Постулаты Бора Квантовый гармонический осциллятор Щелочные металлы Характеристические рентгеновские спектры Фотонный газ Электронный газ и его некоторые свойства Электроны в кристаллах Примесная проводимость полупроводников

Квантовая физика Кинематика Ядерная физика

Закон Ома для замкнутой цепи.

 Электростатические силы совершают работу по переносу заряда из точки с большим потенциалом в точку с меньшим потенциалом до тех пор, пока потенциалы на концах проводника не станут равны и ток не прекратится. Чтобы ток не прекращался в проводнике должны действовать силы, задача которых вернуть заряд в точку с большим потенциалом. Такие силы имеют не электростатическую природу и называются сторонними. Тогда по перенесению заряда совершается работа не только электростатическими, но и сторонними силами

 Работа сторонних сил по перемещению заряда называется ЭДС (электродвижущая сила)  (6).

Закон Ома для неоднородного участка цепи (участка, содержащего ЭДС) имеет вид, (8)

IR – падение напряжения на участке, ε – ЭДС.

Применив закона Ома для неоднородного участка цепи к различным разветвленным цепям, получим удобные для расчетов правила Кирхгофа.

Если цепь замкнута, потенциалы равны φ1 = φ2, тогда падение напряжения определяется только работой сторонних сил. В источнике напряжения выделяется тепло и чтобы его учесть, ему приписывают внутреннее сопротивление r. Тогда закон Ома для замкнутой цепи имеет вид

 (9)

Магнитостатика.

 Существуют экспериментальные предпосылки, обуславливающие необходимость введения понятия магнитно поля:

в природе существуют некие силы, вызывающие поворот магнитной стрелки (рис.6);

вблизи проводника с током наблюдается поворот магнитной стрелки (рис.7);

проводники с током взаимодействуют с силами, зависящими от величины и направления тока в них (рис. 8).

Для объяснения вышеизложенных фактов было введено понятие магнитного поля – особого вида материи, по средствам которого взаимодействуют токи.

 Традиционно, для определения любого поля вводится векторная характеристика – напряженность, определяющая силу взаимодействия поля с единичным объектом (единичной массой в случаи гравитационного поля, единичным зарядом в случаи электрического поля). В случаи магнитного поля исторически первым было введено понятие индукции – силы, действующей на проводник с током длиной 1 м с током силы 1 А, расположенный перпендикулярно силовым линиям поля.

Пример 1.4. На барабан радиусом 0,5 м намотан шнур, к концу которого привязан груз массой 12 кг. Найти момент инерции барабана, если груз опускается с ускорением 1,81 м/с2. Барабан считать однородным цилиндром. Трением пренебречь.

Дано: R=0,5м,

m=12 кг,

a=1,81 м/с2.


Найти: J.

Решение

Рис. 2

Запишем основной закон динамики вращательного движения:

. (1.4.1)

Здесь J – момент инерции цилиндра относительно оси вращения, проходящей через центр масс, ε – угловое ускорение (ускорение вращательного движения), M – момент силы, заставляющей барабан вращаться. Такой силой является сила натяжения шнура Т.

Модуль момента силы равен:

.  (1.4.2)

Из рис. 2 видно, что α=900, поэтому:

. (1.4.3)

Угловое ускорение ε связано с линейным ускорением a соотношением:

,  (1.4.4)

где R – радиус барабана.

С учетом (1.4.3) и (1.4.4) перепишем (1.4.1) в скалярном виде (вектор М и вектор ε направлены в одну сторону):

.  (1.4.5)

Выразим из (1.4.5) J:

.  (1.4.6)

Силу натяжения шнура Т найдем из второго закона Ньютона, записанного для поступательно движущегося груза (рис. 2):

. (1.4.7)

Сила натяжения шнура, вращающая барабан и сила, действующая на груз, равны по модулю и направлены в противоположные стороны. Проекция уравнения (1.4.7) на ось OY имеет вид:

.  (1.4.8)

Выразим из (1.4.8) Т и подставим полученное выражение в (1.4.6):

.  (1.4.9)

Проверим размерность:

.

Подставим в (1.4.9) числовые данные:

.

Ответ: момент инерции барабана J=12 м2кг.


Поляризация диэлектриков