Потенциал Ларионов В.В. Сегодня: понедельник, 9 мая 2016 г.

Сегодня: понедельник, 9 мая 2016 г.
Потенциал
Ларионов В.В.
Единицей измерения энергии в физике есть
количество энергии, сообщаемой электрону при
перемещении в электрическом поле между точками
с разностью потенциалов 1 В.
K = U = eV = (1,601019 Кл)(1 В) =
= 1,601019 Дж.
Это
количество
электронвольтом:
энергии
1 эВ = 1,61019 Дж.
называется
Электронвольт имеет сокращенное обозначение
эВ.
Производными единицами являются МэВ, ГэВ и
ТэВ:
1 МэВ = 106 эВ = 1,601013 Дж,
1 ГэВ = 109 эВ = 1,601010 Дж,
1 ТэВ = 1012 эВ = 1,60107 Дж.
Связь между потенциалом и
напряженностью
Удобство величины φ в том, что потенциал  это
скалярная
энергетическая
характеристика
электростатического поля.
Потенциал равен отношению потенциальной
энергии взаимодействия заряда с полем к
величине этого заряда.
В то же время силовое действие поля на заряд
определяется напряженностью электростатического
поля E.
Напряженность электрического поля является векторной
величиной, и обращаться с ней значительно сложнее, чем
со скаляром.

Ex  
x

Ey  
y

Ez  
z

Е   grad
Схема векторов
Линии потенциала
Силовые линии
Е
+
gradφ
Деление вещества на проводники,
диэлектрики, полупроводники
Проводники: материальные тела (металлы,
электролиты, плазма), в которых при наличии
электрического поля возникает движение зарядов,
т. е. электрический ток. Нет запрещенной зоны.
Диэлектрики: обладают высоким
сопротивлением, не проводят ток. Запрещенная
зона в диэлектриках весьма велика.
Стекло (диэлектрик) при нагревании становится
проводником.
Запрещенная
зона
не
так
Полупроводники:
велика как в диэлектриках
3
Энергетические зоны в твердом
теле
Зона проводимости
ΔЕ
Запрещенная зона
Валентная зона
ΔЕ – ширина запрещенной зоны (нет энергетических уровней)
- это дополнительные уровни в полупроводниках, вызванные
наличием примесей в кристалле полупроводника, например
фосфора в кремнии
- кружочками условно обозначены
электроны
ОМ (Ohm) Георг Симон (17871854), немецкий физик.
Установил основной закон
электрической цепи (закон
Ома). Труды по акустике,
кристаллооптике
Автор одного из основных законов,
определяющих электрические токи в
проводниках, член Баварской АН (1845), членкорреспондент Берлинской АН, иностранный
почетный член Лондонского Королевского
общества (1842).
Основные представления о природе тока.
Сила и плотность тока.
Электрическим током I называется: …
Ток проводимости- движение электронов, ионов…
Конвекционный ток- движение зарядов вместе с потоком…
Носители тока в данной среде движутся
хаотически с < V>, в поле + направленное
движение с <U >.
<u+v>=<u>+<v>=<U>
Электроны движутся с < U >
(1)
Сила тока – это производная от заряда по времени
2
n0 – концентрация
~ 8*1028 1/м3
+
+
+
+
S1
j=ρu
(2)
+
I +
+
+
S2
ρ = n0 e
(3)
(4)
I - поток вектора плотности тока j через поверхность
S
3
1
φ1
Электродвижущая сила
φ1 > φ2 2
- положительный
φ2
Сторонние силы Fст.
+
+
+
ст
(ЭДС)
заряд
Fст. – силы
неэлектростатического
происхождения
Механические,
химические
(гальванические
элементы и
аккумуляторы) и т.д.
8
Закон Ома
Закон Ома для участка цепи.
l
R
S
, где ρ – удельное
сопротивление
- удельная электропроводность
Закон Ома для полной цепи
r - внутреннее сопротивление источника тока
11
Закон Ома в дифференциальной
форме
Проводник изотропный, направление векторов
j и Е совпадает
dS
Через цилиндр течет
j
ток dI=jdS
Напряжение,
Е
приложенное к
dl
цилиндру , U = Еdl
1/R
Тогда:
12
Закон Ома в дифф. форме.
γ - электропроводность
12
Закон Джоуля - Ленца
Q = U I t = I2 R t
, если ток меняется
В объеме цилиндра V за dt выделится тепло:
dQ = R
I2
dt =
l
S
j2S 2
dt= ρ j2 V dt,
Qуд = dQ / dVdt = ρ j2
j = γ E, ρ = 1/γ, тогда: Qуд = γ E2
14
Электропроводность металлов.
Mеталлы
Серебро
Медь
Золото
Алюминий
Железо
ρ ( Ом*м*106)
0,0158
0,0175
0,022
0,027
0,1
27
Зависимость сопротивления от температуры
R = R0 (1+αt),
где:
R0 – сопротивление при 0ºС и
α – температурный коэффициент сопротивления.
Для некоторых металлов α ≈
0,00367 К-1. Следовательно, в этих
случаях сопротивление примерно
пропорционально абсолютной
температуре:
Это значит, что при нагревании от 0 до 135ºС
сопротивление металла возрастет в 1,5 раза.
28