Зачет по электродинамике

ЭЛЕКТРОДИНАМИКА. ЗАЧЁТ

НА «3»

1.  Электрический ток — упорядоченное движение заряженных частиц.
Достаточные условия существования электрического тока: наличие свободных заряженных частиц, наличие электрического поля, действующего на заряженные частицы с силой F=qE, создающего и поддерживающего их упорядоченное движение.
Действия тока: магнитное, тепловое, световое, химическое, механическое.
Направление тока совпадает с направлением движения положительно заряженных частиц.

2.  Сила тока численно равна заряду, протекающему через данное поперечное сечение проводника в единицу времени.
I=q/t
Единица измерения: [I]=A=Кл/с
Плотность тока: j=I/S=q0*n*v, где n-концентрация частиц; v-скорость частиц.

Единица измерения: [j]=A/m^2

3.  Скорость распространения тока =~ скорости света
Скорость носителей заряда =~ 10^4 м/с

4.  Для упорядоченного перемещения зарядов внутри проводника необходима сила, действующая на заряды в определенном направлении, создающаяся электрическим полем. Чтобы в проводнике протекал постоянный ток внутри должно существовать стационарное электрическое поле, иначе, между концами проводника нужно поддерживать постоянную разность потенциалов. Стационарное электрическое поле создается зарядами проводников в электрической цепи. Электрическое поле, заставляющее заряды в проводнике двигаться, тоже потенциально => понятия потенциал и разность потенциалов тоже работают. Напряжение — разность потенциалов.

5.  Электрический ток в металлах — упорядоченное движение свободых электронов. Все металлы-проводники. Скорость движения зарядов: 10^4 м/с

6.  Зависимость силы тока в пр-ке от температуры ( R = R0*(1+a*dt), где a — температурный коэффициент сопротивления — относительное изменение сопротивления при нагревании проводника на один градус). Сверхпроводимость: при температурах, близких к абсолютному нулю, в некоторых материалах возникает сверхпроводимость, характеризуемая двумя явлениями: нулевое сопротивление и вытеснение магнитного поля.

7.  Закон Ома для участка цепи (без ЭДС): I = U/R
Сопротивление — физическая величина, характеризующая свойства проводника препятствовать прохождению электрического тока и равная отношению напряжения на концах проводника к силе тока, протекающего по нему.
Удельное сопротивление вещества характеризует его способность препятствовать прохождению электрического тока.
p=R*S/l=E/j
Реостат — электрический аппарат, служащий для регулировки и получения требуемой величины сопротивления.

8.  Амперметр — прибор для измерения силы тока в амперах.
Сопротивление идеального амперметра равно нулю.
Амперметр требуется включать последовательно с прибором, сила тока на котором измеряется.

9.  Вольтметр — прибор для измерения напряжения или ЭДС в вольтах.
Сопротивление идеального вольтметра стремится к бесконечности.
Вольтметр требуется включать параллельно с прибором, напряжение на котором измеряется.

10.  Работа электрического тока показывает, какая работа была совершена электрическим полем при перемещении зарядов по проводнику.
А=UIt
Мощность тока показывает работу тока, совершенную за единицу времени и равна отношению совершенной работы к времени, в течение которого эта работа была совершена.
P=UI
Закон Джоуля-Ленца — физический закон, дающий количественную оценку теплового действия электрического тока.
Q=I^2*R*t
Носители заряда ударяют по узлам кристаллической решетки проводника, вызывая этим его нагрев, т. е. выделение тепла. Чем ток больше, тем больше тепла при прочих равных условиях.

11.  c

12. 

13.  Закон Ома (дифференциальная форма): j ~ E; 1/p = j/E Закон Ома (интегральная форма): U = IR

14.  ЭДС (электродвижущая сила) — скалярная величина, характеризующая работу сил, то есть любых сил неэлектрического происхождения, действующих в квазистатических цепях постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль всего контура.
E = A(ист.)/q

Закон Ома для полной цепи: E = IR+Ir

Для измерения ЭДС вольтметром требуется подключить его параллельно с источником тока. U=ER/(R+r)

Элемент Вольты (Вольтов столб): В 1799 г. Вольта изготовил первую электрическую батарею. Элемент Вольта состоял из серебряных (позже медных) и цинковых пластинок, нанизанных на непроводящий стержень; между пластинками были прокладки, смоченные слабой серной кислотой. Первую и последнюю пластинку соединяли проводам. После этого цинковая пластинка начала растворяться, а на медной стали выделяться пузырьки газа. Вольта предположил и показал, что по проволоке протекает электрический ток. При этом каждая пара пластинок давала 1,1 В.

Правило Вольты: нельзя получить гальванический элемент, если составить замкнутую цепь из одних только проводников первого рода (уголь и металлы), которые не претерпевают никаких химических изменений при прохождении тока.

15.  Короткое замыкание — электрическое соединение двух точек электрической цепи с различными значениями потенциала, не предусмотренное конструкцией устройства и нарушающее его нормальную работу. При возникновении короткого замыкания напряжение на источнике тока замыкается «накоротко» через небольшое сопротивление проводов. Как следствие, в замкнутой цепи возникает очень большой ток. Он называется током короткого замыкания.

Плавкий предохранитель — компонент силовой электроники одноразового действия, выполняющий защитную функцию. Плавкий предохранитель является самым слабым участком защищаемой электрической цепи, срабатывающим в аварийном режиме, тем самым разрывая цепь и предотвращая последующее разрушение более ценных элементов электрической цепи высокой температурой, вызванной чрезмерными значениями силы тока.
Все плавкие вставки, вне зависимости от конструктивных особенностей, включают в себя два основных элемента:
плавкий элемент — токопроводящий элемент из металла, сплава нескольких металлов или специально подобранных слоёв нескольких металлов;
корпус — механизм или систему крепления плавкого элемента к контактам, обеспечивающим включение плавкого предохранителя в целом, как устройства, в электрическую цепь.
Корпуса плавких предохранителей обычно изготавливаются из высокопрочных сортов специальной керамики (фарфор, стеатит или корундо-муллитовая керамика). Для корпусов предохранителей с малыми номинальными токами используются специальные стекла. Корпус плавкой вставки обычно выполняет роль базовой детали, на которой укреплен плавкий элемент с контактами плавкой вставки, указатель срабатывания, свободные контакты, устройства для оперирования плавкой вставкой и табличка с номинальными данными. Одновременно корпус выполняет функции камеры гашения электрической дуги.

16.  Электроли́т — вещество, которое проводит электрический ток вследствие диссоциации на ионы, что происходит в растворах и расплавах, или движения ионов в кристаллических решётках твёрдых электролитов. Примерами электролитов могут служить водные растворы кислот, солей и оснований и некоторые кристаллы, (например, иодид серебра, диоксид циркония). Электролиты — проводники второго рода, вещества, электропроводность которых обусловлена подвижностью ионов.

Электролитическая диссоциация — процесс распада электролита на ионы при его растворении или плавлении.

Катион — положительно заряженный ион.
Анион — отрицательно заряженный ион.

17.  1-ый закон Фарадея: масса вещества, выделившегося на катоде при токе в 1А за 1 с : m=k*I*dt

Электрический эквивалент k=(1/F)*(M/n), где M — молярная масса, n — валентность, F=e*Na=96500 Кл/моль — постоянная Фарадея

Гальванотехника — раздел прикладной электрохимии, описывающий физические и электрохимические процессы, происходящие при осаждении катионов металлов на каком-либо виде катода.
Так же под гальванотехникой понимается набор технологических приёмов, режимных параметров и оборудования, применяемого при электрохимическом осаждении каких-либо металлов на заданной подложке.
Гальванотехника подразделяется на гальваностегию и гальванопластику. Гальванопластика — процесс осаждения металла на форме, позволяющий создавать идеальные копии исходного предмета.
Гальванопластика(2) — получение сравнительно толстого слоя металлических осадков на поверхности какого-либо предмета.
Гальваностегия — электролитическое осаждение тонкого слоя металла на поверхности какого-либо металлического предмета, детали.
Гальваностегия(2) — покрытие металлических изделий неокисляющ. металл.; никелирование, хромирование

Гальванопластика(3) — воспроизведение форм

18.  Тип проводимости электрического тока в газах — электронно-ионный
Возникновение свободных электронов — распад атомов.

19.  Газовый разряд — протекание тока через ионизированный газ.
Самостоятельный — без ионизатора.
Несамостоятельный — с участием ионизатора.
Ионизация электронным ударом становится возможной тогда, когда электрон при свободном пробеге приобретет кинетическую энергию, превышающую энергию связи W электрона с атомом.

(Много бла-бла-бла про лавинную ионизацию)
Наконец, при высоком напряжении, определенном для вся­кого газа, наступает пробой междуэлектродного пространства (ис­кра или тлеющий разряд); разряд и ток обращается в самостоятель­ный, его процесс не зависит от внешних ионизаторов; движущиеся в газе электроны и ионы сами, за счет своей кинетической энергии, способны поддерживать дальнейшее образование новых ионов и электронов, которые, в свою очередь, продолжают процесс иониза­ции, придавая ему характер лавины. Теория этих явлений впервые была дана англий­ским ученым Таунсендом (1901); он утверждает, что ионизация газов заключается в таком распадении нейтраль­ной молекулы на части, при котором выделяется электрон и положительно заряженный остаток (положительный ион), несущий заряд, равный заря­ду электрона. Он же ввел представление о лавинном процессе ионизации. Коэффициент объемной ионизации а опреде­ляется числом новых свободных электронов, создаваемых путем ионизации частиц газа соударениями с ними свободного электрона при его продвижении под действием поля на 1 см в направлении от катода к аноду. Увеличение числа п электронов в лавине, состояв­шей при выходе из катода из п0 электронов, выражается формулой:

п = п0еах, (61-2)

где х — расстояние от катода. Другой коэффициент лавинной тео­рии у определяется числом электронов, выходящих из катода, при­ходящихся на один положительный ион, попадающий на катод. При ионизации газа внешним ионизатором происходит «тихий разряд».

20.  Искровой, коронный, дуговой, тлеющий
Искрово́й разря́д (искра электрическая) — нестационарная форма электрического разряда, происходящая в газах. Такой разряд возникает обычно при давлениях порядка атмосферного и сопровождается характерным звуковым эффектом — «треском» искры. Температура в главном канале искрового разряда может достигать 10 000 К. В природе искровые разряды часто возникают в виде молний. Расстояние, «пробиваемое» искрой в воздухе, зависит от напряжения и считается равным 10 кВ на 1 сантиметр.

Коро́нный разря́д — это характерная форма самостоятельного газового разряда, возникающего в резко неоднородных полях. Главной особенностью этого разряда является то, что ионизационные процессы происходят не по всей длине промежутка, а только в небольшой его части вблизи электрода с малым радиусом кривизны (так называемого коронирующего электрода). Эта зона характеризуется значительно более высокими значениями напряженности поля по сравнению со средними значениями для всего промежутка.
Возникает при сравнительно высоких давлениях (порядка атмосферного) в сильно неоднородном электрическом поле. Подобные поля формируются у электродов с очень большой кривизной поверхности (острия, тонкие провода). Когда напряжённость поля достигает предельного значения для воздуха (около 30 кВ/см), вокруг электрода возникает свечение, имеющее вид оболочки или короны (отсюда название).

21. 

22. 

23.  См. предыдущее

24. 

НА «4»

1.  Шунтирование амперметра: увеличение диапазона значений амперметра
Для шунтирования амперметра необходимо параллельно ему подключить резистор, сопротивлением r=R(a)/(n-1), где n — количество раз, в которое требуется увеличить диапазон значений амперметра.

Добавление сопротивления к вольтметру применяется для увеличения диапазона значений вольтметра. Резистор, сопротивлением r=R(v)*(n-1) (где n — количество раз, в которое требуется увеличить диапазон значений вольтметра) в таком случае требуется подсоединять последовательно с вольтметром.

2. 

3.  См. 14 в вопросах на "3"

Сила тока в цепи прямо пропорциональна ЭДС источника тока и обратно пропорциональна полному сопротивлению электрической цепи.

В смысле? Падение напряжения? Тогда <сумма>Ei=<сумме>Ij*Rj (по замкнутому контуру)

4.  1-ый закон Кирхгофа: <сумма>Ii=0 (в узле)

Правило*: при последовательном подключении источников тока, каждый положительный полюс которых соединён с отрицательным полюсом "соседнего" источника тока и наоборот, <сумма>Ei=E(eff)

2-ой закон Кирхгофа: <сумма>Ei=<сумме>Ij*Rj (по замкнутому контуру)

Расчёт мостовой схемы: схемка на 5 резисторов, второй закон Кирхгофа на 4 замкнутых контура и первый закон Кирхгофа для узлов.

5.  Схемы с 4 (5) резисторами (обычно).

6.  Последовательное соединение источников ЭДС:
1) См. 4 на "4"
2)

Параллельное соединение источников ЭДС:

7.