Реферат Материальная точка. Тело отсчета. Система отсчета. Кинематический закон движения материальной то

Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28

Поможем написать учебную работу

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Предоплата всего

от 25%

Подписываем

договор

Имя

Выберите тип работы:

Принимаю Политику конфиденциальности

Скидка 25% при заказе до 25.11.2024

1. Материальная точка. Тело отсчета. Система отсчета. Кинематический закон движения материальной точки. Вектор перемещения. Скорость и ускорение. Путь.
Материальной точкой называется физическое тело, размерами которого можно пренебречь в следующих условиях:

1.         Размеры тела много меньше его перемещения в пространстве.

Тело движется поступательно. Поступательным движением твердого тела называется такое движение, при котором все точки тела движутся одинаково.

При поступательном движении любая прямая, проходящая через любые две точки тела, остается параллельной самой себе. В случае поступательного движения тела достаточно знать движение какой-либо одной из его точек, а само тело рассматривать как материальную точку.

2.         Размеры тела много меньше расстояний от него до других тел

3.         кинематика-это раздел механики изучающий способы описания движения и связь между величинами характерные этим движениям.

Тело отсчета – это тело, относительно к-рого рассматривают положение других тел.

                        Системой отсчета (СО) называется совокупность:

         - физического тела отсчета,

         - связанной с ним системы координат,

        - указание начала отсчета времени.

Радиус-вектором точки в пространстве называется вектор, проведенный из начала координат в данную точку пространства.

Траекторией данной точки тела называется множество точек пространства, проходимых этой точкой во время движения тела.

Для описания движения м. точки необходимо задавать кинематический закон движения, т.е. уравнение или систему уравнения, определяющих положение тела в любой момент времени относительно выбранной с. отсчета. В случае векторного способа задания положения точки в пространстве кинематический закон ее движения имеет вид

, а при координатном способе он может быть записан в виде

Перемещением называется векторная физическая величина, равная вектору, соединяющему начальное положение материальной точки с ее текущим положением.

Перемещение материальной точки равно разности радиус-векторов этой точки, соответствующих текущему ее положению и ее начальному положению:

Путем называется скалярная физическая величина, равная длине дуги траектории, пройденной телом за заданное время.

Разобьем траекторию L м. точки на бесконечно малые участки длиной dL. Каждому участку траектории dL будет соответствовать перемещение

. Разделим это перемещение на промежуток времени dt, за который м. точка проходит путь

. Тогда получим мгновенную скорость в данной точке тр-и:

Ускорение характеризует быстроту изменения вектора скорости и определяется как производная скорости по времени:

2.Равномерное движение и скорость равномерного движения. Уравнения равномерного прямолинейного движения. Графики равномерного прямолинейного движения.
Равномерное прямолинейное движение-это движение при котором тело за одинаковые промежутки вемени проходят одинаковые пути. Скорость равномерного прямолинейного дв. Называется- велечина равная отношению его перемещения к промежутку времени в течение которого это перемешение произошло. Скорость численно равна расстоянию пройдённому телу за ед. время. Уравнение равномерного прям. Движ.- в координатной форме: х=x0+ v·t.; а r виде:r = r0+vt

графики равномерного прям. Дв. при t = 0 тело находилось в точке с координатой x₀ = –3. Между моментами времени t₁ = 4 с и t₂ = 6 с тело переместилось от точки x₁ = 3 м до точки x₂ = 6 м. Таким образом, за Δt = t₂ – t₁ = 2 с тело переместилось на Δs = x₂ – x₁ = 3 м. Следовательно, скорость тела составляет

Описание: http://www.physics.ru/courses/op25part1/content/chapter1/section/paragraph3/images/1-3-1.gif

3. Мгновенна скорость. Относительность движения. закон сложения скоростей.
Мгновенна скорость-скорость в данный момент времени. мгновенная скорость тела,есть велечина равная пределу отнещению перемещения вектора r к промежутку времени t в течении которого это перемещение произошло при стремление промежутка t к 0

мгновенная скорость направлена по касательным траекториям.
Относительность движения и закон сложения скоростей - если тело движется относительно некоторой системы отсчета k1 со скоростью v1 и сама система отсчета k1 движется относительно другой системы отсчета k2 со скоростью v ,то скорость тела относительной 2-ой системы отсчета равна геометрической сумме: V2=V1=V

4. Ускорение. Равнопеременное прямолинейное движение. Свободное падение.
Ускорение- векторная физическая величина, характеризующая быстроту изменения скорости, численно равная отношению изменения скорости к промежутку времени, в течение которого это изменение произошло. Если скорость изменяется одинаково в течение всего времени движения, то ускорение можно рассчитать по формуле

Единица ускорения —

.

Равнопеременное прямолинейное движение-

называют такое движение, при котором ускорение есть величина постоянная ( а = const). Направление вектора ускорения при этом может совпадать с направлением начальной скорости движения или же быть направлено в противоположную сторону.

свободное падение тел- это движение тела под влиянием притяжения его к земле,ускорение свободного падения тел направленное вертикально вниз по отношению к земле всегда=g=9.81м/с

5. Движение по окружности с постоянной по модулю скоростью. Центростремительное и касательное ускорение. Вращательное движение тела.
Движение по окружности с постоянной по модулю скоростью- Равномерное движение точки по окружности - движение точки с постоянной по модулю скоростью (v=const) по траектории, представляющей собой окружность. Но, т.к. скорость всегда направлена по касательной к траектории движения, то по направлению она изменяется. Значит равномерное движение по окружности – ускоренное движение! Точка совершает перемещение с постоянной по модулю скоростью, следовательно:

.

Центростремительное ускорение или Нормальное ускорение — возникает при движении точки по окружности, обозначается w_n. Является составляющей вектора ускорения w. Вектор нормального ускорения всегда направлен к центру окружности, а модуль равен:

$Описание: |\vec a| = \omega ^2 r = {v^2 \over r}$

касательное или тангециальное- направлено по касательной к траектории, обозначается w_τ (a_τ). Является составляющей вектора ускорения a. Характеризует изменение скорости по модулю.

$Описание: \begin{alignat}{3} \mathbf{a} & = \frac{d \mathbf{v}}{dt} \\ \end{alignat}$

Вращательное движение тела — вид механического движения. При вращательном движении абсолютно твёрдого тела его точки описывают окружности, расположенные в параллельных плоскостях. Центры всех окружностей лежат при этом на одной прямой, перпендикулярной к плоскостям окружностей и называемой осью вращения. Ось вращения может располагаться внутри тела и за его пределами. Ось вращения в данной системе отсчёта может быть как подвижной, так и неподвижной. Например, в системе отсчёта, связанной с Землёй, ось вращения ротора генератора на электростанции неподвижна.

Частота вращения — число оборотов тела в единицу времени.

$Описание: n = {1 \over T} = {\omega \over 2\pi}$

6. Инерциальная система отсчета. Сила. Принцип суперпозиций сил. Первый закон Ньютона.
Инерциальная система отсчета- система отсчёта, в которой справедлив закон инерции: любое тело, на которое не действуют внешние силы или действие этих сил компенсируется, находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.

Сила- определяется как физическая величина, служащая мерой воздействия на данное тело другого тела. Это векторная величина.

Действие силы приводит:

1..к изменению скорости (т.е. тело получает ускорение);2.к деформации

Действие силы зависит:1.от числового значения (модуля);2.от направления;3.от точки приложения.

принцип суперпозиций-положений оси,если на тело одновременно действует несколько сил,то ускорение тела будит пропорционально геометрической сумме:F=F1+F2+F3………..

1-ый закон Ньютона- (или закон инерции) из всего многообразия систем отсчета выделяет класс так называемых инерциальных систем

7. масса. 2-ой закон Ньютона.
Масса-это физическая велечина являющееся одной из характеристик основных материй.
2-ой закон Ньютона-ускорение тела, прямопорпоционально силе действующей на него и обратно порпоцианально его массе и направлено в сторону действия силы.

Сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на сообщаемое этой силой ускорение.

8. 3-ий закон Ньютона. Инерциальные и неинерциальные системы отсчета. Принцип относительности в механике.
3-ий закон Ньютона-силы с которыми тела действуют друг на друга равны по модолю и направлены по одной прямой в противоположеные стороны:

m1a1=-m2a2

a1/a2=m2/m1=const
Инерциальная система отсчета- система отсчёта, в которой справедлив закон инерции: любое тело, на которое не действуют внешние силы или действие этих сил компенсируется, находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.(это геоцетрическая связанная с солнец и неподвижными звездами. Гелеоцентирческа условно считаеся инерциальной)

Неинерциа́льная систе́ма отсчёта — произвольная система отсчёта, не являющаяся инерциальной. Примеры неинерциальных систем отсчета: система, движущаяся прямолинейно с постоянным ускорением, а также вращающаяся система.(система отсчетов законов ньютона)

При́нцип относи́тельности — фундаментальный физический принцип, согласно которому все физические процессы в инерциальных системах отсчёта протекают одинаково, независимо от того, неподвижна ли система или она находится в состоянии равномерного и прямолинейного движения

9.10 Гравитационные силы. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Движение под действием силы тяжести:искуственные спутники.
закона всемирного тяготения: любые две материальные частицы притягиваются друг к другу с силой, пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.
Эту силу называют силой тяготения (или гравитационной силой
F=G m₁m²/r²
Сила тяжести- это сила с которой земля притягивает тело находящееся на ее поверхности или вблизи ее.

Искуственный спутник под силой тяжести-

&&&

11. деформация и силы упругости. Закон Гука.
Деформация и силы упругости-сила упругости возникает при деформаций тел,под деформацией тела понимают его изменение тела или форм, объема. Сила упругости направлена против деформаций.
Закон Гука.- при упругой деформации удлинение тела прямопропорционально приложенной силе:
$Описание: \! F = - k \Delta l$ (вместо l ставить x)

12. Вес тела. Вес тела, двужущегося с ускорением по вертикали. Невесомость. Перегрузка.
Вес тела- это сила, с которой тело, вследствие его притяжения к Земле, действует на опору или подвес.

Направим координатную ось Y системы отсчета, связанной с Землей, вертикально вниз. Тогда проекция веса тела на эту осьбудет равна

Невесо́мость — состояние, при котором сила взаимодействия тела с опорой (вес тела), возникающая в связи с гравитационным притяжением, действием других массовых сил, в частности силы инерции, возникающей при ускоренном движении тела, отсутствует.
Перегрузка - состояние механической системы, при котором вес тела превышает его силу тяжести

13. Сила трения. Виды силы трения. Силы сопротивления при движении твердых тел в жидкости газа.

.

Сила трения-сила возникающая придвижений одной поверхности относительно другой. виды:

Сила трения покоя-действует между двумя телами неподвижных относительно друг-друга

Fтр.п.=-f

Сила трения скольжения — силы, возникающие между соприкасающимися телами при их относительном движении
$Описание: F_{\text{TP}}=k \cdot N\!$

Сила трения кочения-момент сил, возникающий при качении одного из двух контактирующих/взаимодействующих тел относительно другого

Сила сопративления-среды, действует на твердое тело движушегося в жидкости или газе. Сила сопративления зависит от скорости движения

N=mg

14. импульс тела. Импульс силы. Формулировка второго закона Ньютона.
И́мпульс (Количество движения) — векторная физическая величина, характеризующая меру механического движения тела. В классической механике импульс тела равен произведению массы m этой точки на её скорость v, направление импульса совпадает с направлением вектора скорости:

$Описание: \vec p=m\vec v$
И́мпульс си́лы — это векторная физическая величина, равная произведению силы на время её действия, мера воздействия силы на тело за данный промежуток времени (в поступательном движении).

За конечный промежуток времени эта величина равна определённому интегралу от элементарного импульса силы, где пределами интегрирования являются моменты начала и конца промежутка времени действия силы. В случае одновременного действия нескольких сил сумма их импульсов равна импульсу их равнодействующей за то же время.

$Описание: \vec{N}=\int\limits_{t_0}^t \vec{F}(t) \; \mathrm{d}\,t$
2-ой закон Ньютона-ускорение тела, прямопорпоционально силе действующей на него и обратно порпоцианально его массе и направлено в сторону действия силы.

Сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на сообщаемое этой силой ускорение.

15. Закон сохранения импульса. Упругие и неупругие столкновения.

Зако́н сохране́ния и́мпульса (Зако́н сохране́ния количества движения) утверждает, что сумма импульсов всех тел (или частиц) замкнутой системы есть величина постоянная.

Из законов Ньютона можно показать, что при движении в пустом пространстве импульс сохраняется во времени, а при наличии взаимодействия скорость его изменения определяется суммой приложенных сил. В классической механике закон сохранения импульса обычно выводится как следствие законов Ньютона.

Как и любой из фундаментальных законов сохранения, закон сохранения импульса описывает одну из фундаментальных симметрий, — однородность пространства.
Абсолютно упругим (или просто упругим) ударом называется столк-

новение, при котором сохраняется механическая энергия системы тел. Во

многих случаях столкновения атомов, молекул и элементарных частиц

можно считать упругими. При упругом ударе наряду с законом сохране-

ния импульса выполняется закон сохранения механической энергии.
Абсолютно неупругим уда-

ром называют такое столкновение, при котором тела соединяются (сли-

паются) друг с другом и дальше двигаются как единое целое.

16. Механическая работа. Мощность. Энергия.
Механическая работа — это физическая величина, являющаяся количественной характеристикой действия силы F на процесс γ(t), зависящая от численной величины, направления силы и от перемещения точки её приложения
Мо́щность — физическая величина, равная отношению работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени.

$Описание: N = \frac{\Delta A}{\Delta t} \,\!$ — средняя мощность

$Описание: N = \frac{dA}{dt} \,\!$ — мгновенная мощность

Так как работа является мерой изменения энергии, мощность можно определить также как скорость изменения энергии системы.

Эне́ргия — скалярная физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм движения материи и мерой перехода движения материи из одних форм в другие.

Основное утверждение про энергию носит название закон сохранения энергии и заключается в том, что суммарная энергия замкнутой системы не изменяется во времени.

17. Потенциальна и кинетическая энергия.

Потенциальная энергия $Описание: U(\vec r)$ — скалярная физическая величина, характеризующая способность некого тела (или материальной точки) совершать работу за счет его нахождения в поле действия сил. Другое определение: потенциальная энергия — это функция координат, являющаяся слагаемым в лагранжиане системы, и описывающая взаимодействие элементов системы^[1]. Единицей измерения энергии в СИ является Джоуль.

Потенциальная энергия принимается равной нулю для некоторой конфигурации тел в пространстве, выбор которой определяется удобством дальнейших вычислений. Процесс выбора данной конфигурации называется нормировкой потенциальной энергии.

Корректное определение потенциальной энергии может быть дано только в поле сил, работа которых зависит только от начального и конечного положения тела, но не от траектории его перемещения. Такие силы называются консервативными.

Также потенциальная энергия является характеристикой взаимодействия нескольких тел или тела и поля.

Любая физическая система стремится к состоянию с наименьшей потенциальной энергией.

Потенциальная энергия упругой деформации характеризует взаимодействие между собой частей тела.

Потенциальная энергия в поле тяготения Земли вблизи поверхности приближённо выражается формулой:

E_p = mgh,

где E_p — потенциальная энергия тела, m — масса тела, g — ускорение свободного падения, h — высота положения центра масс тела над произвольно выбранным нулевым уровнем

Кинети́ческая эне́ргия — энергия механической системы, зависящая от скоростей движения её точек. Часто выделяют кинетическую энергию поступательного и вращательного движения. Единица измерения в системе СИ — Джоуль.

Более строго, кинетическая энергия есть разность между полной энергией системы и её энергией покоя; таким образом, кинетическая энергия — часть полной энергии, обусловленная движением.

$m \vec a = \vec F$

18. закон сохранения энергий в механике.
Зако́н сохране́ния эне́ргии — фундаментальный закон природы, установленный эмпирически и заключающийся в том, что энергия изолированной (замкнутой) физической системы сохраняется с течением времени. Другими словами, энергия не может возникнуть из ничего и не может исчезнуть в никуда, она может только переходить из одной формы в другую.

В ньютоновской механике формулируется частный случай закона сохранения энергии — Закон сохранения механической энергии, звучащий следующим образом^[2]

Полная механическая энергия замкнутой системы тел, между которыми действуют только консервативные силы, остаётся постоянной.

Проще говоря, при отсутствии диссипативных сил (например, сил трения) механическая энергия не возникает из ничего и не может исчезнуть никуда.

-

19. основные положения молекулярно кинетической теорий и их опытное обоснование. Броуновское движение. Масса и размеры молекул. Количество в-в. Взаймодействие молекул
Основные положения: 1- в-в состоит из частиц, 2- эти частицы беспорядочно движутся, 3- частицы взаимодействуют друг с другом.

Явление диффузии — способность молекул одного вещества проникать в промежутки между молекулами другого — тоже подтверждает основные положения МКТ. Явлением диффузии объясняется, например, распространение запахов, смешивание разнородных жидкостей, процесс растворения твердых тел в жидкостях, сварка металлов путем их расплавления или путем давления. Подтверждением непрерывного хаотического движения молекул является также и броуновское движение — непрерывное хаотическое движение микроскопических частиц, нерастворимых в жидкости.

Движение броуновских частиц объясняется хаотическим движением частиц жидкости, которые сталкиваются с микроскопическими частицами и приводят их в движение.

МАССА И РАЗМЕРЫ МОЛЕКУЛ

Массы молекул и атомов очень малы. Например, масса одной молекулы водорода равна примерно 3,34*10^-27кг, кислорода - 5,32*10^-26кг. Масса одного атома углерода m_0C=1,995*10^-26кг

Относительной молекулярной (или атомной) массой вещества Mr называют отношение массы молекулы (или атома) данного вещества к 1/12 массы атома углерода:(атомная единица массы).

Количество вещества - это отношение числа молекул N в данном теле к числу атомов в 0,012 кг углерода N_A:

Взаимодействие молекул-1- притяжение 2-отталкивания. Если молекулы находятся на рассояниях привышающих из размеров на несколько раз. то силы взаим. Не проявляются. На расстояниипревышающих 2-3 деаметра молеку действуют силы притяж.По мере умен.расстояние между молекулами сначала увеличиваются вместе с силой отталкивания. При опрд. Расстояния сила притяжения становится равной силе отталкивания- это равные диаметры молекул

20.строение газообразных,жидких и твердых тел. Понятие идеального газа.
Газы-в газах расстояние между атомами или молекулами во много раз больше размеров самих молеку. Газ легко сжимается.

Жидкости- молекулы жидкости распологаются почти в плотную друг к другу.движение молекулы воды напоминают движение газа они беспорядочно движутся вследствий ударов друг о друга. Жидкости мало сжимаются,она текучая,сохраняет объем но не форму

Твердые тела-молекулы расположены в узлах крестолической клетки,молекулы колеблются около положения равновесия. Свойства тела сохраняют объем и форму,монокристалические,поликристалические
Идеальным наз. газ, взаимодействием между молекулами которого можно пренебречь.

Для модели идеального газа приняты следующие условия:

- молекулы имеют пренебрежимо малые размеры по сравнению с объемом газа;

- молекулы участвуют в хаотическом тепловом движении, характеризующимся равновероятным направлением скорости (то есть среднее значение любой из трех проекций скорости равно нулю);

- взаимодействие молекул друг с другом и со стенками сосуда носит характер абсолютно упругого удара.

21. основное уровнение молекулярно кинетической теории идеального газа
   На основании использования основных положений молекулярно-кинетической теории было получено основное уравнение МКТ идеального газа,

     которое выглядит так:

, где р — давление идеального газа, m0 — масса молекулы,

среднее значение

     концентрация молекул, квадрата скорости молекул.

     Обозначив среднее значение кинетической энергии поступательного движения молекул идеального газа

     получим основное уравнение

     МКТ идеального газа в виде:

22. температура и ее измерение,температура шкала. Скорость молекул газ.
Температу́ра) — скалярная физическая величина, примерно характеризующая приходящуюся на одну степень свободы среднюю кинетическую энергию частиц макроскопической системы, находящейся в состоянии термодинамического равновесия.

... мерилом температуры является не само движение, а хаотичность этого движения. Хаотичность состояния тела определяет его температурное состояние, и эта идея (которая впервые была разработана Больцманом), что определённое температурное состояние тела вовсе не определяется энергией движения, но хаотичностью этого движения, и является тем новым понятием в описании температурных явлений, которым мы должны пользоваться ...

Существование равновесного состояния называют первым исходным положением термодинамики. Вторым исходным положением термодинамики называют утверждение о том, что равновесное состояние характеризуется некоторой величиной, которая при тепловом контакте двух равновесных систем становится для них одинаковой в результате обмена энергией. Эта величина называется температурой. ^[ Средства измерения температуры часто проградуированы по относительным шкалам — Цельсия или Фаренгейта.

Приведем рассуждения, которые дают возможность вычислить среднюю скорость газовых молекул.
В мы показали, что давление газа пропорционально nmv2, где m — масса молекулы, v — средняя скорость, а n — число молекул в единице объема. Точный расчет приводит к формуле

23. Уравнение менделеева-клайперона. Изопроцессы в газах

Можно доказать, что не все параметры термодинамической системы, находящейся в равновесном состоянии, независимы: внутренние параметры такой системы зависят только от ее внешних параметров и температуры. Уравнение, связывающее любой термодинамический параметр системы с параметрами, принятыми в качестве независимых переменных, наз. уравнением состояния. Уравнение состояния, связывающее для однородного тела давление р, объем V и температуру Т, наз. термическим уравнением состояния: f(
p,
V,
T)=0

Уравнение состояние идеального газа (уравненение Клапейрона-Менделеева):

R=8,31 Дж/(моль·К)
Адиабатический

В адиабатическом процессе теплообмена с окружающей средой не происходит, т.е. δQ=0. Следовательно, теплоемкость идеального газа в адиабатическом процессе также равна нулю: С_адиаб=0.

Изотермический

В изотермическом процессе постоянна температура, т.е. dT = 0. Следовательно, теплоемкость идеального газа стремится к бесконечности: $C \to \infty$

Изохорный

В изохорическом процессе постоянен объем, т.е. δV = 0. Элементарная работа газа равна произведению изменения объема на давление, при котором происходит изменение (δA = δVP). Первое Начало Термодинамики для изохорического процесса имеет вид:

dU = δQ = C_VΔT

А для идеального газа

$dU=\frac i2 \nu R \Delta T$

Таким образом,

$C_V=\frac i2 \nu R,$

где i - число степеней свободы частиц газа.

] Изобарный

В изобарическом процессе (P = const):

δQ = dU + PdV = νC_VΔT + νRΔT = ν(C_V + R)ΔT = νC_PΔT

C_P=δ
Q/νΔ
T=C_V+R=(2+i/2)*R

24.насыщеные и ненасыщенные пары. Зависимость температуры кипения жидкости от давления. Влажность воздуха.
Вследствие постоянного испарения воды с поверхностей водоемов, почвы и растительного покрова, а также дыхания человека и животных в атмосфере всегда содержится водяной пар. Поэтому атмосферное давление представляет собой сумму давления сухого воздуха и находящегося в нем водяного пара. Давление водяного пара будет максимальным при насыщении воздуха паром. Насыщенный пар в отличие от ненасыщенного не подчиняется законам идеального газа. Так, давление насыщенного пара не зависит от объема, но зависит от температуры. Эта зависимость не может быть выражена простой формулой, поэтому на основе экспериментального изучения зависимости давления насыщенного пара от температуры составлены таблицы, по которым можно определить его давление при различных температурах.

Очевидно, что при кипении давление паров, образующихся внутри пузырьков у дна сосуда, таково, что пузырьки могут расширяться, преодолевая атмосферное давление, действующее на свободную поверхность воды, а также давление столба воды. Мы приходим к выводу, что кипение происходит при такой температуре, при которой давление насыщенного пара жидкости равно внешнему

Большинство явлений, наблюдаемых в природе, например быстрота испарения, высыхание различных веществ, увядание растений, зависит не от количества водяного пара в воздухе, а от того, насколько это количество близко к насыщению, т. е. от относительной влажности, которая характеризует степень насыщения воздуха водяным паром. При низкой температуре и высокой влажности повышается теплопередача и человек подвергается переохлаждению. При высоких температурах и влажности теплопередача, наоборот, резко сокращается, что ведет к перегреванию организма. Наиболее благоприятной для человека в средних климатических широтах является относительная влажность 40—60%. Относительной влажностью называют отношение плотности водяного пара (или давления), находящегося в воздухе при данной температуре, к плотности (или давлению) водяного пара при той же температуре, выраженное в процентах, т. е.

25. внутренняя энергия. Работа в термодинамике. Кол во теплоты.

Вну́тренняя эне́ргия тела (обозначается как E или U) — полная энергия этого тела за вычетом кинетической энергии тела как целого и потенциальной энергии тела во внешнем поле сил. Следовательно, внутренняя энергия складывается из кинетической энергии хаотического движения молекул, потенциальной энергии взаимодействия между ними и внутримолекулярной энергии.

Внутренняя энергия является однозначной функцией состояния системы. Это означает, что всякий раз, когда система оказывается в данном состоянии, её внутренняя энергия принимает присущее этому состоянию значение, независимо от предыстории системы. Следовательно, изменение внутренней энергии при переходе из одного состояния в другое будет всегда равно разности между ее значениями в конечном и начальном состояниях, независимо от пути, по которому совершался переход.

Внутреннюю энергию тела нельзя измерить напрямую. Можно определить только изменение внутренней энергии:

$\Delta U = \delta Q - \delta A \,$

Работа в термодинамике — обобщение понятия «работа в механике» (выраженного в дифференциальной форме). Обобщённые координаты в термодинамике — это внешние параметры термодинамической системы (объём, напряжённость внешние магнитное или электрические поля и т. п.), а обобщённые силы (давление и др.) — величины, зависящие не только от координат, но и от внутренних параметров системы (температуры или энтропии). Работа термодинамической системы над внешними телами заключается в изменении состояния этих тел и определяется количеством энергии, передаваемой системой внешним телам при изменении внешних параметров системы
Примерами работы при изменении одного из внешних параметров системы могут служить:

работа сил давления p при изменении объёма V системы ,

работа сил поверхностного натяжения при изменении поверхности системы , ( — коэфф. поверхностного натяжения, — элемент поверхности);

работа намагничивания системы (H — напряжённость в магн. поля, J — намагниченность) и т. д.
Коли́чество теплоты́ — энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче. Количество теплоты является одной из основных термодинамических величин.

Количество теплоты является функцией процесса, а не функцией состояния, то есть количество теплоты, полученное системой, зависит от способа, которым она была приведена в текущее состояние.

26.первый закон термодинамики. Применение первого закона термодинамики к изопроцессам. Адиабатный процесс.

1. Изохорический процесс (V = const)
. Работа в этом процессе, как следует из (4.16), равна нулю. Процесс сводится к теплообмену системы с окружающей средой. Первый закон термодинамики при этом условии принимает вид:

Q
= ΔU.

Как следует из (4.22), количество теплоты, полученное системой, если она представляет собой один моль идеального газа, равно

.

Поскольку C_V > 0 для всех веществ, то знаки Q и ΔТ совпадают. При Q > 0 (энергия подводится к системе) температура системы повышается, т.е. ΔТ > 0, при Q < 0 система охлаждается, т.е. ΔТ < 0.

Если в состав системы входит ν молей идеального газа, то равенство (4.26) представляется в виде:

,

где m – масса газа, μ – его молекулярная масса.

2. Изобарический процесс (Р = const)
. На основании определения теплоемкости (4.20) количество теплоты Q, подведенное к системе в изобарном процессе, для одного моля идеального газа равно:

.

Поскольку для любой системы C_P > 0, то при Q > 0 (система получает энергию извне) ΔТ > 0 и Т₂ > T₁, система нагревается. При Q < 0 (система отдает энергию окружающей среде) ΔТ < 0, Т₂ < T₁, система охлаждается. Уравнение (4.28) для ν молей идеального газа записывается в виде:

.

Найдем работу, которую совершает система в изобарическом процессе, переходя из состояния 1 в состояние 2. Начальное и конечное состояния системы описываются уравнениями

PV
₁ = RT₁, PV₂ = RT₂,

из которых следует

Обобщение равенства (4.30) для случая молей в системе приводит к результату:

3. Изотермический процесс
. При изотермическом процессе температура системы не изменяется (ΔТ = 0), а, следовательно, ее внутренняя энергия, являясь для идеального газа только функцией температуры, остается постоянной, то есть ее изменение ΔU = 0. Это значит, что сообщаемое системе количество теплоты идет на совершение работы.

Рис. 4.9

Найдем работу расширения моля идеального газа в изотермическом процессе. Изотерма в координатах Р – V представляется гиперболой . Как уже было рассмотрено ранее, работу расширения газа от начального объема V₁ до V₂ можно найти, используя равенство

Давление моля идеального газа, как следует из уравнения состояния, равно

и выражение для работы принимает вид:

.

Очевидно, что чем меньшие интервалы изменения объема ΔV_i выбираются для вычисления работы, тем точнее будет получено ее значение. Предельный переход в соотношении (4.32) приводит к выражению:

,

где V₁ и V₂ – объемы, занимаемые системой соответственно в начальном и конечном состояниях. Обобщая формулу (4.33) на случай системы, содержащей ν молей газа, получаем равенство:

.

Пользуясь уравнением изотермического процесса (PV = const), равенство (4.34) можно представить через другие параметры состояния системы:

,

)

где Р₁ и Р₂ – давление газа в начальном и конечном состояниях.

4. Адиабатический процесс.
Адиабатический процесс – процесс, идущий без теплообмена с окружающей средой. Это значит, что система должна быть теплоизолирована, либо процесс должен протекать так быстро, что за время процесса не происходит теплообмена системы с окружающей средой. Условие адиабатичности процесса означает, что Q = 0.

Уравнение первого закона термодинамики для адиабатического процесса принимает вид:

.

(4.36)

Из последнего соотношения следует, что А = – ΔU и для одного моля идеального газа равно

.

Из (4.37) очевидно, что если адиабатически изолированная система подвергается сжатию (внешние силы совершают над системой работу, поэтому работа отрицательна), то ΔU > 0. Это означает, что адиабатическое сжатие идеального газа приводит к повышению его температуры. Напротив, адиабатическое расширение идеального газа (работа совершается самой системой, поэтому она положительна) может происходить только за счет уменьшения его внутренней энергии (ΔU < 0), поэтому температура газа при его адиабатическом расширении должна понижаться.

Все рассмотренные выше процессы могут быть представлены одним уравнением – уравнением политропического процесса. Политропический процесс – это процесс, идущий с постоянной теплоемкостью. Уравнение политропического процесса имеет вид

,

где – показатель политропы.

Уравнения всех рассмотренных процессов, их графики, значения теплоемкости и показатели политропы, а также значения всех величин, входящих в выражение первого закона термодинамики, представлены в

Первое начало термодинамики
— один из трёх основных законов термодинамики, представляет собой закон сохранения энергии для термодинамических систем.

Существует несколько эквивалентных формулировок первого начала термодинамики

Количество теплоты, полученное системой, идёт на изменение её внутренней энергии и совершение работы против внешних сил

Изменение внутренней энергии системы при переходе её из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе и не зависит от способа, которым осуществляется этот переход

Изменение полной энергии системы в квазистатическом процессе равно количеству теплоты Q, сообщённому системе, в сумме с изменением энергии, связанной с количеством вещества N при химическом потенциале μ, и работы A', совершённой над системой внешними силами и полями, за вычетом работы A, совершённой самой системой против внешних сил

ΔU = Q − A + μΔN + A'.

Для элементарного количества теплоты δQ, элементарной работы δA и малого приращения dU внутренней энергии первый закон термодинамики имеет вид:

dU
= δQ − δA + μdN + δA'.

Разделение работы на две части, одна из которых описывает работу, совершённую над системой, а вторая — работу, совершённую самой системой, подчёркивает, что эти работы могут быть совершены силами разной природы вследствие разных источников сил.

Важно заметить, что dU и dN являются полными дифференциалами, а δA и δQ — нет.

27. необратимость тепловых процессов. Второй закон термодинамики. Принцип действия тепловых двигателей КПД теплового двигателя. Цикл карно

Термодинамический процесс, совершаемый системой, наз. обратимым, если он может быть проведен в прямом и обратном направлениях через те же состояния (но в обратной последовательности) так, что после осуществления прямого и обратного процесса в окружающей среде не возникаем никаких остаточных изменений.

Примеры:

-           колебания математического маятника без трения;

-           равновесный адиабатный процесс (бесконечно медленный);

-           равновесный изотермический процесс (бесконечно медленный).
Для осуществления превращения теплоты, переданной системе, в работу созданы специальные устройства – тепловые машины.
Цель действия тепловой машины – получение работы А, которую над внешними телами будет совершать рабочее тело. Для совершения рабочим тело работы ему передается некоторое количество теплоты от нагревателя. Возврат рабочего тела в исходное состояние (сжатие газа после его расширения) возможен при отведении от рабочего тела некоторого количества теплоты холодильнику.

Мерой эффективноти преобразования теплоты, подведенной к рабочему телу, в работу тепловой машины над внешними телами является КПД, который равен отношению работы, совершенной рабочим телом за один цикл, к количеству теплоты, полученному рабочим телом от нагревателя в этом цикле:

Цикл Карно:

1-2, 3-4 – изотермы, 2-3, 4-1 – адиабаты.

КПД цикла Карно будет максимальным среди КПД всех возможных циклов, которые рабочее тело может осуществить между нагревателем и холодильником с заданными температурами и .

Тепловая машина, работающая по циклу Карно, наз. идеальной тепловой машиной.

Второе начало термодинамики:

1)         невозможен процесс, единственным результатом которого является передача теплоты от холодного тела к горячему.

2)         Невозможен процесс, единственным результатом которого является совершение работы за счет охлаждения одного тела.

3)         - энтропия. Это такая функция состояния термодинамической системы, дифференциал которой связан с элементарным тепловым эффектом в обратимом процессе указанным соотношением.

процессы в природе всегда идут в таком направлении, чтобы для всех тел, участвующих в процессе, алгебраическая сумма изменений энтропии была неотрицательна.
2-й закон — второе начало термодинамики: Второй закон термодинамики исключает возможность создания вечного двигателя второго рода. Имеется несколько различных, но в то же время эквивалентных формулировок этого закона. 1 — Постулат Клаузиуса. Процесс, при котором не происходит других изменений, кроме передачи теплоты от горячего тела к холодному, является необратимым, то есть теплота не может перейти от холодного тела к горячему без каких-либо других изменений в системе. Это явление называют рассеиванием или диссипацией энергии. 2 — Постулат Кельвина. Процесс, при котором работа переходит в теплоту без каких-либо других изменений в системе, является необратимым, то есть невозможно превратить в работу всю теплоту, взятую от источника с однородной температурой, не проводя других изменений в системе.

28. электродинамика. Электрический заряд и его свойства. Закон сохранения электрического заряда. Электризация тел. Закон кулона.

Электродина́мика — раздел физики, изучающий электромагнитное поле в наиболее общем случае (то есть, рассматриваются переменные поля, зависящие от времени) и его взаимодействие с телами, имеющими электрический заряд (электромагнитное взаимодействие). Предмет электродинамики включает связь электрических и магнитных явлений, электромагнитное излучение (в разных условиях, как свободное, так и в разнообразных случаях взаимодействии с веществом), электрический ток (вообще говоря, переменный) и его взаимодействие с электромагнитным полем (электрический ток может быть рассмотрен при этом как совокупность движущихся заряженных частиц).

.

Электри́ческий заря́д — это связанное с телом свойство, позволяющее ему быть источником электрического поля и участвовать в электромагнитных взаимодействиях. Заряд является количественной характеристикой. Единица измерения заряда в СИ — кулон — электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника при силе тока 1А за время 1с. Впервые электрический заряд был введён в законе Кулона в 1785 году. Заряд в один кулон очень велик. Если бы два носителя заряда (q1 = q2 = 1Кл) расположили в вакууме на расстоянии 1 м, то они взаимодействовали бы с силой 9×10⁹ H.

Например, в термодинамике закон сохранения энергии выражается в виде первого начала термодинамики. Первое начало термодинамики
— один из трёх основных законов термодинамики, представляет собой закон сохранения энергии для термодинамических систем.

Существует несколько эквивалентных формулировок первого начала термодинамики

Количество теплоты, полученное системой, идёт на изменение её внутренней энергии и совершение работы против внешних сил

Изменение внутренней энергии системы при переходе её из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе и не зависит от способа, которым осуществляется этот переход

Изменение полной энергии системы в квазистатическом процессе равно количеству теплоты Q, сообщённому системе, в сумме с изменением энергии, связанной с количеством вещества N при химическом потенциале μ, и работы A', совершённой над системой внешними силами и полями, за вычетом работы A, совершённой самой системой против внешних сил

ΔU = Q − A + μΔN + A'.

Для элементарного количества теплоты δQ, элементарной работы δA и малого приращения dU внутренней энергии первый закон термодинамики имеет вид:

dU
= δQ − δA + μdN + δA'.

Разделение работы на две части, одна из которых описывает работу, совершённую над системой, а вторая — работу, совершённую самой системой, подчёркивает, что эти работы могут быть совершены силами разной природы вследствие разных источников сил.

Важно заметить, что dU и dN являются полными дифференциалами, а δA и δQ — нет

Статическое электричество — совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности или в объеме диэлектриков или на изолированных проводниках^[1].
Зако́н Куло́на — это закон о взаимодействии точечных электрических зарядов.

Был открыт Шарлем Кулоном в 1785 г. Проведя большое количество опытов с металлическими шариками, Шарль Кулон дал такую формулировку закона:

Сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме направлена вдоль прямой, соединяющей заряды, прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.^[1]

$\vec{F}_{12}=k\cdot\frac{q_1 \cdot q_2}{r_{12}^2} \frac{\vec{r}_{12}}{r_{12}}$

где $\vec{F}_{12}$ — сила, с которой заряд 1 действует на заряд 2; q₁,q₂ — величина зарядов; $\vec{r}_{12}$ — радиус-вектор (вектор, направленный от заряда 1 к заряду 2, и равный, по модулю, расстоянию между зарядами — r₁₂); k — коэффициент пропорциональности. Таким образом, закон указывает, что одноименные заряды отталкиваются (а разноименные — притягиваются).

29.электрическое поле. Напряженность электричекого поля. Принцип суперпозиций электрических полей. Линий напряженности эл. поля

Электрическое поле — одна из составляющих электромагнитного поля, особый вид материи, существующий вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом, а также в свободном виде при изменении магнитного поля (например, в электромагнитных волнах). Электрическое поле непосредственно невидимо, но может наблюдаться благодаря его силовому воздействию на заряженные тела. Электрическое поле материально.

Напряжённость электри́ческого по́ля — векторная физическая величина, характеризующая электрическое поле в данной точке и численно равная отношению силы $\vec F,$ действующей на пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда q:

$\vec E= \frac{\vec F}{q}$

Если поле образовано не одним зарядом, а несколькими, то силы, действующие на пробный заряд, складываются по правилу сложения векторов. Поэтому и напряженность системы зарядов в данной точке, поля равна векторной сумме напряженностей полей от каждого заряда в отдельности.

Согласно принципу суперпозиции электрических полей можно найти напряженность в любой точке А поля двух точечных зарядов и (рис. 13.1). Сложение векторов и производится по правилу параллелограмма. Направление результирующего вектора находится построением, а его абсолютная величина может быть подсчитана по формуле

Линии напряжённости электрического поля

Линией напряженности электрического поля называется линия, касательная к которой в каждой точке совпадает с вектором напряженности

Линии напряженности электростатического поля начинаются на положительных электрических зарядах и кончаются на отрицательных электрических зарядах или уходят в бесконечность.

Распределение линий напряженности вокруг точечного заряда показано на рис. 106 а, б.

Определяя направление вектора в различных точках пространства, можно представить картину распределения линий напряженности электрического поля.

Для двух одноименных зарядов эта картина имеет вид, показанный

30. проводники в электрическом поле. Электро статическая защита.

§12 Проводник в электрическом поле

Вещество или материальное тело, в котором имеются заряды, способные переносить электрический ток, называется проводником. В металлах переносчиками тока служат свободные (т.е. не привязанные к атомам) электроны, в электролитах — ионы, в плазме — и электроны, и ионы. Для электростатических явлений поле внутри проводника равно нулю:

E→in ≡ 0 .

Электростатическая защита — помещение приборов, чувствительных к электрическому полю, внутрь замкнутой проводящей оболочки для экранирования от внешнего электрического поля. Это явление связано с тем, что на поверхности проводника (заряженного или незаряженного), помещённого во внешнее электрическое поле, заряды перераспределяются так (явление электрической индукции), что создаваемое ими внутри проводника поле полностью компенсирует внешнее.	31. диэлектрики в эл. Поле. Диэлектрическая проницаемость. Диэлектрики в электрическом поле Диэлектрики – это тела, состоящие из нейтральных молекул. Молекулы бывают полярные (обладающие дипольным моментом) и неполярные (не обладающие дипольным моментом). Диэлектрик, состоящий из полярных молекул, во внешнем поле поляризуется, то есть приобретет дипольный момент за счёт преимущественной ориентации молекулярных диполей в направлении внешнего поля. Вот имеем кусок диэлектрика, внешнее поле отсутствует. Дипольные моменты молекул ориентированы хаотически, и в среднем дипольный момент любого элемента объёма равен нулю (рис.5.6). Однако, если мы поместим внешнее электрическое поле, появится преимущественная ориентация, все эти дипольные моменты сориентируются примерно так, как показано на рисунке 5.7. Они не смогут все построиться вдоль поля, потому что хаотическое тепловое движение разрушает структуру, но, по крайней мере, на фоне этого хаоса они будут все стремиться сориентироваться вдоль поля. Диэлектрик, состоящий из неполярных молекул, также поляризуется, потому что эти молекулы приобретают дипольный момент во внешнем поле. , однако, если мы внесём эту молекулу во внешнее электрическое поле, то внешнее поле растаскивает положительный и отрицательный заряды, и молекула приобретает дипольный момент. Относи́тельная диэлектри́ческая проница́емость среды ε — безразмерная физическая величина, характеризующая свойства изолирующей (диэлектрической) среды. Связана с эффектом поляризации диэлектриков под действием электрического поля (и с характеризующей этот эффект величиной диэлектрической восприимчивости среды).
32. работа эл. Поля при перемещение заряда. Потенциальная энергия заряженного тела в однородном электростатическом поле. Работа при перемещение электрического заряда в электрическом поле Вычислим работу при перемещении электрического заряда в однородном электрическом поле с напряженностью . Если перемещение заряда происходило по линии на пряженности поля на расстояние Ad = d₁-d₂ (рис. 110), то работа равна где d₁ и d₂ — расстояния от начальной и конечной точек до пластины В. В механике было показано, что при перемещении между двумя точками в гравитационном поле работа силы тяжести не зависит от траектории движения тела. Силы гравитационного и электростатического взаимодействия имеют одинаковую зависимость от расстояния, векторы сил направлены вдоль прямой, соединяющей взаимодействующие точечные тела. Отсюда следует, что и при перемещении заряда в электрическом поле из одной точки в другую работа сил электрического поля не зависит от траектории' его движения. При изменении направления перемещения на 180° работа сил электрического поля, как и работа силы тяжести, изменяет знак на противоположный. Если при перемещении заряда q из точки В в точку С силы электрического поля совершили работу А, то при перемещении заряда q по тому же самому пути из точки С в точку В они совершают работу — А. Но так как работа не зависит от траектории, то и при перемещении по траектории СКВ тоже совершается работа — А. Отсюда следует, что при перемещении заряда сначала из точки В в точку С, а затем из точки С в точку В, т. е. по замкнутой траектории, суммарная работа сил электростатического поля оказывается равной нулю (рие.111). Работа сил электростатического поля при движении электрического заряда по любой замкнутой траектории равна нулю. Поле, работа сил которого по любой замкнутой траектории равна нулю, называется потенциальным полем. Гравитационное и электростатическое поля являются потенциальными полями. ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ ЗАРЯЖЕННОГО ТЕЛА В ОДНОРОДНОМ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ Электростатическая энергия - потенциальная энергия системы заряженных тел (т.к. они взаимодействуют и способны совершить работу). Так как работа поля не зависит от формы траектории, то одновременно сравнивая формулы работы, получим потенциальную энергию заряда в однородном электростатическом поле Если поле совершает положительную работу ( вдоль силовых линий ), то потенциальная энергия заряженного тела уменьшается (но согласно закону сохранения энергии увеличивается кинетическая энергия ) и наоборот.	33. потенциал эл. Поля и разность потенциалов. Напряжения. Связь между напряжением и напряженностью однородного поля. Эквипотенциальные поверхности. . Связь напряжения с напряженностью поля. При перемещении положительного заряда q по линии напряженности однородного поля на расстояние d кулоновская сила совершает работу, равную . С другой стороны, работа электрического поля может быть найдена по известному напряжению U между начальной и конечной точками пути: A = qU Следовательно, напряжение U между двумя точками в однородном электрическом поле, расположенными по одной линии напряженности, равно произведению модуля вектора напряженности поля на расстояние d между этими точками: U = Ed. (40.10) Отсюда для напряженности однородного электрического поля получаем выражение . (40.11) Из соотношения (40.11) следует, что единицей напряженности электрического поля в СИ является вольт на метр (В/м): Напряжение. Отношение работы, совершаемой любым электрическим полем при перемещении положительного заряда из одной точки поля в другую, к значению заряда называется напряжением между этими точками: . (40.7) Отсюда работа сил электрического поля при перемещении заряда равна произведению напряжения U между точками на заряд q: A = qU. (40.8) В электростатическом поле напряжение между двумя любыми точками равно разности потенциалов этих точек: . Как будет показано далее, равенство (40.9) может не выполняться, если электрическое поле непотенциальное. В непотенциальных электрических полях работа сил поля при перемещении электрического заряда зависит от траектории движения заряда из одной точки в другую. Эквипотенциальные поверхности. Поверхность, во всех точках которой потенциал электрического поля имеет одинаковые значения, называется эквипотенциальной поверхностью. Между двумя любыми точками на эквипотенциальной поверхности разность потенциалов равна нулю, поэтому работа сил электрического поля при любом перемещении заряда по эквипотенциальной поверхности равна нулю. Это означает, что вектор силы в любой точке траектории движения заряда по эквипотенциальной поверхности перпендикулярен вектору скорости. Следовательно, линии напряженности электростатического поля перпендикулярны эквипотенциальной поверхности. Эквипотенциальными поверхностями поля точечного электрического заряда являются сферы, в центре которых расположен заряд (рис. 136). Эквипотенциальные поверхности однородного электрического поля представляют собой плоскости, перпендикулярные линиям напряженности (рис. 137). Разность потенциалов. Мерой изменения энергии при взаимодействиях тел является работа. Мы выяснили, что при перемещении электрического заряда q работа А сил электростатического поля равна изменению потенциальной энергии заряда, взятому с противоположным знаком, поэтому из выражений (40.1) и (40.3) получаем . (40.5) При перемещении электрического заряда в электростатическом поле работа сил поля равна произведению заряда на разность потенциалов начальной и конечной точек траектории движения заряда. Так как работа сил электростатического поля при перемещении заряда из одной точки пространства в другую не зависит от траектории движения заряда между этими точками, то разность потенциалов двух точек электрического поля является величиной, не зависящей от траектории движения заряда. Разность потенциалов, следовательно, может служить энергетической характеристикой электростатического поля. Если потенциал поля на бесконечно большом расстоянии от точечного электрического заряда в вакууме принимается равным нулю, то на расстоянии r от заряда он определяется по формуле Потенциал. В одной точке электростатического поля разные заряды могут обладать различной потенциальной энергией, но отношение потенциальной энергии W_p к заряду q для данной точки поля оказывается постоянной величиной. Эту величину принимают за энергетическую характеристику данной точки поля. Физическая величина, равная отношению потенциальной энергии электрического заряда в электрическом поле к заряду, называется потенциалом φ электрического поля: .(40.2) Отсюда потенциальная энергия W_p заряда в электростатическом поле равна произведению заряда q на потенциал φ электрического поля в данной точке: . (40.3) Значение потенциальной энергии электрического заряда в данной точке электрического поля определяется не только характеристиками электрического поля, но и знаком заряда, помещенного в данную точку поля, и выбором нулевого уровня отсчета потенциальной энергии. Потенциал — величина скалярная. Если в некоторой точке пространства двумя зарядами одновременно созданы электрические поля с потенциалами и , то потенциал двух электрических полей равен алгебраической сумме потенциалов и : . Аналогичным способом можно найти потенциал электрического поля, созданного любым числом электрических зарядов.	34. электрическая емкость. Конденсатор. Энергия эл. поля Электрическая ёмкость — характеристика проводника, мера его способности накапливать электрический заряд. В теории электрических цепей ёмкостью называют взаимную ёмкость между двумя проводниками; параметр ёмкостного элемента электрической схемы, представленного в виде двухполюсника. Такая ёмкость определяется как отношение величины электрического заряда к разности потенциалов между этими проводниками. В системе СИ ёмкость измеряется в фарадах. В системе СГС в сантиметрах. Для одиночного проводника ёмкость равна отношению заряда проводника к его потенциалу в предположении, что все другие проводники бесконечно удалены и что потенциал бесконечно удалённой точки принят равным нулю. В математической форме данное определение имеет вид $C = \frac{Q}{U},$ где Q — заряд, U — потенциал проводника. Ёмкость определяется геометрическими размерами и формой проводника и электрическими свойствами окружающей среды (её диэлектрической проницаемостью) и не зависит от материала проводника. К примеру, ёмкость проводящего шара радиуса R равна (в системе СИ): $C = 4 \pi \varepsilon_0 \varepsilon R.$ Понятие ёмкости также относится к системе проводников, в частности, к системе двух проводников, разделённых диэлектриком — конденсатору. В этом случае взаимная ёмкость этих проводников (обкладок конденсатора) будет равна отношению заряда, накопленного конденсатором, к разности потенциалов между обкладками. Для плоского конденсатора ёмкость равна: $C = \varepsilon_0 \varepsilon \frac S d,$ где S — площадь одной обкладки (подразумевается, что они равны), d — расстояние между обкладками, ε — относительная диэлектрическая проницаемость среды между обкладками, ε₀ = 8.854×10⁻¹² Ф/м — электрическая постоянная. Конденса́тор (от лат. condensare — «уплотнять», «сгущать») — двухполюсник с определённым значением ёмкости и малой омической проводимостью; устройство для накопления заряда и энергии электрического поля. Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Обычно состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок. *Энергия электростатического поля.* Энергия заряженного плоского конденсатора E_к равна работе A, которая была затрачена при его зарядке, или совершается при его разрядке. A = CU²/2 = Q²/2С = QU/2 = E_к. Поскольку напряжение на конденсаторе может быть рассчитано из соотношения: U = Ed, где E - напряженность поля между обкладками конденсатора, d - расстояние между пластинами конденсатора, то энергия заряженного конденсатора равна: E_к = CU²/2 = ee₀S/2dE²d² = ee₀SdE²/2 = ee₀VE²/2, где V - объем пространства между обкладками конденсатора.

35.Электрический ток. Сила тока. Условия необходимые для существования эл.тока

Электри́ческий ток — упорядоченное нескомпенсированное движение электрически заряженных частиц, например, под воздействием электрического поля. Такими частицами могут являться: в проводниках — электроны, в электролитах — ионы (катионы и анионы), в полупроводниках — электроны и дырки (электронно-дырочная проводимость).

Электрический ток широко используется в энергетике для передачи энергии на расстоянии.

В медицине электрический ток используют в реанимации, для лечения психических заболеваний, особенно депрессии, электростимуляции определённых областей головного мозга. Электрические разряды применяются для лечения таких заболеваний, как болезнь Паркинсона и эпилепсия, также для электрофореза. Водитель ритма, стимулирующий сердечную мышцу импульсным током, используют при брадикардии.

Сила тока (часто просто «ток») в проводнике — скалярная величина, численно равная заряду $\delta q\,\!$ , протекающему в единицу времени $\delta t\,\!$ через сечение проводника. Обозначается буквой $I\,\!$ (в некоторых курсах — $J\,\!$ . Не следует путать с векторной плотностью тока $\vec j$ ):

$I = \frac{\delta q}{\delta t}$

Основной формулой, используемой для решения задач, является Закон Ома:

для участка электрической цепи:

$I = \frac{U}{R}$ — сила тока равняется отношению напряжения к сопротивлению.

для полной электрической цепи:

$I = \frac{E}{R+r}$ — где E — ЭДС, R — внешнее сопротивление, r — внутреннее сопротивление.

Единица измерения в системе СИ — 1 Ампер (А) = 1 Кулон / секунду.

Для измерения силы тока используют специальный прибор — амперметр (для приборов, предназначенных для измерения малых токов, также используются названия миллиамперметр, микроамперметр, гальванометр). Его включают в разрыв цепи в том месте, где нужно измерить силу тока. Основные методы измерения силы тока: магнитоэлектрический, электромагнитный и косвенный (путём измерения вольтметром напряжения на известном сопротивлении).

В случае переменного тока различают мгновенную силу тока, амплитудную (пиковую) силу тока и эффективную силу тока (равную силе постоянного тока, который выделяет такую же мощность).
Электрическое поле в среде необходимо для создания направленного движения свободных зарядов. Как известно, на заряд q в электрическом поле напряженностью E действует сила F = q* E, которая и заставляет свободные заряды двигаться в направлении электрического поля. Признаком существования в проводнике электрического поля является наличие не равной нулю разности потенциалов между любыми двумя точками проводника.

Однако, электрические силы не могут длительное время поддерживать электрический ток. Направленное движение электрических зарядов через некоторое время приводит к выравниванию потенциалов на концах проводника и, следовательно, к исчезновению в нем электрического поля.

Для поддержания тока в электрической цепи на заряды кроме кулоновских сил должны действовать силы неэлектрической природы (сторонние силы).

Устройство, создающее сторонние силы, поддерживающее разность потенциалов в цепи и преобразующее различные виды энергии в электрическую энергию, называется источником тока.

36.закон Ома для участка цепей.Сопротивление.

Последовательное и паралельное соединение проводников.

ЗАКОН ОМА ДЛЯ УЧАСТКА ЦЕПИ

где U - напряжение на концах участка цепи, R - сопротивление участка цепи. (сам проводник тоже можно считать участком цепи).

Для каждого проводника существует своя определенная вольт-амперная характеристика.

СОПРОТИВЛЕНИЕ
- основная электрическая характеристика проводника.
- по закону Ома эта величина постоянна для данного проводника.

1 Ом - это сопротивление проводника с разностью потенциалов на его концах
в 1 В и силой тока в нем 1 А.

Сопротивление зависит только от свойств проводника:

где S - площадь поперечного сечения проводника, l - длина проводника,
ро - удельное сопротивление, характеризующее свойства вещества проводника.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПРОВОДНИКОВ

I - сила тока в цепи
U - напряжение на концах участка цепи
R - полное сопротивление участка цепи

ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПРОВОДНИКОВ

I - сила тока в неразветвленном участке цепи
U - напряжение на концах участка цепи
R - полное сопротивление участка цепи

37.работа и мощность постоянного тока.

Работа и мощность постоянного электрического тока

Работа А электрического тока на участке цепи с электрическим сопротивлением R за время D t равна:

A = I · U · ? t = I^{2 ·}R · ? t

Мощность P электрического тока равна отношению работы А тока ко времени D t, за которое эта работа совершена:

P = A / ? t = I · U = I²R = U² / R.

Работа А электрического тока равна количеству теплоты Q, выделяемому проводником (если не совершается механическая работа и не происходят химические реакции):

Q = I^{2 ·}R · ? t

Этот закон был экспериментально установлен английским ученым Джеймсом Джоулем (1818-1889) и русским ученым Эмилием Ленцем (1804-1865) и поэтому носит название закона Джоуля - Ленца.
38. электро движущая сила. Закон Ома для полной цепи.

Электродвижущая сила - характеристика источника энергии в электрической цепи. Электродвижущая сила измеряется отношением работы сторонних сил по перемещению заряда вдоль контура к величине этого заряда. ЭДС измеряется в вольтах.

Закон Ома для полной цепи связывает величину силы тока в ней, величину электродвижущей силы (ЭДС) и полное сопротивление цепи.

Выражается формулой: I = E / (R+r),
где I - сила тока
E - электродвижущая сила
R - внешнее сопротивление цепи (т.е. сопротивление той
части цепи, которая находится за пределами источника
ЭДС)
r - внутреннее сопротивление источника ЭДС

ЭДС - работа сторонних сил (т.е. сил неэлектрического происхождения) по перемещению заряда в цепи отнесенная к величине этого заряда.

Единицы измерения:
ЭДС - вольты
Ток - амперы
Сопротивления (R и r) - омы

Bukvasha