Урок № 109 Повторення розділу 3 «Електродинаміка»
§ 1 -17
Фізика і астрономія (рівень стандарту, за навчальною програмою авторського колективу під керівництвом Ляшенка О. І.): підруч. для 11 кл. закладів загальної середньої освіти / Т. М. Засєкіна, Д. О. Засєкін. — К. : УОВЦ «Оріон», 2019. — 272 с. : іл.
Розділ фізики, що вивчає електромагнітні взаємодії, називають електродинамікою.
Електричний заряд є джерелом і мірою електромагнітної взаємодії.
Алгебраїчна сума зарядів у замкнутій системі лишається сталою .
Електричне поле є особливим видом матерії, що існує навколо електрично заряджених тіл, викликає та забезпечує взаємодію між ними.
Пробним називають такий заряд, значення якого настільки мале, що під час внесення в досліджуване електричне поле цей заряд не змінює його.
Напруженістю електричного поля називають векторну фізичну величину, яка дорівнює відношенню сили, з якою поле діє на пробний позитивний точковий заряд, вміщений у певну точку простору, до величини цього заряду .
напруженість електричного поля системи зарядів у певній точці дорівнює геометричній сумі напруженостей полів, що створені в цій точці окремо кожним зарядом .
Отже, робота з переміщення електричного заряду в електростатичному полі замкнутою траєкторією дорівнює нулю.
Різниця потенціалів, або напруга між двома точками, — це фізична скалярна величина, що дорівнює відношенню роботи поля, яка виконується для переміщення заряду з початкової точки поля в кінцеву, до величини цього заряду.
Отже, електростатичне поле всередині провідника відсутнє.
Явище зміщення електричних зарядів діелектрика під впливом зовнішнього електричного поля, яке зумовлює виникнення протилежного за напрямом внутрішнього електричного поля, називають поляризацією діелектрика.
Електроємність відокремленого провідника чисельно дорівнює електричному заряду, який змінює потенціал провідника на одиницю.
Конденсатор — система двох ізольованих один від одного провідників, яким надано однакові заряди протилежного знаку, поле яких зосереджено лише між цими провідниками.
Паралельним називається з’єднання конденсаторів, за якого всі позитивно заряджені обкладки приєднані до одної вузлової точки, а негативно заряджені — до іншої. У цьому разі напруга на всіх конденсаторах однакова .
Електричним струмом називають впорядкований (напрямлений) рух заряджених частинок.
За напрям електричного струму приймають напрям упорядкованого руху позитивно заряджених частинок (протилежний руху електронів). Напрям струму збігається з напрямком напруженості електричного поля, яке породжує цей струм.
Силою струму називають величину, що характеризує швидкість перенесення заряду частинками, які створюють струм, через поперечний переріз провідника.
Якщо під час проходження електричного струму за будь-які однакові інтервали часу через поперечний переріз провідника переноситься однаковий заряд, то такий струм називають постійним.
До електричного кола входять джерела струму та його споживачі, вимірювальні та регулювальні прилади, вимикачі, з’єднувальні провідники.
Електричний опір — фізична величина, яка характеризує властивість провідника протидіяти проходженню електричного струму.
Робота електричного струму на ділянці кола дорівнює добутку сили струму, напруги на цій ділянці та часу, впродовж якого виконувалася ця робота.
Потужність електричного струму — фізична величина, що дорівнює роботі електричного поля з напрямленого переміщення електричних зарядів у провіднику за одиницю часу.
Кількість теплоти, яка виділяється провідником з електричним струмом, дорівнює добутку квадрата сили струму, опору провідника й часу проходження струму.
Джерело струму — пристрій, який розділяє позитивні та негативні заряди.
Сторонніми називають сили неелектричного походження, які розділяють електричні заряди.
Електрорушійна сила джерела струму — скалярна фізична величина, яка характеризує здатність сторонніх сил створювати та підтримувати різницю потенціалів і чисельно дорівнює відношенню їх роботи Астор до значення розділених зарядів Q .
Ділянку кола, що розташована ззовні від джерела струму (споживачі електричної енергії та з’єднувальні провідники), називають зовнішньою, або однорідною, а R — зовнішнім опором.
Ділянку кола, по якій електричні заряди рухаються під впливом сторонніх сил (джерело струму), називають внутрішньою, або неоднорідною .
Сукупність з’єднаних між собою джерел та споживачів електричного струму, перемикачів, через які проходить електричний струм, називають повним електричним колом.
ЕРС джерела живлення дорівнює сумі падіння напруги на зовнішній та внутрішній ділянках електричного кола.
Сила струму в повному колі прямо пропорційна електрорушійній силі джерела і обернено пропорційна повному електричному опору кола.
При послідовному з’єднанні провідників кінець попереднього провідника з’єднується з початком тільки одного наступного.
Потужність струму на ділянці кола з послідовно з’єднаними провідниками дорівнює сумі потужностей на окремих провідниках.
Опір ділянки кола, що складається з послідовно з’єднаних провідників, дорівнює сумі їх електричних опорів.
Паралельним називають таке з’єднання елементів електричного кола, за якого одні кінці всіх провідників приєднують до однієї вузлової точки електричного кола, а інші кінці — до другої вузлової точки .
При паралельному з’єднанні напруга на провідниках та кінцях ділянки однакова .
При паралельному з’єднанні елементів електричного кола величина, обернена до повного опору з’єднання, дорівнює сумі величин, обернених до опору кожного з розгалужень .
При паралельному з’єднанні джерел струму всі їх однойменні полюси з’єднуються в окремий вузол.
Електричний струм у металах є напрямленим рухом електронів.
Зміна опору металевого провідника пропорційна зміні його температури.
Надпровідність — стан провідника, в якому він практично втрачає електричний опір.
Явище випускання електронів нагрітими тілами у вакуумі називають термоелектронною емісією.
Електричний струм у вакуумі створюється вільними електронами емісії.
У розчинах і розплавах електролітів електричний струм створюється позитивними та негативними йонами.
Електроліз — процес виділення речовин на електродах, пов’язаний з окисно-відновними реакціями, що відбуваються під час проходження струму.
Електричний струм у газах створюється позитивними і негативними йонами та вільними електронами.
Електричний розряд у газі, що зберігається після припинення дії зовнішнього йонізатора, називають самостійним.
Напівпровідниками називають речовини, електрична провідність яких менша, ніж у провідників електричного струму, та більша, ніж у діелектриків.
Електропровідність напівпровідників зумовлена наявністю в них негативно заряджених вільних електронами та позитивно заряджених дірок
Основними носіями заряду в напівпровіднику n-типу є вільні електрони.
Основними носіями заряду у провідниках p-типу є дірки.
Особливостями електропровідності напівпровідників є те, що вона: зумовлена рухом вільних електронів і дірок; збільшується з підвищенням температури, під дією світла та зі зростанням напруженості електричного поля; залежить від домішок.
Перехід між двома областями напівпровідника з різними типами електропровідності називається електронно-дірковим або n-p- (р-n)- переходом.
Властивість однобічної провідності електронно-діркового переходу — це здатність пропускати струм в одному напрямі.
Інтегральна мікросхема — мініатюрний мікроелектронний виріб, елементи якого нерозривно зв’язані конструктивно, технологічно та електрично.
Магнітне поле — особливий вид матерії, яка забезпечує взаємодію між рухомими електрично зарядженими частинками. Якщо навколо нерухомих електричних зарядів існує тільки електричне поле, то навколо зарядів, що рухаються (електричного струму) існує одночасно і електричне, і магнітне поле. Отже, магнітне поле є окремим проявом електромагнітного.
Індукція магнітного поля B — це фізична величина, яка характеризує силову дію магнітного поля.
-якщо свердлик закручувати в напрямку проходження струму, то напрям обертання його ручки вказує напрямок силових ліній магнітного поля.
-якщо ручку свердлика обертати в напрямку силових ліній магнітного поля (напрямку його північного полюса), то напрямок поступального руху його вістря вказуватиме напрям струму в провіднику (від позитивно зарядженого полюса джерела струму до негативно зарядженого).
Отже, лінії індукції магнітного поля завжди замкнені, вони не мають ні початку, ні кінця.
Котушку із залізним осердям усередині називають електромагнітом.
-якщо ліву руку розташувати так, щоб магнітні лінії входили в долоню (долонею до північного полюса постійного магніту), а чотири пальці вказували напрям струму в провіднику, то великий палець, відігнутий на 90°, вкаже напрямок сили, яка діє на провідник зі струмом із боку магнітного поля (сили Ампера).
Електродвигун — пристрій, у якому енергія електричного струму перетворюється в механічну.
Силу, яка діє на кожен рухомий заряд з боку магнітного поля, називають силою Лоренца.
-якщо ліву руку розмістити так, щоб складова магнітної індукції В , перпендикулярна до швидкості заряду, входила в долоню, а чотири пальці були напрямлені за рухом позитивного заряду (проти руху негативного), то відігнутий на 90 великий палець покаже напрямок сили Лоренца Fn, що діє на заряд.
-електричний струм у замкненому провіднику виникає за умови зміни магнітного поля, в якому він міститься.
-явище електромагнітної індукції полягає у виникненні електричного струму в замкнутому провіднику, вміщеному в магнітне поле, яке змінюється.
Магнітним потоком Ф через поверхню з площею S називають скалярну фізичну величину, що дорівнює добутку модуля вектора магнітної індукції В на площу поверхні S та косинус кута між вектором В і вектором нормалі до поверхні n .
ЕРС індукції в замкненому контурі дорівнює за модулем швидкості зміни магнітного потоку через поверхню, обмежену контуром .
-індукційний струм у замкнутому провіднику завжди має такий напрям, що створюваний ним власний магнітний потік протидіє тим змінам зовнішнього магнітного потоку, які збуджують індукційний струм.
-якщо праву руку розмістити в магнітному полі так, щоб лінії магнітної індукції входили в долоню, відставлений великий палець відповідав би напрямку руху провідника, то витягнуті пальці руки вказуватимуть напрям індукційного струму в провіднику.