bleibt die algebraische Summe der Ladungen aller Teilchen unverändert.
(...aber nicht die Anzahl der geladenen Teilchen, da es Umwandlungen von Elementarteilchen gibt).

Geschlossenes System

Ein Teilchensystem, in das geladene Teilchen nicht von außen eindringen und auch nicht verlassen.

Coulomb-Gesetz

Grundgesetz der Elektrostatik.

Die Wechselwirkungskraft zwischen zwei punktuell stationären geladenen Körpern im Vakuum ist direkt proportional
das Produkt der Ladungsmodule und ist umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen ihnen.

Wann Körper gelten als Punktkörper? - wenn der Abstand zwischen ihnen um ein Vielfaches größer ist als die Größe der Körper.
Wenn zwei Körper elektrische Ladungen haben, dann interagieren sie nach dem Coulombschen Gesetz.

Einheit der elektrischen Ladung
1 C ist eine Ladung, die in 1 Sekunde bei einem Strom von 1 A durch den Querschnitt eines Leiters fließt.
1 C ist eine sehr große Ladung.
Elementarladung:

ELEKTRISCHES FELD

Es gibt eine elektrische Ladung, materiell gesehen.
Die Haupteigenschaft des elektrischen Feldes: die Krafteinwirkung auf die darin eingebrachte elektrische Ladung.

Elektrostatisches Feld- Das Feld einer stationären elektrischen Ladung ändert sich nicht mit der Zeit.

Elektrische Feldstärke.- quantitative Eigenschaften von el. Felder.
ist das Verhältnis der Kraft, mit der das Feld auf die eingebrachte Punktladung einwirkt, zur Größe dieser Ladung.
- hängt nicht von der Größe der eingebrachten Ladung ab, sondern charakterisiert das elektrische Feld!

Richtung des Spannungsvektors
stimmt mit der Richtung des Kraftvektors überein, der auf eine positive Ladung wirkt, und entgegengesetzt zur Richtung der Kraft, die auf eine negative Ladung wirkt.

Punktladungsfeldstärke:

Dabei ist q0 die Ladung, die das elektrische Feld erzeugt.
An jedem Punkt im Feld ist die Intensität immer entlang der Geraden gerichtet, die diesen Punkt und q0 verbindet.

ELEKTRISCHE KAPAZITÄT

Charakterisiert die Fähigkeit zweier Leiter, elektrische Ladung anzusammeln.
- hängt nicht von q und U ab.
- hängt von den geometrischen Abmessungen der Leiter, ihrer Form, relativen Position und den elektrischen Eigenschaften des Mediums zwischen den Leitern ab.

SI-Einheiten: (F - Farad)

KONDENSATOREN

Elektrisches Gerät, das Ladung speichert
(zwei Leiter, die durch eine dielektrische Schicht getrennt sind).

Wobei d viel kleiner ist als die Abmessungen des Leiters.

Bezeichnung auf Elektroplänen:

Das gesamte elektrische Feld ist im Kondensator konzentriert.
Die Ladung eines Kondensators ist der absolute Wert der Ladung auf einer der Kondensatorplatten.

Arten von Kondensatoren:
1. nach Art des Dielektrikums: Luft, Glimmer, Keramik, Elektrolyt
2. je nach Form der Platten: flach, kugelförmig.
3. nach Kapazität: konstant, variabel (einstellbar).

Elektrische Kapazität eines Flachkondensators

wobei S die Fläche der Platte (Beschichtung) des Kondensators ist
d - Abstand zwischen den Platten
eo – elektrische Konstante
e – Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums

Einbinden von Kondensatoren in einen Stromkreis

parallel

sequentiell

Dann ist die gesamte elektrische Kapazität (C):

bei Parallelschaltung

.

bei Reihenschaltung

DC-AC-ANSCHLÜSSE

Elektrischer Strom- geordnete Bewegung geladener Teilchen (freie Elektronen oder Ionen).
In diesem Fall erfolgt die Stromübertragung über den Leiterquerschnitt. Ladung (bei der thermischen Bewegung geladener Teilchen ist die gesamte übertragene elektrische Ladung = 0, da positive und negative Ladungen kompensiert werden).

E-Mail-Anweisung aktuell- Es wird allgemein akzeptiert, die Bewegungsrichtung positiv geladener Teilchen (von + nach -) zu berücksichtigen.

E-Mail-Aktionen Strom (im Leiter):

thermische Wirkung von Strom- Erwärmung des Leiters (außer bei Supraleitern);

chemische Wirkung von Strom - kommt nur in Elektrolyten vor. Stoffe, aus denen der Elektrolyt besteht, werden an den Elektroden freigesetzt;

magnetische Wirkung von Strom(hauptsächlich) – wird in allen Leitern beobachtet (Ablenkung der Magnetnadel in der Nähe eines stromführenden Leiters und Kraftwirkung des Stroms auf benachbarte Leiter durch ein Magnetfeld).

OHMsches Gesetz für einen Schaltkreisabschnitt

wobei R der Widerstand des Schaltungsabschnitts ist. (Der Leiter selbst kann auch als Teil des Stromkreises betrachtet werden).

Jeder Leiter hat seine eigene spezifische Strom-Spannungs-Kennlinie.

WIDERSTAND

Grundlegende elektrische Eigenschaften eines Leiters.
- Nach dem Ohmschen Gesetz ist dieser Wert für einen gegebenen Leiter konstant.

1 Ohm ist der Widerstand eines Leiters mit einer Potentialdifferenz an seinen Enden
bei 1 V und die Stromstärke darin beträgt 1 A.

Der Widerstand hängt nur von den Eigenschaften des Leiters ab:

wobei S die Querschnittsfläche des Leiters ist, l die Länge des Leiters ist,
ro - spezifischer Widerstand, der die Eigenschaften der Leitersubstanz charakterisiert.

STROMKREISE

Sie bestehen aus einer Quelle, einem Verbraucher, Drähten und einem Schalter.

Reihenschaltung von Leitern

I – Stromstärke im Stromkreis
U - Spannung an den Enden des Stromkreisabschnitts

PARALLELVERBINDUNG VON LEITERN

I – Stromstärke in einem unverzweigten Abschnitt des Stromkreises
U - Spannung an den Enden des Stromkreisabschnitts
R – Gesamtwiderstand des Stromkreisabschnitts

Denken Sie daran, wie Messgeräte angeschlossen sind:

Amperemeter – in Reihe mit dem Leiter geschaltet, in dem der Strom gemessen wird.

Voltmeter – parallel zum Leiter geschaltet, an dem die Spannung gemessen wird.

DC-BETRIEB

Derzeitige Arbeit- Dies ist die Aufgabe des elektrischen Feldes, elektrische Ladungen entlang des Leiters zu übertragen;

Die vom Strom in einem Abschnitt des Stromkreises verrichtete Arbeit ist gleich dem Produkt aus Strom, Spannung und Zeit, in der die Arbeit verrichtet wurde.

Unter Verwendung der Formel des Ohmschen Gesetzes für einen Abschnitt eines Stromkreises können Sie mehrere Versionen der Formel zur Berechnung der Stromarbeit schreiben:

Nach dem Energieerhaltungssatz gilt:

Die Arbeit ist gleich der Energieänderung eines Abschnitts des Stromkreises, daher ist die vom Leiter freigesetzte Energie gleich der Arbeit des Stroms.

Im SI-System:

JOULE-LENZ-GESETZ

Wenn Strom durch einen Leiter fließt, erwärmt sich der Leiter und es findet ein Wärmeaustausch mit der Umgebung statt, d. h. Der Leiter gibt Wärme an die ihn umgebenden Körper ab.

Die Wärmemenge, die ein stromführender Leiter an die Umgebung abgibt, ist gleich dem Produkt aus dem Quadrat der Stromstärke, dem Widerstand des Leiters und der Zeit, die der Strom durch den Leiter fließt.

Nach dem Energieerhaltungssatz ist die von einem Leiter abgegebene Wärmemenge numerisch gleich der Arbeit, die der durch den Leiter fließende Strom in derselben Zeit verrichtet.

Im SI-System:

[Q] = 1 J

Gleichstrom

Das Verhältnis der vom Strom während der Zeit t geleisteten Arbeit zu diesem Zeitintervall.

Im SI-System:

Das Phänomen der Supraleitung

Entdeckung der Tieftemperatursupraleitung:
1911 - Niederländischer Wissenschaftler Kamerling-Onnes
beobachtet bei extrem niedrigen Temperaturen (unter 25 K) in vielen Metallen und Legierungen;
Bei solchen Temperaturen wird der spezifische Widerstand dieser Stoffe verschwindend gering.

Im Jahr 1957 wurde eine theoretische Erklärung des Phänomens der Supraleitung gegeben:
Cooper (USA), Bogoljubow (UdSSR)

1957 Collins‘ Experiment: Der Strom in einem geschlossenen Stromkreis ohne Stromquelle hörte 2,5 Jahre lang nicht auf.

1986 wurde die Hochtemperatursupraleitung (bei 100 K) (für Metallkeramik) entdeckt.

Schwierigkeit, Supraleitung zu erreichen:
- die Notwendigkeit einer starken Kühlung der Substanz

Anwendungsgebiet:
- Erzielung starker Magnetfelder;
- leistungsstarke Elektromagnete mit supraleitender Wicklung in Beschleunigern und Generatoren.

Derzeit gibt es im Energiesektor ein großes Problem
- große Stromverluste bei der Übertragung sie per Kabel.

Mögliche Lösung Probleme:
Bei der Supraleitung beträgt der Widerstand der Leiter etwa 0
und Energieverluste werden stark reduziert.

Substanz mit der höchsten supraleitenden Temperatur
1988 wurde in den USA bei einer Temperatur von –148 °C das Phänomen der Supraleitung beobachtet. Der Leiter war eine Mischung aus Thallium-, Calcium-, Barium- und Kupferoxiden – Tl2Ca2Ba2Cu3Ox.

Halbleiter -

Ein Stoff, dessen spezifischer Widerstand in einem weiten Bereich variieren kann und mit zunehmender Temperatur sehr schnell abnimmt, was bedeutet, dass die elektrische Leitfähigkeit (1/R) zunimmt.
- beobachtet in Silizium, Germanium, Selen und einigen Verbindungen.

Leitungsmechanismus bei Halbleitern

Halbleiterkristalle haben ein atomares Kristallgitter, in dem äußere Elektronen durch kovalente Bindungen an benachbarte Atome gebunden sind.
Bei niedrigen Temperaturen haben reine Halbleiter keine freien Elektronen und verhalten sich wie ein Isolator.

ELEKTRISCHER STROM IM VAKUUM

Was ist ein Vakuum?
- Dies ist der Verdünnungsgrad eines Gases, bei dem es praktisch keine Kollisionen von Molekülen gibt;

Elektrischer Strom ist nicht möglich, weil die mögliche Anzahl ionisierter Moleküle kann keine elektrische Leitfähigkeit bereitstellen;
- Es ist möglich, im Vakuum elektrischen Strom zu erzeugen, wenn Sie eine Quelle geladener Teilchen verwenden;
- Die Wirkung einer Quelle geladener Teilchen kann auf dem Phänomen der thermionischen Emission beruhen.

Glühemission

- Dies ist die Emission von Elektronen durch feste oder flüssige Körper, wenn diese auf Temperaturen erhitzt werden, die dem sichtbaren Glühen von heißem Metall entsprechen.
Die erhitzte Metallelektrode gibt kontinuierlich Elektronen ab und bildet so eine Elektronenwolke um sich herum.
Im Gleichgewichtszustand ist die Anzahl der Elektronen, die die Elektrode verlassen haben, gleich der Anzahl der Elektronen, die zu ihr zurückgekehrt sind (da die Elektrode positiv geladen wird, wenn Elektronen verloren gehen).
Je höher die Temperatur des Metalls ist, desto höher ist die Dichte der Elektronenwolke.

Vakuumdiode

Elektrischer Strom im Vakuum ist in Vakuumröhren möglich.
Eine Vakuumröhre ist ein Gerät, das das Phänomen der thermionischen Emission nutzt.

Eine Vakuumdiode ist eine Elektronenröhre mit zwei Elektroden (A – Anode und K – Kathode).
Im Glasbehälter entsteht ein sehr niedriger Druck

H – Filament in der Kathode platziert, um diese zu erhitzen. Die Oberfläche der erhitzten Kathode emittiert Elektronen. Wenn die Anode an + der Stromquelle angeschlossen ist und die Kathode an -, dann fließt der Stromkreis
konstanter thermionischer Strom. Die Vakuumdiode hat eine Einwegleitfähigkeit.
Diese. Strom in der Anode ist möglich, wenn das Anodenpotential höher als das Kathodenpotential ist. Dabei werden Elektronen aus der Elektronenwolke von der Anode angezogen und erzeugen im Vakuum einen elektrischen Strom.

Strom-Spannungs-Kennlinie einer Vakuumdiode.

Bei niedrigen Anodenspannungen erreichen nicht alle von der Kathode emittierten Elektronen die Anode und der elektrische Strom ist gering. Bei hohen Spannungen erreicht der Strom die Sättigung, d.h. Maximalwert.
Zur Gleichrichtung von Wechselstrom wird eine Vakuumdiode verwendet.

Strom am Eingang des Diodengleichrichters:

Gleichrichter-Ausgangsstrom:

Elektronenstrahlen

Dabei handelt es sich um einen Strom schnell fliegender Elektronen in Vakuumröhren und Gasentladungsgeräten.

Eigenschaften von Elektronenstrahlen:

Wird in elektrischen Feldern abgelenkt;
- in Magnetfeldern unter dem Einfluss der Lorentzkraft ablenken;
- Wenn ein Strahl, der auf eine Substanz trifft, abgebremst wird, entsteht Röntgenstrahlung;
- verursacht Leuchten (Lumineszenz) einiger Feststoffe und Flüssigkeiten (Luminophore);
- Erhitzen Sie die Substanz, indem Sie sie berühren.

Kathodenstrahlröhre (CRT)

Es werden thermionische Emissionsphänomene und Eigenschaften von Elektronenstrahlen genutzt.

Eine CRT besteht aus einer Elektronenkanone sowie horizontalen und vertikalen Deflektoren
Elektrodenplatten und Schirm.
In einer Elektronenkanone passieren die von einer beheizten Kathode emittierten Elektronen die Steuergitterelektrode und werden von den Anoden beschleunigt. Eine Elektronenkanone fokussiert einen Elektronenstrahl auf einen Punkt und verändert die Helligkeit des Lichts auf dem Bildschirm. Durch horizontale und vertikale Ablenkplatten können Sie den Elektronenstrahl auf dem Bildschirm an jeden beliebigen Punkt des Bildschirms bewegen. Der Röhrenschirm ist mit einem Leuchtstoff beschichtet, der bei Beschuss mit Elektronen zu leuchten beginnt.

Es gibt zwei Arten von Röhren:

1) mit elektrostatischer Steuerung des Elektronenstrahls (Ablenkung des elektrischen Strahls nur durch das elektrische Feld);
2) mit elektromagnetischer Steuerung (magnetische Ablenkspulen werden hinzugefügt).

Hauptanwendungen von CRT:

Bildröhren in Fernsehgeräten;
Computerbildschirme;
Elektronische Oszilloskope in der Messtechnik.

ELEKTRISCHER STROM IN GASEN

Unter normalen Bedingungen ist Gas ein Dielektrikum, d. h. Es besteht aus neutralen Atomen und Molekülen und enthält keine freien Träger elektrischen Stroms.
Das Leitergas ist ein ionisiertes Gas. Ionisiertes Gas hat eine Elektronen-Ionen-Leitfähigkeit.

Luft ist ein Dielektrikum in Stromleitungen, Luftkondensatoren und Kontaktschaltern.

Luft ist ein Leiter, wenn ein Blitz, ein elektrischer Funke oder ein Schweißlichtbogen entsteht.

Gasionisation

Dabei handelt es sich um die Aufspaltung neutraler Atome oder Moleküle in positive Ionen und Elektronen, indem den Atomen Elektronen entzogen werden. Ionisierung tritt auf, wenn ein Gas erhitzt oder Strahlung (UV-Strahlung, Röntgenstrahlung, radioaktive Strahlung) ausgesetzt wird, und wird durch den Zerfall von Atomen und Molekülen bei Kollisionen mit hoher Geschwindigkeit erklärt.

Gasentladung

Dies ist elektrischer Strom in ionisierten Gasen.
Die Ladungsträger sind positive Ionen und Elektronen. In Gasentladungsröhren (Lampen) wird eine Gasentladung beobachtet, wenn sie einem elektrischen oder magnetischen Feld ausgesetzt wird.

Rekombination geladener Teilchen

- Das Gas ist kein Leiter mehr, wenn die Ionisierung aufhört. Dies geschieht durch Rekombination (Wiedervereinigung entgegengesetzt geladener Teilchen).

Es gibt eine selbsterhaltende und eine nicht selbsterhaltende Gasentladung.

Nicht selbsterhaltende Gasentladung

Wenn die Wirkung des Ionisators gestoppt wird, stoppt auch die Entladung.

Wenn die Entladung die Sättigung erreicht, wird die Grafik horizontal. Dabei wird die elektrische Leitfähigkeit des Gases allein durch die Wirkung des Ionisators verursacht.

Selbsterhaltende Gasentladung

In diesem Fall setzt sich die Gasentladung auch nach Abschaltung des externen Ionisators durch Ionen und Elektronen fort, die aus der Stoßionisation (= Ionisation des Stromschlags) resultieren; tritt auf, wenn die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden zunimmt (es entsteht eine Elektronenlawine).
Eine nicht selbsterhaltende Gasentladung kann sich in eine selbsterhaltende Gasentladung umwandeln, wenn Ua = Uzündung.

Elektrischer Gasausfall

Der Prozess des Übergangs einer nicht selbsterhaltenden Gasentladung in eine selbsterhaltende.

Es kommt zu einer selbsterhaltenden Gasentladung 4 Typen:

1. Schwelen – bei niedrigen Drücken (bis zu mehreren mm Hg) – beobachtet in Gaslichtröhren und Gaslasern.
2. Funke – bei Normaldruck und hoher elektrischer Feldstärke (Blitz – Stromstärke bis zu Hunderttausende Ampere).
3. Korona – bei Normaldruck in einem ungleichmäßigen elektrischen Feld (an der Spitze).
4. Lichtbogen – hohe Stromdichte, niedrige Spannung zwischen den Elektroden (Gastemperatur im Lichtbogenkanal -5000–6000 Grad Celsius); beobachtet in Scheinwerfern und Projektionsfilmgeräten.

Diese Entladungen werden beobachtet:

schwelend - in Leuchtstofflampen;
Funke - im Blitz;
Korona – in Elektrofiltern, bei Energieverlust;
Lichtbogen - beim Schweißen, in Quecksilberlampen.

Plasma

Dies ist der vierte Aggregatzustand einer Substanz mit einem hohen Ionisationsgrad aufgrund der Kollision von Molekülen mit hoher Geschwindigkeit und hoher Temperatur; kommt in der Natur vor: Ionosphäre – schwach ionisiertes Plasma, Sonne – vollständig ionisiertes Plasma; künstliches Plasma - in Gasentladungslampen.

Plasma kann sein:

Niedrige Temperatur – bei Temperaturen unter 100.000 K;
hohe Temperatur – bei Temperaturen über 100.000 K.

Grundlegende Eigenschaften von Plasma:

Hohe elektrische Leitfähigkeit
- starke Wechselwirkung mit externen elektrischen und magnetischen Feldern.

Bei einer Temperatur

Jede Substanz befindet sich im Plasmazustand.

Interessanterweise sind 99 % der Materie im Universum Plasma

TESTFRAGEN ZUM TESTEN

Coulomb-Gesetz:

Wo F – die Kraft der elektrostatischen Wechselwirkung zwischen zwei geladenen Körpern;

Q 1 , Q 2 – elektrische Ladungen von Körpern;

ε – relative Dielektrizitätskonstante des Mediums;

ε 0 =8,85·10 -12 F/m – elektrische Konstante;

R– der Abstand zwischen zwei geladenen Körpern.

Lineare Ladungsdichte:

wo d Q - Elementarladung pro Längenabschnitt d l.

Oberflächenladungsdichte:

wo d Q - Elementarladung auf der Oberfläche d S.

Volumenladungsdichte:

wo d Q - Elementarladung, im Volumen d V.

Elektrische Feldstärke:

Wo F – Kraft, die auf die Ladung wirkt Q.

Satz von Gauß:

Wo E– elektrostatische Feldstärke;

D S – Vektor , dessen Modul gleich der Fläche der durchdringten Oberfläche ist und deren Richtung mit der Richtung der Normalen zum Standort übereinstimmt;

Q– algebraische Summe der Gefangenen innerhalb der Oberfläche d S Gebühren.

Satz über die Zirkulation des Spannungsvektors:

Elektrostatisches Feldpotential:

Wo W p – potentielle Energie einer Punktladung Q.

Punktladungspotenzial:

Punktladungsfeldstärke:

.

Die Feldstärke, die von einer unendlich geraden, gleichmäßig geladenen Linie oder einem unendlich langen Zylinder erzeugt wird:

Wo τ – lineare Ladungsdichte;

R– der Abstand von der Gewinde- oder Zylinderachse zum Punkt, an dem die Feldstärke bestimmt wird.

Die von einer unendlich gleichmäßig geladenen Ebene erzeugte Feldstärke:

wobei σ die Oberflächenladungsdichte ist.

Die Beziehung zwischen Potenzial und Spannung im allgemeinen Fall:

E= – gradφ = .

Zusammenhang zwischen Potenzial und Intensität bei einem einheitlichen Feld:

E= ,

Wo D– Abstand zwischen Punkten mit Potentialen φ 1 und φ 2.

Zusammenhang zwischen Potential und Intensität bei einem Feld mit zentraler oder axialer Symmetrie:

Die Arbeit der Feldkräfte, um eine Ladung q von einem Feldpunkt mit Potenzial zu bewegen φ 1 bis zu einem Punkt mit Potenzial φ 2:

A=q(φ 1 – φ 2).

Elektrische Kapazität des Leiters:

Wo Q– Leiterladung;

φ ist das Potential des Leiters, vorausgesetzt, dass das Potential des Leiters im Unendlichen gleich Null angenommen wird.

Kapazität des Kondensators:

Wo Q– Kondensatorladung;

U– Potentialunterschied zwischen den Kondensatorplatten.

Elektrische Kapazität eines Flachkondensators:

wobei ε die Dielektrizitätskonstante des zwischen den Platten befindlichen Dielektrikums ist;

D– Abstand zwischen den Platten;

S– Gesamtfläche der Platten.

Elektrische Kapazität der Kondensatorbank:

b) bei Parallelschaltung:

Energie eines geladenen Kondensators:

,

Wo Q– Kondensatorladung;

U– Potenzialunterschied zwischen den Platten;

C– elektrische Kapazität des Kondensators.

Gleichstrom:

wo d Q– Ladung, die während der Zeit d durch den Querschnitt des Leiters fließt T.

Stromdichte:

Wo ICH– Stromstärke im Leiter;

S– Leiterbereich.

Ohmsches Gesetz für einen Stromkreisabschnitt, der keine EMF enthält:

Wo ICH– aktuelle Stärke in der Region;

U

R– Widerstand des Gebiets.

Ohmsches Gesetz für einen Abschnitt eines Stromkreises, der eine EMK enthält:

Wo ICH– aktuelle Stärke in der Region;

U– Spannung an den Enden des Abschnitts;

R– Gesamtwiderstand des Abschnitts;

ε – EMF der Quelle.

Ohmsches Gesetz für einen geschlossenen (vollständigen) Stromkreis:

Wo ICH– Stromstärke im Stromkreis;

R– Außenwiderstand des Stromkreises;

R– Innenwiderstand der Quelle;

ε – EMF der Quelle.

Kirchhoffs Gesetze:

2. ,

wo ist die algebraische Summe der Stromstärken, die an einem Knoten zusammenlaufen;

– algebraische Summe der Spannungsabfälle im Stromkreis;

– algebraische Summe der EMK im Stromkreis.

Leiterwiderstand:

Wo R– Leiterwiderstand;

ρ – Leiterwiderstand;

l– Länge des Leiters;

S

Leiterleitfähigkeit:

Wo G– Leitfähigkeit des Leiters;

γ – Leitfähigkeit des Leiters;

l– Länge des Leiters;

S– Querschnittsfläche des Leiters.

Widerstand des Leitersystems:

a) mit serieller Verbindung:

a) in Parallelschaltung:

Derzeitige Arbeit:

,

Wo A- derzeitige Arbeit;

U- Stromspannung;

ICH– aktuelle Stärke;

R- Widerstand;

T- Zeit.

Aktuelle Energie:

.

Joule-Lenz-Gesetz

Wo Q– die Menge der abgegebenen Wärme.

Ohmsches Gesetz in Differentialform:

J=γ E ,

Wo J - Stromdichte;

γ – spezifische Leitfähigkeit;

E– elektrische Feldstärke.

Zusammenhang zwischen magnetischer Induktion und magnetischer Feldstärke:

B=μμ 0 H ,

Wo B – magnetischer Induktionsvektor;

μ – magnetische Permeabilität;

H- magnetische Feldstärke.

Biot-Savart-Laplace-Gesetz:

,

wo d B – Magnetfeldinduktion, die von einem Leiter an einem bestimmten Punkt erzeugt wird;

μ – magnetische Permeabilität;

μ 0 =4π·10 -7 H/m – magnetische Konstante;

ICH– Stromstärke im Leiter;

D l – Leiterelement;

R– Radiusvektor aus Element d l Leiter bis zu dem Punkt, an dem die magnetische Feldinduktion bestimmt wird.

Gesamtstromgesetz für Magnetfelder (Vektorzirkulationssatz). B):

,

Wo N– Anzahl der Leiter mit vom Stromkreis abgedeckten Strömen L freie Form.

Magnetische Induktion im Zentrum des Kreisstroms:

Wo R– Radius der Kreiskurve.

Magnetische Induktion auf der Achse des Kreisstroms:

,

Wo H– der Abstand von der Mitte der Spule bis zum Punkt, an dem die magnetische Induktion bestimmt wird.

Magnetische Induktion des Vorwärtsstromfeldes:

Wo R 0 – Abstand von der Drahtachse zum Punkt, an dem die magnetische Induktion bestimmt wird.

Magnetische Induktion des Magnetfeldes:

B=μμ 0 nICH,

Wo N– das Verhältnis der Anzahl der Windungen des Magneten zu seiner Länge.

Ampere-Leistung:

D F =ich,

wo d F – Ampere-Leistung;

ICH– Stromstärke im Leiter;

D l – Länge des Leiters;

B– Magnetfeldinduktion.

Lorentzkraft:

F=Q E +Q[v B ],

Wo F – Lorentzkraft;

Q– Teilchenladung;

E– elektrische Feldstärke;

v– Teilchengeschwindigkeit;

B– Magnetfeldinduktion.

Magnetischer Fluss:

a) im Fall eines gleichmäßigen Magnetfeldes und einer ebenen Oberfläche:

Φ=B n S,

Wo Φ – magnetischer Fluss;

Mrd– Projektion des magnetischen Induktionsvektors auf den Normalenvektor;

S– Konturbereich;

b) bei ungleichmäßigem Magnetfeld und beliebiger Projektion:

Flussverbindungen (voller Fluss) für Toroid und Magnet:

Wo Ψ – voller Durchfluss;

N – Anzahl der Windungen;

Φ – magnetischer Fluss, der eine Windung durchdringt.

Schleifeninduktivität:

Magnetinduktivität:

L=μμ 0 N 2 V,

Wo L– Magnetinduktivität;

μ – magnetische Permeabilität;

μ 0 – magnetische Konstante;

N– das Verhältnis der Anzahl der Windungen zu seiner Länge;

V– Magnetvolumen.

Faradaysches Gesetz der elektromagnetischen Induktion:

wo ε ich– induzierte EMK;

– Änderung des Gesamtdurchflusses pro Zeiteinheit.

Arbeite daran, eine geschlossene Schleife in einem Magnetfeld zu bewegen:

A=IΔ Φ,

Wo A– an der Konturverschiebung arbeiten;

ICH– Stromstärke im Stromkreis;

Δ Φ – Änderung des magnetischen Flusses, der durch den Stromkreis fließt.

Selbstinduzierte EMK:

Magnetfeldenergie:

Energiedichte des volumetrischen Magnetfelds:

,

wobei ω die volumetrische Magnetfeldenergiedichte ist;

B– Magnetfeldinduktion;

H- magnetische Feldstärke;

μ – magnetische Permeabilität;

μ 0 – magnetische Konstante.

3.2. Konzepte und Definitionen

? Listen Sie die Eigenschaften elektrischer Ladung auf.

1. Es gibt zwei Arten von Ladungen – positive und negative.

2. Gleiche Ladungen stoßen ab, ungleiche Ladungen ziehen sich an.

3. Ladungen haben die Eigenschaft der Diskretion – alle sind Vielfache der kleinsten Elementarladungen.

4. Die Ladung ist invariant, ihr Wert hängt nicht vom Referenzsystem ab.

5. Die Ladung ist additiv – die Ladung eines Körpersystems ist gleich der Summe der Ladungen aller Körper im System.

6. Die gesamte elektrische Ladung eines geschlossenen Systems ist ein konstanter Wert

7. Eine stationäre Ladung ist eine Quelle eines elektrischen Feldes, eine bewegte Ladung ist eine Quelle eines magnetischen Feldes.

? Formulieren Sie das Coulombsche Gesetz.

Die Wechselwirkungskraft zwischen zwei stationären Punktladungen ist proportional zum Produkt der Ladungsgrößen und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen ihnen. Die Kraft ist entlang der Verbindungslinie der Ladungen gerichtet.

? Was ist ein elektrisches Feld? Elektrische Feldstärke? Formulieren Sie das Prinzip der Überlagerung elektrischer Feldstärken.

Ein elektrisches Feld ist eine Art Materie, die mit elektrischen Ladungen verbunden ist und die Wirkung einer Ladung auf eine andere überträgt. Spannung ist eine für ein Feld charakteristische Kraft, die der Kraft entspricht, die auf eine positive Einheitsladung an einem bestimmten Punkt im Feld wirkt. Das Prinzip der Überlagerung – die durch ein System von Punktladungen erzeugte Feldstärke ist gleich der Vektorsumme der Feldstärken jeder Ladung.

? Wie heißen die Kraftlinien eines elektrostatischen Feldes? Listen Sie die Eigenschaften von Kraftlinien auf.

Eine Linie, deren Tangente an jedem Punkt mit der Richtung des Feldstärkevektors übereinstimmt, wird Kraftlinie genannt. Eigenschaften von Kraftlinien – sie beginnen bei positiven Ladungen, enden bei negativen Ladungen, werden nicht unterbrochen und schneiden sich nicht.

? Geben Sie die Definition eines elektrischen Dipols an. Dipolfeld.

Ein System aus zwei elektrischen Punktladungen gleicher Größe und entgegengesetztem Vorzeichen, deren Abstand klein ist im Vergleich zum Abstand zu den Punkten, an denen die Wirkung dieser Ladungen beobachtet wird. Der Intensitätsvektor hat die Richtung, die dem Vektor der Elektrizität entgegengesetzt ist Moment des Dipols (das wiederum von der negativen Ladung weg zur positiven Ladung gerichtet ist).

? Was ist das elektrostatische Feldpotential? Formulieren Sie das Prinzip der potentiellen Superposition.

Eine skalare Größe, die numerisch dem Verhältnis der potentiellen Energie einer an einem bestimmten Punkt im Feld platzierten elektrischen Ladung zur Größe dieser Ladung entspricht. Das Prinzip der Überlagerung – das Potential eines Systems von Punktladungen an einem bestimmten Punkt im Raum ist gleich der algebraischen Summe der Potentiale, die diese Ladungen separat am selben Punkt im Raum erzeugen würden.

? Welcher Zusammenhang besteht zwischen Spannung und Potenzial?

E=- (E ist die Feldstärke an einem bestimmten Punkt im Feld, j ist das Potential an diesem Punkt.)

? Definieren Sie das Konzept des „Vektorflusses der elektrischen Feldstärke“. Geben Sie den elektrostatischen Satz von Gauß an.

Für eine beliebige geschlossene Oberfläche der Fluss des Spannungsvektors E elektrisches Feld F E= . Satz von Gauß:

= (hier Q i– Ladungen, die von einer geschlossenen Oberfläche bedeckt sind). Gültig für eine geschlossene Fläche beliebiger Form.

? Welche Stoffe werden als Leiter bezeichnet? Wie verteilen sich Ladungen und elektrostatisches Feld in einem Leiter? Was ist elektrostatische Induktion?

Leiter sind Stoffe, in denen sich freie Ladungen unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes geordnet bewegen können. Unter dem Einfluss eines äußeren Feldes werden die Ladungen umverteilt, wodurch ein eigenes Feld entsteht, dessen Größe dem äußeren Feld entspricht und das entgegengesetzt gerichtet ist. Daher ist die resultierende Spannung im Leiter 0.

Elektrostatische Induktion ist eine Art der Elektrifizierung, bei der unter dem Einfluss eines externen elektrischen Feldes eine Ladungsumverteilung zwischen Teilen eines bestimmten Körpers erfolgt.

? Wie groß ist die elektrische Kapazität eines einzelnen Leiters oder Kondensators? Wie bestimmt man die Kapazität eines Flachkondensators, einer Reihe oder parallel geschalteter Kondensatorbatterie? Maßeinheit der elektrischen Kapazität.

Einsamer Führer: Wo MIT-Kapazität, Q- Ladung, j - Potenzial. Die Maßeinheit ist Farad [F]. (1 F ist die Kapazität eines Leiters, dessen Potenzial sich um 1 V erhöht, wenn dem Leiter eine Ladung von 1 C verliehen wird).

Kapazität eines Parallelplattenkondensators. Serielle Verbindung: . Parallele Verbindung: C gesamt = C 1 +C 2 +…+C N

? Welche Stoffe werden Dielektrika genannt? Welche Arten von Dielektrika kennen Sie? Was ist Polarisation von Dielektrika?

Dielektrika sind Stoffe, in denen unter normalen Bedingungen keine freien elektrischen Ladungen vorhanden sind. Es gibt polare, unpolare und ferroelektrische Dielektrika. Polarisation ist der Prozess der Ausrichtung von Dipolen unter dem Einfluss eines externen elektrischen Feldes.

? Was ist ein elektrischer Verschiebungsvektor? Formulieren Sie Maxwells Postulat.

Elektrischer Verschiebungsvektor D charakterisiert das elektrostatische Feld, das durch freie Ladungen (d. h. im Vakuum) erzeugt wird, jedoch mit einer solchen Verteilung im Raum wie in Gegenwart eines Dielektrikums. Maxwells Postulat: . Physikalische Bedeutung – drückt das Gesetz der Erzeugung elektrischer Felder durch die Wirkung von Ladungen in beliebigen Medien aus.

? Formulieren und erklären Sie die Randbedingungen für das elektrostatische Feld.

Wenn ein elektrisches Feld die Grenzfläche zwischen zwei dielektrischen Medien passiert, ändern sich Intensitätsvektor und Verschiebung abrupt in Größe und Richtung. Die diese Veränderungen charakterisierenden Beziehungen werden Randbedingungen genannt. Es gibt 4 davon:

(3), (4)

? Wie wird die Energie eines elektrostatischen Feldes bestimmt? Energiedichte?

Energie W= ( E- Feldstärke, e-Dielektrizitätskonstante, e 0 -elektrische Konstante, V- Feldvolumen), Energiedichte

? Definieren Sie den Begriff „elektrischer Strom“. Arten von Strömen. Eigenschaften des elektrischen Stroms. Welche Bedingung ist für seine Entstehung und Existenz notwendig?

Strom ist die geordnete Bewegung geladener Teilchen. Typen – Leitungsstrom, geordnete Bewegung freier Ladungen in einem Leiter, Konvektion – treten auf, wenn sich ein geladener makroskopischer Körper im Raum bewegt. Für die Entstehung und Existenz eines Stroms sind geladene Teilchen, die sich geordnet bewegen können, und das Vorhandensein eines elektrischen Feldes erforderlich, dessen Energie, wenn sie wieder aufgefüllt wird, für diese geordnete Bewegung aufgewendet wird.

? Geben und erklären Sie die Kontinuitätsgleichung. Formulieren Sie die Bedingung dafür, dass der Strom stationär ist, in Integral- und Differentialform.

Kontinuitätsgleichung. Drückt den Ladungserhaltungssatz in Differentialform aus. Bedingung für Stationarität (Konstanz) des Stroms in Integralform: und Differential - .

? Schreiben Sie das Ohmsche Gesetz in Integral- und Differentialform.

Integralform – ( ICH-aktuell, U- Stromspannung, R-Widerstand). Differentialform - ( J - Stromdichte, g - elektrische Leitfähigkeit, E - Feldstärke im Leiter).

? Was sind äußere Kräfte? EMF?

Äußere Kräfte trennen Ladungen in positive und negative. EMF ist das Verhältnis der Arbeit zum Bewegen einer Ladung entlang des gesamten geschlossenen Stromkreises zu ihrem Wert

? Wie werden Arbeit und aktuelle Leistung ermittelt?

Beim Bewegen einer Ladung Q durch einen Stromkreis, an dessen Enden Spannung angelegt wird U, Arbeit wird vom elektrischen Feld verrichtet, aktuelle Leistung (t-Zeit)

? Formulieren Sie Kirchhoffs Regeln für verzweigte Ketten. Welche Erhaltungssätze sind in Kirchhoffs Regeln enthalten? Wie viele unabhängige Gleichungen müssen auf der Grundlage des ersten und zweiten Kirchhoffschen Gesetzes erstellt werden?

1. Die algebraische Summe der an einem Knoten zusammenlaufenden Ströme ist gleich 0.

2. In jedem beliebigen geschlossenen Stromkreis ist die algebraische Summe der Spannungsabfälle gleich der algebraischen Summe der in diesem Stromkreis auftretenden EMK. Kirchhoffs erste Regel folgt aus dem Gesetz der Erhaltung der elektrischen Ladung. Die Anzahl der Gleichungen insgesamt muss gleich der Anzahl der gewünschten Größen sein (das Gleichungssystem muss alle Widerstände und EMK umfassen).

? Elektrischer Strom in Gas. Prozesse der Ionisierung und Rekombination. Das Konzept des Plasmas.

Elektrischer Strom in Gasen ist die gerichtete Bewegung freier Elektronen und Ionen. Unter normalen Bedingungen sind Gase Dielektrika und werden nach der Ionisierung zu Leitern. Bei der Ionisierung handelt es sich um den Prozess der Bildung von Ionen durch die Trennung von Elektronen aus Gasmolekülen. Tritt aufgrund der Einwirkung eines externen Ionisators auf – starke Erwärmung, Röntgen- oder Ultraviolettbestrahlung, Elektronenbeschuss. Rekombination ist der umgekehrte Prozess der Ionisierung. Plasma ist ein vollständig oder teilweise ionisiertes Gas, in dem die Konzentrationen positiver und negativer Ladungen gleich sind.

? Elektrischer Strom im Vakuum. Glühemission.

Stromträger im Vakuum sind Elektronen, die aufgrund der Emission von der Oberfläche der Elektroden emittiert werden. Thermionische Emission ist die Emission von Elektronen durch erhitzte Metalle.

? Was wissen Sie über das Phänomen der Supraleitung?

Ein Phänomen, bei dem der Widerstand einiger reiner Metalle (Zinn, Blei, Aluminium) bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt auf Null sinkt.

? Was wissen Sie über den elektrischen Widerstand von Leitern? Was ist der spezifische Widerstand, seine Abhängigkeit von der Temperatur und der elektrischen Leitfähigkeit? Was wissen Sie über die Reihen- und Parallelschaltung von Leitern? Was ist ein Shunt, zusätzlicher Widerstand?

Der Widerstand ist ein Wert, der direkt proportional zur Länge des Leiters ist l und umgekehrt proportional zur Fläche S Leiterquerschnitt: (r-Widerstand). Leitfähigkeit ist der Kehrwert des Widerstands. Spezifischer Widerstand (Widerstand eines 1 m langen Leiters mit einem Querschnitt von 1 m2). Der spezifische Widerstand hängt von der Temperatur ab, hier ist a der Temperaturkoeffizient, R Und R 0 , r und r 0 – Widerstände und spezifische Widerstände bei T und 0 0 C. Parallel - , sequentiell R=R 1 +R 2 +…+Rn. Ein Shunt-Widerstand wird parallel zu einem elektrischen Messgerät geschaltet, um einen Teil des elektrischen Stroms abzuleiten und so die Messgrenzen zu erweitern.

? Ein Magnetfeld. Welche Quellen können ein Magnetfeld erzeugen?

Ein Magnetfeld ist eine besondere Art von Materie, durch die sich bewegende elektrische Ladungen interagieren. Der Grund für die Existenz eines konstanten Magnetfelds ist ein stationärer Leiter mit konstantem elektrischem Strom oder Permanentmagnete.

? Formulieren Sie das Amperesche Gesetz. Wie interagieren Leiter, durch die Strom in eine (entgegengesetzte) Richtung fließt?

Auf einen stromdurchflossenen Leiter wirkt eine Ampere-Kraft von .

B - magnetische Induktion, ICH- Strom im Leiter, D l– Länge des Leiterabschnitts, a-Winkel zwischen der magnetischen Induktion und dem Leiterabschnitt. In einer Richtung ziehen sie an, in der entgegengesetzten Richtung stoßen sie ab.

? Definieren Sie die Amperekraft. Wie kann man seine Richtung bestimmen?

Dies ist die Kraft, die auf einen stromdurchflossenen Leiter wirkt, der sich in einem Magnetfeld befindet. Die Richtung bestimmen wir wie folgt: Wir positionieren die Handfläche der linken Hand so, dass die magnetischen Induktionslinien in sie eindringen und die vier ausgestreckten Finger entlang des Stroms im Leiter gerichtet sind. Der gebogene Daumen zeigt die Richtung der Ampere-Kraft an.

? Erklären Sie die Bewegung geladener Teilchen in einem Magnetfeld. Was ist die Lorentzkraft? Was ist seine Richtung?

Ein sich bewegendes geladenes Teilchen erzeugt sein eigenes Magnetfeld. Wird es in ein äußeres Magnetfeld gebracht, so manifestiert sich die Wechselwirkung der Felder in der Entstehung einer Kraft, die aus dem äußeren Feld auf das Teilchen einwirkt – der Lorentzkraft. Die Richtung erfolgt nach der Linkshandregel. Für eine positive Ladung - Vektor B dringt in die Handfläche der linken Hand ein, vier Finger sind entlang der Bewegung der positiven Ladung (Geschwindigkeitsvektor) gerichtet, der gebogene Daumen zeigt die Richtung der Lorentzkraft. Bei einer negativen Ladung wirkt die gleiche Kraft in die entgegengesetzte Richtung.

(Q-Aufladung, v-Geschwindigkeit, B- Induktion, a- Winkel zwischen Geschwindigkeitsrichtung und magnetischer Induktion).

? Ein Rahmen mit Strom in einem gleichmäßigen Magnetfeld. Wie wird das magnetische Moment bestimmt?

Das Magnetfeld hat eine orientierende Wirkung auf den stromdurchflossenen Rahmen und dreht ihn in einer bestimmten Weise. Das Drehmoment wird durch die Formel bestimmt: M =P M X B , Wo P M- Vektor des magnetischen Moments des Rahmens mit Strom, gleich IST N (Strom pro Konturoberfläche, pro Einheit normal zur Kontur), B -magnetischer Induktionsvektor, quantitative Charakteristik des Magnetfeldes.

? Was ist der magnetische Induktionsvektor? Wie kann man seine Richtung bestimmen? Wie wird ein Magnetfeld grafisch dargestellt?

Der magnetische Induktionsvektor ist die Kraftcharakteristik des Magnetfeldes. Das Magnetfeld wird anhand von Kraftlinien anschaulich dargestellt. An jedem Punkt des Feldes stimmt die Tangente an die Feldlinie mit der Richtung des magnetischen Induktionsvektors überein.

? Formulieren und erklären Sie das Biot-Savart-Laplace-Gesetz.

Mit dem Biot-Savart-Laplace-Gesetz können Sie für einen Leiter mit Strom rechnen ICH Magnetfeldinduktion d B , erstellt an einem beliebigen Punkt im Feld d l Dirigent: (hier ist m 0 die magnetische Konstante, m ist die magnetische Permeabilität des Mediums). Die Richtung des Induktionsvektors wird durch die Regel der rechten Schraube bestimmt, wenn die translatorische Bewegung der Schraube der Richtung des Stroms im Element entspricht.

? Geben Sie das Superpositionsprinzip für ein Magnetfeld an.

Das Prinzip der Überlagerung – die magnetische Induktion des resultierenden Feldes, das von mehreren Strömen oder bewegten Ladungen erzeugt wird, ist gleich der Vektorsumme der magnetischen Induktion der addierten Felder, die von jedem Strom oder jeder bewegten Ladung einzeln erzeugt werden:

? Erklären Sie die Haupteigenschaften eines Magnetfelds: magnetischer Fluss, magnetische Feldzirkulation, magnetische Induktion.

Magnetischer Fluss F durch jede Oberfläche S eine Größe genannt, die dem Produkt aus der Größe des magnetischen Induktionsvektors und der Fläche entspricht S und der Kosinus des Winkels a zwischen den Vektoren B Und N (äußere Normale zur Oberfläche). Vektorzirkulation B über einer gegebenen geschlossenen Kontur wird als Integral der Form bezeichnet, wobei d l - Vektor der Elementarlänge der Kontur. Satz der Vektorzirkulation B : Vektorzirkulation B entlang eines beliebigen geschlossenen Stromkreises ist gleich dem Produkt der magnetischen Konstante und der algebraischen Summe der von diesem Stromkreis abgedeckten Ströme. Der magnetische Induktionsvektor ist die Kraftcharakteristik des Magnetfeldes. Das Magnetfeld wird anhand von Kraftlinien anschaulich dargestellt. An jedem Punkt des Feldes stimmt die Tangente an die Feldlinie mit der Richtung des magnetischen Induktionsvektors überein.

? Schreiben und kommentieren Sie die Bedingung, dass das Magnetfeld magnetisch ist, in integraler und differentieller Form.

Vektorfelder, in denen es keine Quellen und Senken gibt, werden magnetisch genannt. Bedingung für ein elektromagnetisches Magnetfeld in Integralform: und Differentialform:

? Magnetik. Arten von Magneten. Feromagnete und ihre Eigenschaften. Was ist Hysterese?

Ein Stoff ist magnetisch, wenn er unter dem Einfluss eines Magnetfeldes ein magnetisches Moment (Magnetisierung) annehmen kann. Stoffe, die in einem äußeren Magnetfeld entgegen der Feldrichtung magnetisiert werden, nennt man diamagnetische Stoffe. Stoffe, die in einem äußeren Magnetfeld in Feldrichtung magnetisiert werden, nennt man paramagnetische Stoffe. Diese beiden Klassen werden als schwach magnetische Substanzen bezeichnet. Als Ferromagnete werden stark magnetische Stoffe bezeichnet, die auch ohne äußeres Magnetfeld magnetisiert werden . Unter magnetischer Hysterese versteht man den Unterschied der Magnetisierungswerte eines Ferromagneten bei gleicher Magnetisierungsfeldstärke H in Abhängigkeit vom Wert der Vormagnetisierung. Diese grafische Abhängigkeit wird als Hystereseschleife bezeichnet.

? Formulieren und erklären Sie das Gesetz des Gesamtstroms in Integral- und Differentialform (die Hauptebenen der Magnetostatik in der Materie).

? Was ist elektromagnetische Induktion? Formulieren und erklären Sie das Grundgesetz der elektromagnetischen Induktion (Faradaysches Gesetz). Staatliche Lenz-Regel.

Das Phänomen des Auftretens einer elektromotorischen Kraft (Induktions-EMK) in einem Leiter, der sich in einem magnetischen Wechselfeld befindet oder sich in einem konstanten Magnetfeld bewegt, wird als elektromagnetische Induktion bezeichnet. Faradaysches Gesetz: Was auch immer der Grund für die Änderung des magnetischen Induktionsflusses ist, der von einer geschlossenen leitenden Schleife abgedeckt wird, die in der EMF-Schleife entsteht

Das Minuszeichen wird durch die Lenzsche Regel bestimmt – der induzierte Strom im Stromkreis hat immer eine solche Richtung, dass das von ihm erzeugte Magnetfeld die Änderung des magnetischen Flusses verhindert, die diesen induzierten Strom verursacht hat.

? Was ist das Phänomen der Selbstinduktion? Was ist Induktivität, Maßeinheiten? Ströme beim Schließen und Öffnen eines Stromkreises.

Das Auftreten einer induzierten EMK in einem leitenden Stromkreis unter dem Einfluss seines eigenen Magnetfelds, wenn es sich ändert, was aus einer Änderung der Stromstärke im Leiter resultiert. Die Induktivität ist ein Proportionalitätskoeffizient, der von der Form und Größe des Leiters oder Stromkreises abhängt, [H]. Gemäß der Lenzschen Regel verhindert die selbstinduktive EMK, dass der Strom ansteigt, wenn der Stromkreis eingeschaltet wird, und dass der Strom abnimmt, wenn der Stromkreis ausgeschaltet wird. Daher kann sich die Größe des Stroms nicht sofort ändern (das mechanische Analogon ist die Trägheit).

? Das Phänomen der gegenseitigen Induktion. Gegenseitiger Induktionskoeffizient.

Wenn zwei stationäre Stromkreise nahe beieinander liegen, entsteht bei einer Änderung der Stromstärke in einem Stromkreis eine EMK im anderen Stromkreis. Dieses Phänomen wird als gegenseitige Induktion bezeichnet. Proportionalitätskoeffizienten L 21 und L 12 nennt man die Gegeninduktivität der Stromkreise, sie sind gleich.

? Schreiben Sie die Maxwell-Gleichungen in Integralform. Erklären Sie ihre physikalische Bedeutung.

; ;

; .

Aus Maxwells Theorie folgt, dass die elektrischen und magnetischen Felder nicht als unabhängig betrachtet werden können – eine zeitliche Änderung des einen führt zu einer Änderung des anderen.

? Magnetfeldenergie. Energiedichte des Magnetfelds.

Energie, L-Induktivität, ICH– aktuelle Stärke.

Dichte , IN- magnetische Induktion, N- magnetische Feldstärke, V-Volumen.

? Das Relativitätsprinzip in der Elektrodynamik

Die allgemeinen Gesetze elektromagnetischer Felder werden durch die Maxwell-Gleichungen beschrieben. In der relativistischen Elektrodynamik wurde festgestellt, dass die relativistische Invarianz dieser Gleichungen nur unter der Bedingung der Relativität elektrischer und magnetischer Felder auftritt, d. h. wenn die Eigenschaften dieser Felder von der Wahl der Trägheitsbezugssysteme abhängen. In einem bewegten System ist das elektrische Feld dasselbe wie in einem stationären System, aber in einem bewegten System gibt es ein magnetisches Feld, das in einem stationären System nicht vorhanden ist.

Schwingungen und Wellen