§ 104. Работа на излизане на електрони от метал
Опитът показва, че свободните електрони практически не напускат метала при обикновени температури. Следователно трябва да има забавящо електрическо поле в повърхностния слой на метала, което предотвратява излизането на електрони от метала в околния вакуум. Работата, необходима за отстраняване на електрон от метал във вакуум, се нарича работна функция. Нека посочим две вероятни причинивъншен вид на работната функция:
1. Ако електронът бъде отстранен от метал по някаква причина, тогава възниква излишен положителен заряд на мястото, където електронът е напуснал и електронът се привлича от положителния заряд, индуциран от самия него.
2. Отделните електрони, напускайки метала, се отдалечават от него на разстояния от порядъка на атомни и по този начин създават „електронен облак“ над повърхността на метала, чиято плътност бързо намалява с разстоянието. Този облак, заедно с външния слой от положителни йони на решетката, се образува двоен електрически слой,чието поле е подобно на полето на кондензатор с паралелни пластини. Дебелината на този слой е равна на няколко междуатомни разстояния (10–10–10–9 m). Той не създава електрическо поле във външното пространство, но предотвратява излизането на свободни електрони от метала.
Така, когато един електрон напусне метала, той трябва да преодолее електрическото поле на двойния слой, който го забавя. Потенциална разлика в този слой, наречен скок на повърхностния потенциал, се определя от работната функция ( А) електрон от метал:
Където д -електронен заряд. Тъй като извън двойния слой няма електрическо поле, потенциалът на средата е нула, а вътре в метала потенциалът е положителен и равен на . Потенциалната енергия на свободен електрон вътре в метал е - д и е отрицателна спрямо вакуума. Въз основа на това можем да приемем, че целият обем на метала за електрони на проводимост представлява потенциална яма с плоско дъно, чиято дълбочина е равна на работната функция А.
Трудовата функция се изразява в електронволта(eV): 1 eV е равно на работата, извършена от полевите сили при преместване на елементарен електрически заряд (заряд, равен на заряда на електрона), когато той преминава през потенциална разлика от 1 V. Тъй като зарядът на електрона е 1,610 –19 C, тогава 1 eV = 1,610 –19 J.
Работната функция зависи от химическата природа на металите и от чистотата на тяхната повърхност и варира в рамките на няколко електронволта (например за калий А= 2,2 eV, за платина А=6,3 eV). Избирайки повърхностно покритие по определен начин, можете значително да намалите работната функция. Например, ако нанесете волфрам върху повърхността (А= 4,5eV)слой от оксид на алкалоземен метал (Ca, Sr, Ba), тогава работата на изхода се намалява до 2 eV.
§ 105. Емисионни явления и тяхното приложение
Ако осигурим на електроните в металите енергията, необходима за преодоляване на работната функция, тогава някои от електроните могат да напуснат метала, което води до явлението емисия на електрони, или електронни емисии. В зависимост от метода на предаване на енергия на електроните се разграничават термична, фотоелектронна, вторична електронна и полева емисия.
1. Термионна емисияе излъчването на електрони от нагретите метали. Концентрацията на свободни електрони в металите е доста висока, следователно дори при средни температури, поради разпределението на скоростите (енергиите) на електроните, някои електрони имат достатъчно енергия, за да преодолеят потенциалната бариера на металната граница. С повишаване на температурата броят на електроните, чиято кинетична енергия на топлинно движение е по-голяма от работната функция, се увеличава и явлението термоелектронна емисия става забележимо.
Изследването на законите на термоелектронната емисия може да се извърши с помощта на най-простата двуелектродна лампа - вакуумен диод, който е вакуумиран цилиндър, съдържащ два електрода: катод Ки анод А.В най-простия случай катодът е нишка, изработена от огнеупорен метал (например волфрам), нагрята от електрически ток. Анодът най-често е под формата на метален цилиндър, заобикалящ катода. Ако диодът е свързан към веригата, както е показано на фиг. 152, тогава, когато катодът се нагрява и към анода се прилага положително напрежение (спрямо катода), в анодната верига на диода възниква ток. Ако промените поляритета на батерията би тогава токът спира, независимо колко горещ е катодът. Следователно катодът излъчва отрицателни частици - електрони.
Ако поддържаме температурата на нагретия катод постоянна и премахнем зависимостта на анодния ток ази от анодното напрежение UА, - характеристика ток-напрежение(фиг. 153), се оказва, че не е линеен, т.е. за вакуумен диод законът на Ом не е изпълнен. Зависимост на термоелектронния ток азот анодното напрежение в областта на малки положителни стойности Uописано законът на трите секунди(установено от руския физик С. А. Богуславски (1883-1923) и американския физик И. Лангмюр (1881-1957)):
Където В-коефициент в зависимост от формата и размера на електродите, както и взаимното им разположение.
С увеличаване на анодното напрежение токът се увеличава до определена максимална стойност азнас, наречен ток на насищане. Това означава, че почти всички електрони, напускащи катода, достигат до анода, така че по-нататъшното увеличаване на силата на полето не може да доведе до увеличаване на термоелектронния ток. Следователно, плътността на тока на насищане характеризира емисионната способност на катодния материал.
Определя се плътността на тока на насищане формула на Ричардсън - Дешман,получено теоретично на базата на квантовата статистика:
Където А -работа на електроните, напускащи катода, T - термодинамична температура, СЪС- постоянно, теоретично еднакво издояване на всички метали (това не се потвърждава от експеримента, което очевидно се обяснява с повърхностни ефекти). Намаляването на работоспособността води до рязко увеличениеплътност на тока на насищане. Затова се използват оксидни катоди (например никел, покрит с оксид на алкалоземен метал), чиято работа е 1-1,5 eV.
На фиг. 153 показва характеристиките на напрежението на тока за две температури на катода: T 1 и T 2 и T 2 >Т 1 . СЪСС повишаване на температурата на катода, излъчването на електрони от катода става по-интензивно и токът на насищане също се увеличава. При U a =0, се наблюдава аноден ток, т.е. някои електрони, излъчени от катода, имат достатъчно енергия, за да преодолеят работната функция и да достигнат анода без прилагане на електрическо поле.
Феноменът на термоелектронната емисия се използва в устройства, в които е необходимо да се получи поток от електрони във вакуум, например във вакуумни тръби, рентгенови тръби, електронни микроскопи и др. Електронните тръби се използват широко в електротехниката и радиотехниката , автоматика и телемеханика за изправяне на променливи токове, усилване на електрически сигнали и променливи токове, генериране на електромагнитни трептения и др. В зависимост от предназначението в лампите се използват допълнителни управляващи електроди.
2. Фотоелектронна емисияе излъчването на електрони от метал под въздействието на светлина, както и късовълново електромагнитно излъчване (например рентгенови лъчи). Основните принципи на това явление ще бъдат обсъдени при разглеждането на фотоелектричния ефект.
3. Вторична електронна емисия- е излъчването на електрони от повърхността на метали, полупроводници или диелектрици, когато са бомбардирани с лъч електрони. Вторичният електронен поток се състои от електрони, отразени от повърхността (еластично и нееластично отразени електрони), и „истински“ вторични електрони - електрони, избити от метала, полупроводника или диелектрика от първичните електрони.
Съотношение на вторичен електрон н 2 до броя на първичните н 1 , предизвикващи емисията се нарича фактор на вторична електронна емисия:
Коефициент зависи от естеството на повърхностния материал, енергията на бомбардиращите частици и техния ъгъл на падане върху повърхността. В полупроводници и диелектрици повече от металите. Това се обяснява с факта, че в метали, където концентрацията на електрони на проводимост е висока, вторичните електрони, често сблъсквайки се с тях, губят енергията си и не могат да напуснат метала. В полупроводниците и диелектриците, поради ниската концентрация на електрони на проводимост, сблъсъците на вторични електрони с тях се случват много по-рядко и вероятността вторичните електрони да напуснат емитера се увеличава няколко пъти.
Например на фиг. 154 е показана качествената зависимост на коефициента на вторична електронна емисия от енергията дпадащи електрони за KCl. С увеличаване на енергията на електроните се увеличава, тъй като първичните електрони проникват по-дълбоко в кристалната решетка и следователно избиват повече вторични електрони. Въпреки това, при някаква енергия на първичните електрони започва да намалява. Това се дължи на факта, че с увеличаване на дълбочината на проникване на първичните електрони става все по-трудно за вторичните електрони да избягат на повърхността. Значение макс за KCl достига12 (за чистите метали не надвишава 2).
Феноменът на вторичната емисия на електрони се използва в фотоумножителни тръби(PMT), приложим за усилване на слаби електрически токове. Фотоумножителят е вакуумна тръба с фотокатод К и анод А, между които има няколко електрода - излъчватели(фиг. 155). Електроните, откъснати от фотокатода под въздействието на светлина, влизат в емитера E 1, преминавайки през ускоряващата потенциална разлика между K и E 1. Е 1 е нокаутиран от излъчвателя електрони. Така усиленият електронен поток се насочва към емитер E 2 и процесът на умножение се повтаря на всички следващи емитери. Ако PMT съдържа немитери, след това на анод А, т.нар колекционер,се оказва подсилен в нпъти фотоелектронния ток.
4. Автоелектронни емисиие излъчването на електрони от повърхността на металите под въздействието на силно външно електрическо поле. Тези явления могат да се наблюдават във вакуумирана тръба, чиято конфигурация на електродите (катод - връх, анод - вътрешна повърхност на тръбата) позволява при напрежения от приблизително 10 3 V да се получат електрически полета със сила приблизително 10 7 V / m. С постепенно увеличаване на напрежението, вече при напрегнатост на полето на повърхността на катода от приблизително 10 5 -10 6 V/m, възниква слаб ток поради електроните, излъчени от катода. Силата на този ток нараства с увеличаване на напрежението в тръбата. Токове възникват, когато катодът е студен, така че описаното явление също се нарича студена емисия.Обяснение на механизма на това явление е възможно само въз основа на квантовата теория.
Металите съдържат проводими електрони, които образуват електронен газ и участват в топлинно движение. Тъй като електроните на проводимостта се задържат вътре в метала, следователно близо до повърхността има сили, действащи върху електроните и насочени към метала. За да може един електрон да напусне метала извън неговите граници, трябва да се извърши определено количество работа А срещу тези сили, което се нарича работа по напускане на електрона от метала. Тази работа, естествено, е различна за различните метали.
Потенциалната енергия на електрона в метал е постоянна и равна на:
Wp = -eφ, където j е потенциалът на електрическото поле вътре в метала.
21. Контактна потенциална разлика - това е потенциалната разлика между проводниците, която възниква, когато два различни проводника с еднаква температура влязат в контакт.
Когато два проводника с различни работни функции влязат в контакт, върху проводниците се появяват електрически заряди. И между техните свободни краища възниква потенциална разлика. Потенциалната разлика между точките, разположени извън проводниците, близо до тяхната повърхност, се нарича контактна потенциална разлика. Тъй като проводниците са при една и съща температура, при липса на приложено напрежение полето може да съществува само в граничните слоеве (правило на Волта). Има вътрешна потенциална разлика (когато металите влязат в контакт) и външна (в междина). Стойността на външната контактна потенциална разлика е равна на разликата в работните функции, свързани със заряда на електрона. Ако проводниците са свързани в пръстен, тогава ЕДС в пръстена ще бъде равна на 0. За различни двойкиЗа металите стойността на контактната потенциална разлика варира от десети от волта до единици волт.
Работата на термоелектрическия генератор се основава на използването на термоелектричния ефект, чиято същност е, че при нагряване на съединението (връзката) на два различни метала възниква потенциална разлика между техните свободни краища, които имат по-ниска температура, или т.нар термоелектродвижеща сила (термо-ЕМП). Ако затворите такъв термоелемент (термодвойка) към външно съпротивление, тогава през веригата ще тече електрически ток (фиг. 1). Така по време на термоелектрически явления се получава директно преобразуване на топлинната енергия в електрическа.
Големината на термоелектродвижещата сила се определя приблизително по формулата E = a(T1 – T2)
22. Магнитно поле - силово поле, действащо върху движещи се електрически заряди и върху тела с магнитен момент, независимо от състоянието на тяхното движение; магнитен компонент на електро магнитно поле
Подвижен заряд р, създава около себе си магнитно поле, чиято индукция
където е скоростта на електрона, е разстоянието от електрона до дадена точка на полето, μ – относителна магнитна проницаемост на средата, μ 0 = 4π ·10 -7 Gn/m– магнитна константа.
Магнитна индукция- векторна величина, която е мощностна характеристикамагнитно поле (действието му върху заредени частици) в дадена точка на пространството. Определя силата, с която магнитното поле действа върху заряд, движещ се със скорост.
По-конкретно, това е такъв вектор, че силата на Лоренц, действаща от магнитното поле върху заряд, движещ се със скорост, е равна на
23. Според закона на Био-Савар-Лаплас контурен елемент дл, през който протича ток аз, създава около себе си магнитно поле, чиято индукция в определена точка К
къде е разстоянието от точката Ккъм текущия елемент дл, α – ъгъл между радиус вектора и текущия елемент дл.
Посоката на вектора може да се намери от Правилото на Максуел(Gimlet): ако завиете гимлет с дясна резба по посока на тока в проводниковия елемент, тогава посоката на движение на дръжката на gimlet ще покаже посоката на вектора на магнитната индукция.
Прилагане на закона на Био-Савар-Лаплас към контури различни видове, получаваме:
· в центъра на кръгов завой с радиус Рсъс сила на тока азмагнитна индукция
магнитна индукция по оста на кръговия ток 
Където а– разстояние от точката, в която се търси бкъм равнината на кръговия ток,
· поле, създадено от безкрайно дълъг проводник, по който протича ток на разстояние rот диригента
· поле, създадено от проводник с крайна дължина на разстояние rот проводника (фиг. 15) 
· поле вътре в тороид или безкрайно дълъг соленоид н– брой навивки на единица дължина на соленоида (тороид)
Векторът на магнитната индукция е свързан със силата на магнитното поле чрез връзката
Обемна енергийна плътностмагнитно поле:
25 .На заредена частица, движеща се в магнитно поле с индукция бсъс скорост υ , от магнитното поле има сила т.нар Сила на Лоренц
и модулът на тази сила е равен на 
.
Посоката на силата на Лоренц може да се определи от правило на лявата ръка: ако поставите лява ръкатака че компонентът на индукционния вектор, перпендикулярен на скоростта, влиза в дланта, а четирите пръста са разположени в посока на скоростта на движение на положителния заряд (или срещу посоката на скоростта на отрицателния заряд), тогава огънат палецще покаже посоката на силата на Лоренц
26 .Принцип на действие на цикличните ускорители на заредени частици.
Независимостта на периода на въртене T на заредена частица в магнитно поле е използвана от американския учен Лорънс в идеята за циклотрон - ускорител на заредени частици.
Циклотронсе състои от две кухи D 1 и D 2 - кухи метални полуцилиндъра, поставени във висок вакуум. Създава се ускоряващо електрическо поле в пролуката между лентите. Заредена частица, влизаща в тази празнина, увеличава скоростта си и лети в пространството на полуцилиндъра (dee). Деите са поставени в постоянно магнитно поле и траекторията на частицата вътре в деите ще бъде извита в кръг. Когато частицата навлезе за втори път в междината между деите, полярността на електрическото поле се променя и то отново става ускоряващо. Увеличаването на скоростта е придружено от увеличаване на радиуса на траекторията. На практика към деите се прилага променливо поле с честота ν= 1/T=(B/2π)(q/m). Скоростта на частицата се увеличава всеки път в интервала между буквите под въздействието на електрическото поле.
27.Амперна мощност е силата, която действа върху проводник, през който протича ток аз, разположен в магнитно поле
Δ л– дължина на проводника и посока съвпада с посоката на тока в проводника.
Модул за мощност на ампер: 
.
Два успоредни безкрайно дълги прави проводника, по които тече ток аз 1И аз 2взаимодействат помежду си със сила
Където л– дължина на участъка на проводника, r– разстояние между проводниците.
28. Взаимодействие на паралелни токове - закон на Ампер
Сега можете лесно да получите формула за изчисляване на силата на взаимодействие между два паралелни тока.
Така през два дълги прави успоредни проводника (фиг. 440), разположени на разстояние R един от друг (което е много, 15 пъти по-малко от дължините на проводниците), текат постоянни токове I 1, I 2.
Според теорията на полето взаимодействието на проводниците се обяснява по следния начин: електрическият ток в първия проводник създава магнитно поле, което взаимодейства с електрическия ток във втория проводник. За да се обясни появата на сила, действаща върху първия проводник, е необходимо да се „разменят ролите“ на проводниците: вторият създава поле, което действа върху първия. Мислено завъртете десния винт, завъртете с лявата си ръка (или използвайте кръстосаното произведение) и се уверете, че когато токовете текат в една посока, проводниците се привличат, а когато токовете текат в противоположни посоки, проводниците се отблъскват1.
Така силата, действаща върху участък с дължина Δl на втория проводник, е силата на Ампер, тя е равна на
където B1 е индукцията на магнитното поле, създадено от първия проводник. При писане на тази формула се взема предвид, че индукционният вектор B1 е перпендикулярен на втория проводник. Индукцията на полето, създадено от постоянен ток в първия проводник, на мястото на втория, е равна на
От формули (1), (2) следва, че силата, действаща върху избрания участък на втория проводник, е равна на
29. Намотка с ток в магнитно поле.
Ако поставите в магнитно поле не проводник, а намотка (или намотка) с ток и я поставите вертикално, тогава, прилагайки правилото на лявата ръка към горната и долната страна на намотката, получаваме, че електромагнитните сили F действието върху тях ще бъде насочено в различни посоки. В резултат на действието на тези две сили възниква електромагнитен въртящ момент M, който ще накара бобината да се върти, в в такъв случайпо часовниковата стрелка. Този момент
където D е разстоянието между страните на бобината.
Намотката ще се върти в магнитното поле, докато заеме перпендикулярно положение на линиите на магнитното поле (фиг. 50, b). В това положение най-големият магнитен поток ще премине през намотката. Следователно намотка или намотка с ток, въведен във външно магнитно поле, винаги се стреми да заеме такава позиция, че възможно най-големият магнитен поток да преминава през намотката.
Магнитен момент, магнитен диполен момент- основното количество, характеризиращо магнитните свойства на веществото (източникът на магнетизъм, според класическа теорияелектромагнитни явления са електрически макро- и микротокове; Елементарният източник на магнетизъм се счита за затворен ток). Елементарните частици имат магнитен момент, атомни ядра, електронни обвивки на атоми и молекули. Магнитен момент елементарни частици(електрони, протони, неутрони и други), както показа квантовата механика, се дължи на съществуването на собствен механичен момент - спин.
30. Магнитен поток - физическо количество, равна на плътността на потока на силовите линии, преминаващи през безкрайно малка площ dS. Поток F вкато интеграл на вектора на магнитната индукция INпрез крайна повърхност S Определя се чрез интеграл по повърхността.
31. Работата по преместване на проводник с ток в магнитно поле
Нека разгледаме тоководеща верига, образувана от неподвижни проводници и подвижен джъмпер с дължина l, плъзгащ се по тях (фиг. 2.17). Тази верига се намира във външно равномерно магнитно поле, перпендикулярно на равнината на веригата.
Токов елемент I (движещ се проводник) с дължина l се въздейства от сила на Ампер, насочена надясно:
Нека проводникът l се движи успоредно на себе си на разстояние dx. Това ще направи следното:
dA=Fdx=IBldx=IBdS=IdФ
Работата, извършена от проводник върху ток при движение, е числено равна на произведението на тока и магнитния поток, пресичан от този проводник.
Формулата остава валидна, ако проводник с произволна форма се движи под произволен ъгъл спрямо линиите на вектора на магнитната индукция.
32. Намагнитване на материята . Постоянните магнити могат да бъдат направени само от сравнително малко вещества, но всички вещества, поставени в магнитно поле, се магнетизират, т.е. те самите стават източници на магнитно поле. В резултат на това векторът на магнитната индукция в присъствието на материя се различава от вектора на магнитната индукция във вакуум.
Магнитният момент на атома е съставен от орбиталните и собствените моменти на електроните, влизащи в състава му, както и от магнитния момент на ядрото (който се определя от магнитните моменти на елементарните частици, влизащи в състава на ядрото - протони и неутрони). Магнитният момент на ядрото е много по-малък от моментите на електроните; следователно, когато се разглеждат много въпроси, той може да бъде пренебрегнат и може да се приеме, че магнитният момент на атома е равен на векторната сума на магнитните моменти на електроните. Може да се вземе предвид и магнитният момент на молекулата равно на суматамагнитни моменти на електроните, влизащи в състава му.
По този начин атомът е сложна магнитна система и магнитният момент на атома като цяло е равен на векторната сума на магнитните моменти на всички електрони
Магнетиции се наричат вещества, които могат да се магнетизират във външно магнитно поле, т.е. способни да създават собствено магнитно поле. Вътрешното поле на веществата зависи от магнитните свойства на техните атоми. В този смисъл магнитите са магнитни аналози на диелектриците.
Според класическите концепции атомът се състои от електрони, движещи се по орбити около положително заредено ядро, което от своя страна се състои от протони и неутрони.
Всички вещества са магнитни, т.е. всички вещества се намагнитват във външно магнитно поле, но естеството и степента на намагнитване са различни. В зависимост от това всички магнити се делят на три вида: 1) диамагнитни; 2) парамагнитни материали; 3) феромагнетици.
Диамагнети. - те включват много метали (например мед, цинк, сребро, живак, бисмут), повечето газове, фосфор, сяра, кварц, вода, по-голямата част органични съединенияи т.н.
Диамагнитите се характеризират със следните свойства:
2) собственото му магнитно поле е насочено срещу външното и леко го отслабва (m<1);
3) няма остатъчен магнетизъм (собственото магнитно поле на диамагнетика изчезва след премахване на външното поле).
Първите две свойства показват, че относителната магнитна проницаемост m на диамагнитните материали е само малко по-малка от 1. Например, най-силният от диамагнитните материали, бисмутът, има m = 0,999824.
Парамагнетици- Те включват алкални и алкалоземни метали, алуминий, волфрам, платина, кислород и др.
Парамагнитните материали се характеризират със следните свойства:
1) много слабо намагнитване във външно магнитно поле;
2) собственото магнитно поле е насочено по протежение на външното и леко го усилва (m>1);
3) няма остатъчен магнетизъм.
От първите две свойства следва, че стойността на m е само малко по-голяма от 1. Например, за един от най-силните парамагнетици - платината - относителната магнитна проницаемост m = 1,00036.
33.Феромагнетици - Те включват желязо, никел, кобалт, гадолиний, техните сплави и съединения, както и някои сплави и съединения на манган и хром с неферомагнитни елементи. Всички тези вещества имат феромагнитни свойства само в кристално състояние.
Феромагнетиците се характеризират със следните свойства:
1) много силно намагнитване;
2) собственото магнитно поле е насочено по протежение на външното и значително го засилва (стойностите на m варират от няколкостотин до няколкостотин хиляди);
3) относителната магнитна проницаемост m зависи от големината на магнитното поле;
4) има остатъчен магнетизъм.
Домейн- макроскопична област в магнитен кристал, в която ориентацията на вектора на спонтанното хомогенно намагнитване или вектора на антиферомагнетизма (при температура под точката на Кюри или съответно на Неел) по определен - строго подреден - начин се завърта или измества, т.е. , поляризиран, спрямо посоките на съответния вектор в съседни домейни.
Домейните са образувания, състоящи се от огромен брой [подредени] атоми и понякога се виждат с просто око (размери от порядъка на 10−2 cm3).
Домейни съществуват във феро- и антиферомагнитни, фероелектрични кристали и други вещества със спонтанен ред на дълги разстояния.
Точка на Кюри или температура на Кюри,- температурата на фазовия преход от втори ред, свързан с рязка промяна в свойствата на симетрия на веществото (например, магнитни - във феромагнетици, електрически - в сегнетоелектрици, кристално химични - в подредени сплави). Кръстен на П. Кюри. При температура T под точката на Кюри Q феромагнетиците имат спонтанно намагнитване и определена магнитно-кристална симетрия. В точката на Кюри (T=Q) интензитетът на топлинното движение на атомите на феромагнетика е достатъчен, за да унищожи неговата спонтанна намагнитност („магнитен ред“) и да промени неговата симетрия, в резултат на което феромагнетикът става парамагнетичен. По същия начин, за антиферомагнетици при T=Q (в така наречената антиферомагнитна точка на Кюри или точка на Неел), тяхната характерна магнитна структура (магнитни подрешетки) се разрушава и антиферомагнетиците стават парамагнитни. В сегнетоелектриците и антисегнетоелектриците при T=Q топлинното движение на атомите намалява до нула спонтанната подредена ориентация на електрическите диполи на елементарните клетки на кристалната решетка. В подредени сплави, в точката на Кюри (в случай на сплави, тя се нарича още точка.
Магнитен хистерезиснаблюдавани в магнитно подредени вещества (в определен температурен диапазон), например във феромагнетици, обикновено разделени на области на област на спонтанна (спонтанна) намагнитност, в която големината на намагнитването (магнитен момент на единица обем) е еднаква, но посоките са различни.
Под въздействието на външно магнитно поле броят и размерът на магнетизираните от полето домейни се увеличават за сметка на други домейни. Векторите на намагнитване на отделните домени могат да се въртят по протежение на полето. В достатъчно силно магнитно поле феромагнитът е намагнетизиран до насищане и се състои от един домен с намагнитване на насищане JS, насочено по протежение на външното поле H.
Типична зависимост на намагнитването от магнитното поле в случай на хистерезис
34. Земното магнитно поле
Както знаете, магнитното поле е специален вид силово поле, което засяга тела с магнитни свойства, както и движещи се електрически заряди. До известна степен магнитното поле може да се счита за специален вид материя, която предава информация между електрически заряди и тела с магнитен момент. Съответно, магнитното поле на Земята е магнитно поле, което се създава поради фактори, свързани с функционални характеристикина нашата планета. Тоест геомагнитното поле се създава от самата Земя, а не от външни източници, въпреки че последните имат известен ефект върху магнитното поле на планетата.
По този начин свойствата на магнитното поле на Земята неизбежно зависят от характеристиките на неговия произход. Основната теория, обясняваща възникването на това силово поле, е свързана с протичането на токове в течното метално ядро на планетата (температурата в ядрото е толкова висока, че металите са в течно състояние). Енергията на магнитното поле на Земята се генерира от така наречения хидромагнитен динамо механизъм, който се дължи на многопосочността и асиметрията на електрическите токове. Те генерират повишени електрически разряди, което води до освобождаване на топлинна енергия и възникване на нови магнитни полета. Интересното е, че механизмът на хидромагнитното динамо има способността да се „самовъзбужда“, т.е. активната електрическа активност в земното ядро постоянно генерира геомагнитно поле без външно влияние.
35.Намагнитване - векторна физическа величина, характеризираща магнитното състояние на макроскопично физическо тяло. Обикновено се обозначава с M. Дефинира се като магнитен момент на единица обем от вещество:
Тук M е векторът на намагнитване; - вектор на магнитния момент; V - обем.
IN общ случай(в случай на нееднородна по една или друга причина среда) намагнитване се изразява като
и е функция на координатите. Къде е общият магнитен момент на молекулите в обема dV Връзката между M и силата на магнитното поле H в диамагнитните и парамагнитните материали обикновено е линейна (поне когато магнетизиращото поле не е твърде голямо):
където χm се нарича магнитна чувствителност. Във феромагнитните материали няма недвусмислена връзка между M и H поради магнитен хистерезис и тензорът на магнитната чувствителност се използва за описание на зависимостта.
Сила на магнитното поле(стандартно обозначение H) е векторна физическа величина, равна на разликата между вектора на магнитната индукция B и вектора на намагнитване M.
IN Международна системаединици (SI): H = (1/µ 0)B - M, където µ 0 е магнитната константа.
Магнитна пропускливост- физическо количество, коефициент (в зависимост от свойствата на средата), характеризиращ връзката между магнитната индукция B и силата на магнитното поле H в дадено вещество. Този коефициент е различен за различните среди, така че те говорят за магнитната пропускливост на определена среда (означава нейния състав, състояние, температура и т.н.).
Обикновено се обозначава с гръцката буква µ. Той може да бъде скаларен (за изотропни вещества) или тензор (за анизотропни вещества).
Като цяло връзката между магнитната индукция и силата на магнитното поле чрез магнитната пропускливост се въвежда като
и в общия случай тук трябва да се разбира като тензор, който в компонентна нотация съответства на
За всеки заряд в електрическо поле има сила, която може да премести този заряд. Определете работата A по преместване на точков положителен заряд q от точка O до точка n, извършена от силите на електрическото поле на отрицателен заряд Q. Според закона на Кулон силата, която премества заряда, е променлива и равна на
Където r е променливото разстояние между зарядите.
. Този израз може да се получи по следния начин:
Количеството представлява потенциалната енергия W p на заряда в дадена точка на електрическото поле:
Знакът (-) показва, че когато заряд се движи от поле, неговата потенциална енергия намалява, превръщайки се в работа на движение.
Стойност, равна на потенциалната енергия на единица положителен заряд (q = +1), се нарича потенциал на електрическото поле.
Тогава 
. За q = +1.
По този начин потенциалната разлика между две точки на полето е равна на работата на силите на полето за преместване на единица положителен заряд от една точка в друга.
Потенциалът на точка на електрическо поле е равен на работата, извършена за преместване на единица положителен заряд от дадена точка до безкрайност: . Мерна единица - Волт = J/C.
Работата по преместване на заряд в електрическо поле не зависи от формата на пътя, а зависи само от потенциалната разлика между началната и крайната точка на пътя.
Повърхност, във всички точки на която потенциалът е еднакъв, се нарича еквипотенциална.
Напрегнатостта на полето е неговата мощностна характеристика, а потенциалът е неговата енергийна характеристика.
Връзката между напрегнатостта на полето и неговия потенциал се изразява с формулата
,
знакът (-) се дължи на факта, че напрегнатостта на полето е насочена в посока на намаляване на потенциала и в посока на увеличаване на потенциала.
5. Използване на електрическите полета в медицината.
франклинизация,или „електростатичен душ“, е терапевтичен метод, при който тялото на пациента или определени части от него се излагат на постоянно електрическо поле с високо напрежение.
Постоянното електрическо поле по време на общата процедура на експозиция може да достигне 50 kV, с местно влияние 15 – 20 kV.
Механизъм на терапевтично действие.Процедурата на франклинизация се извършва по такъв начин, че главата на пациента или друга част от тялото става като една от кондензаторните плочи, докато втората е електрод, окачен над главата или инсталиран над мястото на експозиция на разстояние 6 - 10 см. Под въздействието на високо напрежение под върховете на иглите, прикрепени към електрода, настъпва йонизация на въздуха с образуване на въздушни йони, озон и азотни оксиди.
Вдишването на озон и въздушни йони предизвиква реакция в съдовата мрежа. След краткотраен спазъм на кръвоносните съдове капилярите се разширяват не само в повърхностните тъкани, но и в дълбоките. В резултат на това се подобряват метаболитните и трофичните процеси, а при наличие на увреждане на тъканите се стимулират процесите на регенерация и възстановяване на функциите.
В резултат на подобряване на кръвообращението, нормализиране метаболитни процесии нервната функция, има намаляване на главоболието, повишено кръвно налягане, увеличена съдов тонус, намален сърдечен ритъм.
Използването на франклинизация е показано за функционални нарушения нервна система
Примери за решаване на проблеми
1. Когато работи апаратът за франклинизация, всяка секунда в 1 cm3 въздух се образуват 500 000 леки въздушни йони. Определете работата на йонизацията, необходима за създаване на същото количество въздушни йони в 225 cm 3 въздух по време на сесия на лечение (15 минути). Йонизационният потенциал на молекулите на въздуха се приема за 13,54 V и въздухът обикновено се счита за хомогенен газ.
- йонизационен потенциал, A - йонизационна работа, N - брой електрони.
2. При третиране с електростатичен душ към електродите на електрическата машина се прилага потенциална разлика от 100 kV. Определете колко заряд преминава между електродите по време на една процедура на лечение, ако е известно, че силите на електрическото поле извършват работа от 1800 J.
Оттук 
Електрически дипол в медицината
Според теорията на Айнховен, която е в основата на електрокардиографията, сърцето е електрически дипол, разположен в центъра на равностранен триъгълник (триъгълник на Айнтховен), чиито върхове могат условно да се разглеждат 
намиращ се в дясна ръка, лява ръка и ляв крак.
По време на сърдечен цикълкакто позицията на дипола в пространството, така и диполният момент се променят. Измерването на потенциалната разлика между върховете на триъгълника на Айнтховен ни позволява да определим връзката между проекциите на диполния момент на сърцето върху страните на триъгълника, както следва:
Познавайки напреженията U AB, U BC, U AC, можете да определите как диполът е ориентиран спрямо страните на триъгълника.
В електрокардиографията потенциалната разлика между две точки на тялото (в този случай между върховете на триъгълника на Айнтховен) се нарича отвеждане.
Извиква се регистрация на потенциалната разлика в изводите в зависимост от времето електрокардиограма.
Геометричното местоположение на крайните точки на вектора на диполния момент по време на сърдечния цикъл се нарича векторна кардиограма.
Лекция №4
Контактни явления
1. Контактна потенциална разлика. Законите на Волта.
2. Термоелектричество.
3. Термодвойка, нейното приложение в медицината.
4. Потенциал за почивка. Потенциал на действие и неговото разпространение.
- Контактна потенциална разлика. Законите на Волта.
Когато разнородните метали влязат в близък контакт, между тях възниква потенциална разлика, зависеща само от техните химичен състави температура (първият закон на Волта). Тази потенциална разлика се нарича контакт.
За да напусне метала и да отиде в околната среда, електронът трябва да извърши работа срещу силите на привличане към метала. Тази работа се нарича работа на излизане на електрон от метала.
Нека свържем два различни метала 1 и 2, имащи работна работа съответно A 1 и A 2 и A 1< A 2 . Очевидно, что свободный электрон, попавший в процессе теплового движения на поверхность раздела металлов, будет втянут во второй металл, так как со стороны этого металла на электрон действует большая сила притяжения (A 2 >A 1). Следователно, чрез контакта на металите, свободните електрони се „изпомпват“ от първия метал към втория, в резултат на което първият метал се зарежда положително, вторият - отрицателно. Потенциалната разлика, която възниква в този случай, създава електрическо поле с интензитет E, което затруднява по-нататъшното „изпомпване“ на електрони и напълно ще спре, когато работата по преместване на електрон поради контактната потенциална разлика стане равна на разликата в работни функции:
(1)
Нека сега поставим в контакт два метала с A 1 = A 2, имащи различни концентрации на свободни електрони n 01 > n 02. Тогава ще започне преференциалното прехвърляне на свободни електрони от първия метал към втория. В резултат на това първият метал ще бъде зареден положително, вторият - отрицателно. Между металите ще възникне потенциална разлика, която ще спре по-нататъшния пренос на електрони. Получената потенциална разлика се определя от израза:
, (2)
където k е константата на Болцман.
В общия случай на контакт между метали, които се различават както по работата на изхода, така и по концентрацията на свободните електрони, кр.р.п. от (1) и (2) ще бъде равно на:
(3)
Лесно е да се покаже, че сумата от контактните потенциални разлики на последователно свързани проводници е равна на контактната потенциална разлика, създадена от крайните проводници и не зависи от междинните проводници:
Тази позиция се нарича втори закон на Волта.
Ако сега директно свържем крайните проводници, тогава потенциалната разлика, съществуваща между тях, се компенсира от еднаква потенциална разлика, която възниква в контакт 1 и 4. Следователно c.r.p. не създава ток в затворена верига от метални проводници с еднаква температура.
2. Термоелектричествое зависимостта на контактната потенциална разлика от температурата.
Нека направим затворена верига от два различни метални проводника 1 и 2.
Температурите на контактите a и b ще се поддържат при различни температури T a > T b . Тогава, съгласно формула (3), c.r.p. в горещия възел повече отколкото в студения възел: . В резултат на това възниква потенциална разлика между връзките a и b, наречена термоелектродвижеща сила, и ток I ще тече в затворената верига. Използвайки формула (3), получаваме
Където 
за всяка двойка метали.
- Термодвойка, нейното използване в медицината.
Нарича се затворена верига от проводници, която създава ток поради разликите в контактните температури между проводниците термодвойка.
От формула (4) следва, че термоелектродвижещата сила на термодвойка е пропорционална на температурната разлика на връзките (контактите).
Формула (4) е валидна и за температури по скалата на Целзий:
Термодвойка може да измерва само температурни разлики. Обикновено едно кръстовище се поддържа при 0ºC. Нарича се студен възел. Другият преход се нарича горещ или измервателен преход.
Термодвойката има значителни предимства пред живачните термометри: тя е чувствителна, безинерционна, позволява ви да измервате температурата на малки обекти и позволява дистанционни измервания.
Измерване на профила на температурното поле на човешкото тяло.
Смята се, че температурата на човешкото тяло е постоянна, но това постоянство е относително, тъй като в различните части на тялото температурата не е еднаква и варира в зависимост от функционално състояниетяло.
Кожната температура има своя собствена добре дефинирана топография. Те имат най-ниска температура (23-30º) дистални участъцикрайници, върха на носа, уши. Повечето топлина- В аксиларна област, в перинеума, шията, устните, бузите. В останалите райони температурата е 31 – 33,5 ºС.
U здрав човекразпределението на температурата е симетрично спрямо средната линия на тялото. Нарушаването на тази симетрия служи като основен критерий за диагностициране на заболявания чрез конструиране на профил на температурно поле с помощта на контактни устройства: термодвойка и термометър за съпротивление.
4. Потенциал за почивка. Потенциал за действие и неговото разпространение.
Повърхностната мембрана на клетката не е еднакво пропусклива за различните йони. В допълнение, концентрацията на всички специфични йони е различна от различните страни на мембраната; най-благоприятният състав на йони се поддържа вътре в клетката. Тези фактори водят до появата в нормално функционираща клетка на потенциална разлика между цитоплазмата и заобикаляща среда(потенциал за почивка)
При възбуждане потенциалната разлика между клетката и околната среда се променя, възниква потенциал на действие, който се разпространява в нервните влакна.
Механизмът на разпространение на потенциала на действие по нервното влакно се разглежда по аналогия с разпространението електромагнитна вълначрез двупроводна линия. Наред с тази аналогия обаче има и фундаментални различия.
Електромагнитната вълна, разпространяваща се в среда, отслабва с разсейването на енергията си, превръщайки се в енергията на молекулярно-топлинно движение. Източникът на енергия на електромагнитна вълна е нейният източник: генератор, искра и др.
Възбуждащата вълна не затихва, тъй като получава енергия от самата среда, в която се разпространява (енергията на заредената мембрана).
По този начин разпространението на потенциала на действие по нервното влакно се извършва под формата на автовълна. Активната среда са възбудимите клетки.
Примери за решаване на проблеми
1. При конструиране на профил на температурното поле на повърхността на човешкото тяло се използва термодвойка със съпротивление r 1 = 4 ома и галванометър със съпротивление r 2 = 80 ома; I=26 µA при температурна разлика на прехода ºС. Каква е константата на термодвойката?
Термоенергията, възникваща в термодвойка, е равна на , където термодвойки е температурната разлика между преходите.
Съгласно закона на Ом, за участък от веригата, където U се приема като . Тогава
Лекция No5
Електромагнетизъм
1. Природата на магнетизма.
2. Магнитно взаимодействие на токове във вакуум. Закон на Ампер.
4. Диа-, пара- и феромагнитни вещества. Магнитна проницаемост и магнитна индукция.
5. Магнитни свойства на телесните тъкани.
1. Природата на магнетизма.
Около движещи се електрически заряди (токове) възниква магнитно поле, чрез което тези заряди взаимодействат с магнитни или други движещи се електрически заряди.
Магнитното поле е силово поле и се представя чрез магнитни силови линии. За разлика от линиите на електрическото поле, линиите на магнитното поле винаги са затворени.
Магнитните свойства на веществото се дължат на елементарни кръгови токове в атомите и молекулите на това вещество.
2 . Магнитно взаимодействие на токове във вакуум. Закон на Ампер.
Магнитното взаимодействие на токовете е изследвано с помощта на движещи се жични вериги. Ампер установи, че големината на силата на взаимодействие между две малки секции от проводници 1 и 2 с токове е пропорционална на дължините на тези секции, силата на тока I 1 и I 2 в тях и е обратно пропорционална на квадрата на разстоянието r между секциите:
Оказа се, че силата на влияние на първото сечение върху второто зависи от взаимното им положение и е пропорционална на синусите на ъглите и .
където е ъгълът между и радиус вектора r 12, свързващ се с, и е ъгълът между и нормалата n към равнината Q, съдържаща сечението и радиус вектора r 12.
Комбинирайки (1) и (2) и въвеждайки коефициента на пропорционалност k, получаваме математическия израз на закона на Ампер:
(3)
Посоката на силата също се определя от правилото на гимлета: тя съвпада с посоката на транслационното движение на гимлета, чиято дръжка се върти от нормалното n 1.
Токов елемент е вектор, равен по големина на произведението Idl на безкрайно малък участък с дължина dl на проводник и силата на тока I в него и насочен по този ток. Тогава, преминавайки в (3) от малък към безкрайно малък dl, можем да запишем закона на Ампер в диференциална форма:
. (4)
Коефициентът k може да бъде представен като
където е магнитната константа (или магнитната проницаемост на вакуума).
Стойността за рационализация, като се вземат предвид (5) и (4), ще бъде записана във формуляра
. (6)
3 . Сила на магнитното поле. Формула на Ампер. Закон на Био-Савар-Лаплас.
Тъй като електрическите токове взаимодействат помежду си чрез своите магнитни полета, въз основа на това взаимодействие може да се установи количествена характеристика на магнитното поле - закон на Ампер. За да направите това, разделяме проводника l с ток I на много елементарни секции dl. Създава поле в пространството.
В точка O на това поле, разположена на разстояние r от dl, поставяме I 0 dl 0. Тогава, съгласно закона на Ампер (6), върху този елемент ще действа сила
(7)
където е ъгълът между посоката на тока I в участъка dl (създаващ полето) и посоката на радиус вектора r и е ъгълът между посоката на тока I 0 dl 0 и нормалата n към равнината Q, съдържаща dl и r.
Във формула (7) избираме частта, която не зависи от текущия елемент I 0 dl 0, обозначавайки го с dH:
Закон на Био-Савар-Лаплас (8)
Стойността на dH зависи само от текущия елемент Idl, който създава магнитно поле, и от позицията на точка O.
Стойността dH е количествена характеристика на магнитното поле и се нарича напрегнатост на магнитното поле. Замествайки (8) в (7), получаваме
където е ъгълът между посоката на тока I 0 и магнитното поле dH. Формула (9) се нарича формула на Ампер и изразява зависимостта на силата, с която магнитното поле действа върху текущия елемент I 0 dl 0, разположен в него, от силата на това поле. Тази сила е разположена в равнината Q, перпендикулярна на dl 0. Посоката му се определя от „правилото на лявата ръка“.
Приемайки =90º в (9), получаваме:
Тези. Силата на магнитното поле е насочена тангенциално към линията на полето и е равна по големина на съотношението на силата, с която полето действа върху единичен токов елемент, към магнитната константа.
4 . Диамагнитни, парамагнитни и феромагнитни вещества. Магнитна проницаемост и магнитна индукция.
Всички вещества, поставени в магнитно поле, придобиват магнитни свойства, т.е. се магнетизират и следователно променят външното поле. В този случай някои вещества отслабват външното поле, докато други го засилват. Първите се наричат диамагнитни, второ – парамагнитнивещества. Сред парамагнитните вещества рязко се откроява група вещества, които причиняват много голямо увеличение на външното поле. Това феромагнетици.
Диамагнети- фосфор, сяра, злато, сребро, мед, вода, органични съединения.
Парамагнетици- кислород, азот, алуминий, волфрам, платина, алкални и алкалоземни метали.
Феромагнетици– желязо, никел, кобалт, техните сплави.
Геометрична сумаорбиталните и спиновите магнитни моменти на електроните и присъщият магнитен момент на ядрото формира магнитния момент на атом (молекула) на вещество.
В диамагнитните материали общият магнитен момент на атом (молекула) е нула, т.к магнитните моменти взаимно се компенсират. Но под въздействието на външно магнитно поле в тези атоми се индуцира магнитен момент, насочен противоположно на външното поле. В резултат на това диамагнитната среда се намагнетизира и създава собствено магнитно поле, насочено противоположно на външното и отслабващо го.
Индуцираните магнитни моменти на диамагнитните атоми се запазват, докато съществува външно магнитно поле. Когато външното поле се елиминира, индуцираните магнитни моменти на атомите изчезват и диамагнитният материал се демагнетизира.
В парамагнитните атоми орбиталните, спиновите и ядрените моменти не се компенсират взаимно. Атомните магнитни моменти обаче са подредени произволно, така че парамагнитната среда не проявява магнитни свойства. Външно поле върти парамагнитните атоми, така че техните магнитни моменти се установяват предимно в посоката на полето. В резултат на това парамагнитният материал се магнетизира и създава собствено магнитно поле, съвпадащо с външното и усилващо го.
(4), където е абсолютната магнитна проницаемост на средата. Във вакуум =1, и
Във феромагнетиците има области (~10 -2 cm) с еднакво ориентирани магнитни моменти на техните атоми. Въпреки това, ориентацията на самите домейни е различна. Следователно, при липса на външно магнитно поле, феромагнетикът не е магнетизиран.
С появата на външно поле домените, ориентирани в посоката на това поле, започват да се увеличават по обем поради съседни домейни, които имат различни ориентации на магнитния момент; феромагнетикът се магнетизира. При достатъчно силно поле всички домейни се преориентират по протежение на полето и феромагнетикът бързо се магнетизира до насищане.
Когато външното поле се елиминира, феромагнетикът не се демагнетизира напълно, но запазва остатъчната магнитна индукция, тъй като топлинното движение не може да дезориентира домейните. Размагнитването може да се постигне чрез нагряване, разклащане или прилагане на обратно поле.
При температура, равна на точката на Кюри, топлинното движение е в състояние да дезориентира атомите в домени, в резултат на което феромагнетикът се превръща в парамагнетик.
Потокът на магнитна индукция през определена повърхност S е равен на броя на индукционните линии, проникващи през тази повърхност:
(5)
Мерна единица B – Тесла, F-Weber.
Формула за работа на изход на електрона
Металите съдържат проводими електрони, които образуват електронен газ и участват в топлинно движение. Тъй като електроните на проводимостта се задържат вътре в метала, следователно близо до повърхността има сили, действащи върху електроните и насочени към метала. За да може един електрон да напусне метала извън неговите граници, трябва да се извърши определено количество работа А срещу тези сили, което се нарича работа на електронаизработени от метал. Тази работа, естествено, е различна за различните метали.
Потенциалната енергия на електрона в метал е постоянна и равна на:
W p = -eφ , където j е потенциалът на електрическото поле вътре в метала.
Когато един електрон преминава през повърхностния електронен слой, потенциалната енергия бързо намалява от работната функция и става нула извън метала. Разпределението на енергията на електроните вътре в метала може да бъде представено като потенциална яма.
В интерпретацията, обсъдена по-горе, работата на електрона е равна на дълбочината на потенциалната яма, т.е.
Aout = eφ
Този резултат е в съответствие с класическата електронна теория на металите, която приема, че скоростта на електроните в метала се подчинява на закона за разпределение на Максуел и е нула при абсолютна нулева температура. В действителност обаче електроните на проводимостта се подчиняват на квантовата статистика на Ферми-Дирак, според която при абсолютна нула скоростта на електроните и съответно тяхната енергия са различни от нула.
Максималната енергийна стойност, която електроните имат при абсолютна нула, се нарича енергия на Ферми E F . Квантовата теория за проводимостта на металите, базирана на тези статистики, дава различна интерпретация на работата на работата. Работа на електронаот метал е равна на разликата между височината на потенциалната бариера eφ и енергията на Ферми.
A out = eφ" - E F
където φ" е средната стойност на потенциала на електрическото поле вътре в метала.
Таблица на работата на излизане на електрони от прости вещества
Таблицата показва стойностите на работната функция на електроните за поликристални проби, чиято повърхност се почиства във вакуум чрез калциниране или механична обработка. Недостатъчно надеждни данни са оградени в скоби.
|
вещество |
Формула на веществото |
Работна работа на електрона (W, eV) |
|
алуминий |
||
|
берилий |
||
|
въглерод (графит) |
||
|
германий |
||
|
манган |
||
|
молибден |
||
|
паладий |
||
|
празеодим |
||
|
калай (γ-форма) |
||
|
калай (β форма) |
||
|
стронций |
||
|
волфрам |
||
|
цирконий |
Какво точно е напрежението? Това е начин за описване и измерване на силата на електрическо поле. Самото напрежение не може да съществува без електронно поле около положителни и отрицателни заряди. Точно както магнитното поле обгражда северния и южния полюс.
от модерни концепции, електроните не си влияят един на друг. Електрическото поле е нещо, което идва от един заряд и неговото присъствие може да се усети от друг.
Същото може да се каже и за понятието напрежение! Просто ни помага да си представим как може да изглежда едно електрическо поле. Честно казано, няма форма, размер, нищо подобно. Но полето действа с определена сила върху електроните.
Силите и тяхното действие върху заредена частица
Зареденият електрон е подложен на сила с известно ускорение, което го кара да се движи все по-бързо и по-бързо. Тази сила върши работа, за да премести електрона.
Силовите линии са въображаеми форми, които се появяват около заряди (определени от електрическото поле) и ако поставим заряд в тази област, той ще изпита сила.
Свойства на електропроводите:
- пътуване от север на юг;
- нямат взаимно пресичане.
Защо двете силови линии не се пресичат? Защото това не се случва в Истински живот. Казаното е физически модел и нищо повече. Физиците са го изобретили, за да опишат поведението и характеристиките на електрическото поле. Моделът е много добър в това. Но като помним, че това е само модел, трябва да знаем защо са необходими такива линии.
Полевите линии показват:
- посоки на електрическите полета;
- напрежение. Колкото по-близо са линиите, толкова по-голяма е силата на полето и обратно.
Ако начертаните силови линии на нашия модел се пресичат, разстоянието между тях ще стане безкрайно малко. Заради силата на полето като форма на енергия и защото фундаментални законипо физика това е невъзможно.
Какво е потенциал?
Потенциалът е енергията, която се изразходва за преместване на заредена частица от първата точка, която има нулев потенциал, до втората точка.
Потенциалната разлика между точките A и B е работата, извършена от силите за преместване на определен положителен електрон по произволен път от A до B.
Колкото по-голям е потенциалът на електрона, толкова по-голяма е плътността на потока на единица площ. Това явление е подобно на гравитацията. Колкото по-голяма е масата, толкова по-голям е потенциалът, толкова по-интензивно и плътно е гравитационното поле на единица площ.
Малък нисък потенциален заряд с намалена плътност на потока е показан на следващата фигура.
А отдолу има заряд с висок потенциал и плътност на потока.
Например: по време на гръмотевична буря електроните се изчерпват в една точка и се събират в друга, образувайки електрическо поле. Когато силата е достатъчна, за да наруши диелектричната константа, се получава удар от мълния (съставен от електрони). Когато потенциалната разлика се изравни, електрическото поле се унищожава.
Електростатично поле
Това е вид електрическо поле, постоянно във времето, образувано от заряди, които не се движат. Работата по преместването на електрона се определя от отношенията,
където r1 и r2 са разстоянията на заряда q до началната и крайната точка на траекторията на движение. От получената формула се вижда, че извършената работа при преместване на заряд от точка в точка не зависи от траекторията, а зависи само от началото и края на движението.
Всеки електрон е обект на сила и следователно, когато електрон се движи през поле, се извършва определено количество работа.
В електростатично поле работата зависи само от крайните точки на движение, а не от траекторията. Следователно, когато се извършва движение по затворен контур, зарядът се връща в първоначалното си положение и количеството работа става равно на нула. Това се случва, защото спадът на потенциала е нула (тъй като електронът се връща в същата точка). Тъй като потенциалната разлика е нула, нетната работа също ще бъде нула, тъй като падащият потенциал е равен на работата, разделена на стойността на заряда, изразена в кулони.
За еднородно електрическо поле
Електрическото поле между две противоположно заредени плоски метални пластини, където линиите на напрежение са успоредни една на друга, се нарича хомогенно.
Защо силата върху заряда в такова поле винаги е една и съща? Благодарение на симетрията. Когато системата е симетрична и има само една вариация на измерване, всяка зависимост изчезва. Има много други фундаментални причини за отговора, но факторът на симетрия е най-простият.
Работата по преместване на положителен заряд
Електрическо поле– това е потокът от електрони от “+” към “-”, водещ до високо напрежение в региона.
Потоке броят на линиите на електрическото поле, преминаващи през него. В каква посока ще се движат положителните електрони? Отговор: по посока на електрическото поле от положително (висок потенциал) към отрицателно (нисък потенциал). Следователно положително заредена частица ще се движи в тази посока.
Интензитетът на полето във всяка точка се определя като силата, действаща върху положителен заряд, поставен в тази точка.
Работата е да транспортира електронни частици по протежение на проводник. Според закона на Ом можете да определите работата, като използвате различни варианти на формули, за да извършите изчислението.
От закона за запазване на енергията следва, че работата е промяна на енергията в отделен участък от веригата. Преместването на положителен заряд срещу електрическо поле изисква извършване на работа и води до увеличаване на потенциалната енергия.
Заключение
от училищна програмаСпомняме си, че около заредените частици се образува електрическо поле. Всеки заряд в електрическо поле е обект на сила и в резултат на това се извършва известна работа, когато зарядът се движи. По-големият заряд създава по-голям потенциал, което създава по-интензивно или по-силно електрическо поле. Това означава, че има повече поток и плътност на единица площ.
Важното е, че трябва да се извърши работа от определена сила, за да се премести зарядът от висок потенциал към нисък. Това намалява разликата в заряда между полюсите. Преместването на електрони от ток към точка изисква енергия.
Напишете коментари, допълнения към статията, може би съм пропуснал нещо. Разгледайте, ще се радвам ако намерите още нещо полезно при мен.
