Шпаргалка по "Физике"

Для перемещения молекулы из глубины  жидкости в поверхностный слой надо затратить работу. Поэтому молекулы поверхностного слоя жидкости обладают большей потенциальной энергией, чем молекулы внутри жидкости. Эта энергия называется поверхностной энергией и пропорциональна площади слоя E=σ△S, σ – поверхностное натяжение.

Условием устойчивого равновесия жидкости является минимум поверхностной  энергии, т.е. жидкость стремится сократить  площадь свободной поверхности.

Рассмотрим поверхность жидкости. Под действием сил поверхностного натяжения поверхность жидкости сократилась, и рассматриваемый  контур переместился в положение, отмеченное штриховой линией. Силы, действующие  со стороны выделенного участка  на границе с ним, совершают работу △A=f△l△x=f△S

Эта работа совершается за счет уменьшения поверхностной энергии △А=△Е, σ= f

Поверхностное натяжение равно силе поверхностного натяжения, приходящегося на единицу длины контура, ограничивающего поверхность.

Смачивание. Капиллярные  явления.

К линии соприкосновения 3-х сред приложены 3 силы поверхностного натяжения, которые направлены по касательной  внутрь поверхности соприкосновения  поверхностей 3-х сред. Угол θ между  касательными жидкости и твёрдого тела называется краевым углом. Условием равновесия капли является равенство 0 суммы проекций сил поверхностного натяжения:  –σ₁₃+σ₁₂+σ₂₃cosθ=0

Если σ₁₃ > σ₁₂ , то θ – острый, жидкость смачивает твёрдую поверхность.

Если σ₁₃< σ₁₂ , то θ – тупой, жидкость не смачивает твёрдую поверхность.

При θ=0 имеет место полное смачивание, θ=π – полное несмачивание.

Если поверхность жидкости не плоская, а искривленная, то она оказывает  на жидкость избыточное давление △p=F/S=2σπr²/Rπr²=2σ/R

Если поверхность вогнутая, то △p=-2σ/R

Общая формула Лапласа в общем  виде учитывает двоякую △p=σ(1/R₁+1/R₂)

Для сферически искривленной поверхности  R₁=R₂=R: △p=σ

Для цилиндрически искривленной поверхности 2σ/R=ρgh: 2σcosθ/r= ρgh, h=2σcosθ/ρgr

 

26. Электрический  заряд. Электризация. Закон сохранения  электрического заряда.

Электрический заряд – физическая величина, определяющая интенсивность электромагнитного взаимодействия, т.е. между заряженными частицами и телами. Эл. Заряды делятся на положительные и отрицательные. Заряды одинакового знака называются одноименными, разных знаков – разноименными.

В обычных условиях макроскопические тела являются электрически нейтральными. Если электрическая нейтральность  тела нарушена, то оно называется наэлектризованным.

Электризация тел осуществляется различными способами: соприкосновение, трение, через влияние, под действием  света.

При электризации тел выполняется закон сохранения заряда: в замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов всех частиц остается неизменной q₁+q₂+…+q_n=const

В зависимости от концентрации свободных  зарядов тела делятся на проводники, диэлектрики, полупроводники. Проводники – тела, в которых электрический заряд может перемещаться по всему объему(все металлы – 1-ого рода; соли, растворы кислот – 2-ого рода).

Диэлектрики – тела, в которых практически отсутствуют свободные заряды.

Полупроводники – между проводниками и диэлектриками.

Единица электрического заряда Кулон  – [Кл], 1Кл=1А×1с

 

29. Потенциал   электрического поля.Работа электростатического поля. 

Сила, приложенная к заряду: F=E.Работа силы на элементарном  перемещении dL равна dA=F dL cos.    =                                                                             

Электростатическое поле точечного  заряда является потенциальным, а электростатические силы-консервативными. Работа консервативных сил завершается за 

 счет убыли потенциальной  энергии. =; U= ; 

Если поле создается сис-мой точечных зарядов, то потенциальная энергия: 

U= =                             

Из формул (3)и(4) вытекает, что  =. = Вольт (В)

Потенциал- это энергетическая характеристика электростатического поля есть физическая

величина, определяемая потенциальной энергией единичного положительного заряда,

помещенного в эту точку. =   ;                  1 В= 1 Дж/Кл;

== ;

=;

E= ;        = .

 

30. Типы диэлектриков. Поляризация  диэлектриков. Поляризованность. Напряженность поля в диэлектрике. 

Внесение диэлектриков во внешнее электрическое поле приводит к возникновению отличного от него

нуля результирующего электрического момента диэлектрика к поляризации  диэлектрика.

Поляризацией диэлектрика наз-ся процесс ориентации диполей или появления под действием внешнего электрического поля ориентированных по полю диполей.

Диэлектрики делятся на 3 группы и  изучают 3 вида поляризации: 1)электронная(деформационная) поляриз.

диэлект. с неполярными молекулами ( ), заключающ. в возникновении у атомов индуцированного дипольного момента за счет деформации электронных орбит.

2)ориентационная(дипольная) поляриз. диэлектриков с полярными молекулами ()вещ-ва молекулы кот. Имеют ассиметричное строение, заключающ. в ориентации имеющихся дипольных молекул

по полю.

3) ионная поляризация диэлектриков  с ионными кристаллическими  решетками  (NaCl, KCl, KBr) заключающиеся в смещении подрешетки положит. ионов вдоль поля, отрицательных- против поля.

При помещении диэлектрика во внешнее  электрическое поле , он поляризуется,а именно приобретает отличный от нуля дипольный момент . =

Для количественного описания поляризации  пользуются векторной величиной  поляризованностью, определяемой как дипольный момент единицы объема диэлектрика.

==   -(1) поляризованность

=              -(каппа)- диэлектрическая восприимчивость вещ-ва, характеризующая св-ва диэлектрика. >0.

Некомпенсированные заряды, появляющиеся в рез-те поляризации диэлектрика наз-ся связанными.

Поверхностная плотность  меньше плотности свободных зарядов плоскостей, поэтому не все поле E

компенсируется полем зарядов  диэлектрика.Следовательно, поляризация диэлектрика- уменьшение в нем поля по сравнению с первоначальным внешним полем.

Вне поля: E=   Внутри поля: E= – E’. Появление связанных зарядов приводит к возникновению дополнительного E’ , которое направлено против внешнего поля.

E’=               =>        E=

По ф-ле (1) полный дипольный момент пластинки диэлектрика = P*V= PSd

Т.к. полный дипольный момент P= , где Q’=

Тогда Pv = Sd    =>    PSd= Sd

                        =P    (4)

Подставив в (3) выраж. (4) и (2) получаем

E=-  => E= =     (5)

Восприимчивость среды: .

 

31. Электрическое  смещение. Теорема Гаусса для  электростатического поля в диэлектрике

 Вектор электрического смещения  для электрически изотропной  среды равен

    [Кл/]

 Используя (3) и (2) вектор электрического  смещения (2)

Вектор D характеризует электростатическое поле, создаваемое свободными зарядами, т.е. в вакууме, но при таком их распределении в пространстве, какое имеется в наличии у диэлектрика.

Как и E, поле D изображается с помощью линий электрического смещения. Линии вектора E могут начинаться и заканчиваться на любых зарядах, общих и связанных, в то время, как линии вектора D только на свободных зарядах.

Для произвольной замкнутой поверхности  S поток D сквозь эту поверхность определяется:

Теорема Гаусса для электростатического  поля в диэлектрике , т. е. поток вектора смещения электростатического поля в диэлектрике вдоль произвольной замкнутой поверхности равен алгебраической сумме свободных электрических зарядов, заключенных внутри этой поверхности.

Для вакуума Dn = ε0En (ε=1) и поток вектора напряженности Е сквозь произвольно выбранную замкнутую поверхность равен

 

 Теорему Гаусса для поля Е в самом общем виде можно записать как

,где ∑Qi и ∑Qsv— соответственно алгебраические суммы свободных и связанных зарядов, которые охватываются замкнутой поверхностью S. Но эта формула неприменима для описания поля Е в диэлектрике, поскольку она выражает свойства неизвестного поля Е через связанные заряды, которые, в свою очередь, определяются им же. Это еще раз показывает целесообразность введения вектора электрического смещения