(диэлектрики с особыми поляризационными свойства-ми.)
Мы рассматривали поляриза-цию однородных , изотроп-ных диэлектриков.
_ _
Ю=жe0Е
ж=const
При Е=0 у большенства диэл. Ю =0. (поляризация исчезает)
Сущ. диэлектрики с нелинейной зависемостью.
_ _
Ю от Е.
_ _
Ю ¹жe0Е
2) Ю = f(E)
Это первый тип диэл. с особыми свойствами предста-вляет собой класс сигме-нтодиэлектриков.
У сигментодиэлектриков 2) представляет собой петлю гистерезиса.
Петля гистерезиса 1,2,3,4,5,6,1
Область 0,1 - область первич-
ной поляризации.
_ _
При уменьшении Е вектор Ю
убывоет по кривой 1,2,3.
_
При Е=0 в диэлектрике сох-
раняется остаточная поляри-
_
зация Ю 0.
_
Ю =0 в т. 3 т.е. при внеш. поле обратного направления.
Лекция.
Постоянный ток.
Проводимость металлов и газов.
Электрический ток - направленное движение зарядов.
Носители заряда - заряды создающие ток.
В электролитах - ионы
металлах - электроны
газах - ионы и электроны.
Проходимостью тока - назв. прохождение зарядов через вещество.
Типы проводимости - ионная , электронная , смешанная.
Независимо от вида проводимости для тока приняты следующие характеристики:
1) I - сила тока.
2) j - плотность тока.
Сила тока - физ. вел. численно равная заряду переносимому через поперечное сечение проводника за 1 с. (скалярная вел.)
[ I ]=A
(1) I=q/A
1А = сила тока при прохождении которого через поперечное сечение проводника в 1 с переносится заряд в 1 Кл.
А - четвертая основная единица в Си.
Направлением тока считают направление положительных зарядов.
Если сила тока постоянна и направление постоянно , то говорят о постоянном токе.
(1) - справедлива для постоянного тока.
Если сила тока меняется со временем то (1) запис. следующую 2) i=dq/dt.
На основании (2) можно получить кол- во заряда переносимого через поперечное сечение проводника за единицу времени dq=idt.
t
3) q=òi(t)dt
0
Плотность тока - векторная характеристика.
По определению постоянного тока плотность тока равна
_
4) ½j½=I/S^ S^- ^ току
Плотность тока - физ. вел. численно равная заряду переносимому за 1с через единичную площадку поперечного сечения расположенного ^ току.
Если ток меняется 5) j=di/dS^
формула 5) дает возможность находить силу тока.
6) di=jdS^=jndS
интегрируем лев. и прав. часть.
_ _
7) i=òjndS =òjdS
S S
Из 7) следует что сила меняющегося тоеа численно = потоку вектора плотности тока через площадь поперечного сечения.
Единицей плотности тока явл. А/м2.
Связь между плотностью тока и скор. направленного движения носителей тока.
В любом веществе проводящем ток носители тока учавствуют в непрерывном чаотич. движ.
uт=<u>cр uт- тепловая скор.
Направленное движ. это движение которое налагается на хаотич. тепл. движ. и вынуждает носителей двигаться в определенном направлении.
<u>cр- ср. знач. скор. направленного движ.
Плотность тока явл. функцией. j=f(n, qэл, <u>)
1) j= qэл´n<u>
Для док. рассмотрим проводник постоянного сечения цилиндрич. формы.
n - число носителей тока
qэл- известно
2) j=I/S=q/St
q - вел. заряда переносимого через попереч. сечение S за время t.
l=<u>
V=lS=<u>S
qv= qэлnV - через S^ за 1с.
q=qv´t
Подставим в 2)
i= qэлnV´St/St _ _
Отсюда следует j=qэлn<u>
Условия существования тока.
Источники тока.
Э.Д.С. источника тока.
Необходимые усл. сущ. тока.:
1) наличие носителей тока
2) наличие сил вынуждающих носителей тока двигаться
3) наличие разности потенциалов вдоль поверхности проводника.
Рассм. отрезок проводника.
Для длительного поддержания тока необходимо какимто образом положительные носители тока с конца 2 перенести на торец 1.
Движение носителей тока внутри образца происходит под действ. силы электрич. природы.
Движение зарядов прекратится очень быстро: положительные скапливаются на конце 2.
Перенос зарядов из 2 в 1 осуществить невозможно (это означало бы движения (+) против Е ).
Такой перенос можно осуществить только с помощью силы другой природы не электрич. происхождения.
Этот перенос реализует устройство называемое источником тока.
За счет действия источника тока внутри проводника появл. электрич. поле напряженностью Е.
Поскольку Е поверх. проводника , то поверх. проводника не явл. эквипотонц.
j2< j 1
j2 - j 1= Dj
Источ. тока независ. от принципа работы характеризует e - Э.Д.С. и r - внутр. сопротивл.
Э.Д.С. - называют работу совершаемую сторонними силами по перемещению единич. полож. зар. на замкнутом участке цепи.
1) e=A*/q
[e]=B
Втор. определение Э.Д.С.
2
A=q(j2 - j 1)=qòЕldl
1
2
2) A*=A1,2*= qòЕl*dl
1
E* - напряженность поля сторонних сил.
E*=F*/q
Подставим 2 в 1.
2
3) e=òЕl*dl
1
Для замкн. цепи в 3) нужно взять контурный интеграл.
4) e=ѓЕl*dl
L
Э.Д.С. - в замкнутой цепи = циркуляции вектора напряженности поля сторонних сил.
Зак. Ома в интегральной форме.
(обобщенный закон)
I=(j2 - j 1)/R=U/R
R=r´(l/S) для цилиндрич проводников.
r - удельное сопротивление.
U=j2 - j 1 совпадают только для однородного участка цепи.
На осн. зак. сохр. энерг. можно получить зак. Ома в
общей форме, из которого следуют частные случаи.
Обобщенный закон Ома -
закон для неоднородного участка цепи.
Неоднородный участок - участок содержащий источник тока.
I=((j2 - j 1)±e)/R1,2 - обобщенный закон.
R1,2=R+ r
Со знаком + e берется тогда кокда сила тока от + к - .
Со знаком - e тогда когда о - к +.
(j2 - j 1)±e =U
Рассм. частный случай.
1) случай e=0
I=(j2 - j 1)/R=U/R
2) случай: замкнутая цепь
j1=j2 j2 - j 1=0
3) I=e/(R+r)
Зак. Ома в дифференциальной форме.
Рассм. проводник переменного сечения.
Выделим внутри элементарный объем , длинна - dl , площадь поперечн. сечения dS.
dR=r´(dl/dS)
Выделим объем соответствующей однородному участку цепи.
dI=dU/dR
dI=dU/(r´(dl/dS))
dI/dS=(1/r)´(dU/dl)
j=(1/r)´E
1/r =g - удельная проводимость.
_ _
J=gE плотность тока в данн. точке проводника = произведению удел. Проводимости этого проводника на напряженность в этой же точке. C учетом сторонних сил для неоднородн. участка цепи зак. Ома будет:
_ _ _
j=g(E+E*)
Лекция.
Дополнительные оапределения Э.Д.С.
Для замкн. цепи зак. Ома будет
I=e/(R+r)
III) e=IR+Ir
IR - падение внеш. напряжения.
Ir - падение внутр. напряжения.
Электродвижущая сила источника тока = сумме падений напряжения на внеш. сопр. и на внутр. участке.
Из III можно прийти к заключению что если R>>r (источник тока разомкнут) R®¥.
IV) e=IR Э.Д.С.= напряжению на клемах разомкнутого тока.
Газовый разряд.
Ионизация. Рекомбинация газов.
Газы явл. диэлектрками , и в обычных условиях не проводят эл. ток.
Все газы сост. из нейтральных атомов и малекул.
Если каким либо образом создать носители тока в газах , то они станут проводниками.(ионизация).
: УФ , R - лучи , g - изл. , a , b частицы - внешние ионизаторы.
Ионизация - это превращение нейтральных атомов и малекул в ионы.
Электроны в атомах удерживаются силами куллоновск. притяжения.
Для удаления электрона необходимо сообщить энергию равную или превышающую энергию его связи с ядром (инергия ионизации Ei).
Ei =от 5 до 20 эВ
Электрон и ион могут перемещаться под действ. эл. поля.
Свободн. электроны сталкиваясь с нейтральными атомами может войти в его состав создавая отрицательный ион.
В результате ионизации возник. 3 вида носителей тока: +ион , -ион , электрон.
Возникают два направленных друг к другу встречных потока образующие эл. ток.
Одновременно с ионизацией в газе происходит рекомбинация газа заключающаяся в исчезновении носителей тока.
Под действием внешнего ионизатора мощностью Dn.
(показавает сколько электронов образуется в 1 м3 за 1с.)
1) В нач. момент времени И>Р.
2) Спустя некоторое время И=Р n+=n_ устанавливается равновесие концетрации носителей тока n.
3) После выключения. И<Р
спустя время t n=0.
При выполнении ситуации 2) прохождение эл. тока через газы назв. газовыми разрядами.
Число рекомбинирующих ионов в единицу времени в 1м3 оказывается пропорциональным концентрации полож. и отр. Ионов.
Dnr = rn2 r - коэфф. рекомбинации.
В ситуации 2 Dni =Dnr
Dni = rn2
1) n=Ö(Dni /r)
Различают два вида газовых разрядов.
1) несомостоятельный
2) самостоятельный.
Несамостоятельный разряд - такой разряд для поддержки которого необходим внеш. ионизатор.
Самостоятельный разряд - разряд без внешнего ионизатора.
Вольтамперная характеристика газового разряда.
Зак. Ома для газового рязряда.
Прохождение тока через газы удобно изучать с помощью схемы.
Для того чтобы существовал ток для газового ионизатора нужен внеш. ионизатор.
В области 1 с увеличением U прямо пропорционально растет сила тока.
В области 1 справедлив закон Ома для газов.
В обл. 2 наблюдается отклонение от прмолин. завис. и от зак. Ома.
Обл. 3 - обл. насыщения : все носители тока падают на электроны.
Обл. 1 - обл. слабых полей.
j=j++j_ j+qэлn+<u+>i
В равновесии qэл(+)=(-)=e в силу преимущества однократной ионизации.
n+=n_=n
j=en(<u+>+<u_>)
Опыт показывает что скор. напр. движ. зависит от вел. напряженности эл. поля и подвижности.
u+=b+E
u_=b_E
u+,u_ - подвижность носителей тока.