Для участка цепи, изображенного на рис.1 очевидно, что при перемещении заряда между точками 1-3 работа совершается не только кулоновскими силами, но и сторонними силами, поэтому полная работа равна: Апол= Акул+Астор. Разделим обе части равенства на величину перемещаемого положительного заряда q, получим: По определению разность потенциалов равна отношению работы, которую совершают кулоновские силы при перемещении заряда, к величине этого заряда: 12=12= Электродвижущей силой ЭДС () на данном участке называется физическая величина, равная отношению работы, совершаемой сторонними силами при перемещении положительного заряда q, к величине этого заряда: . Напряжением на участке цепи 1-3 называют физическую величину, равную отношению суммарной работы, совершаемой при перемещении положительного заряда q, к величине этого заряда: U13= . Таким образом, U13= 13+. Описание установки, измерения и обработка результатов измерений Описание установки. Вид передней панели показан на рис.2. На ней расположены: вольтметр, амперметр, сопротивления R1, R2 (R2 R1), реостат RР, источник тока с ЭДС Е и кнопка К. Величины внутренних сопротивлений амперметра и вольтметра указаны на передней панели. Работу выполняют в следующем порядке: Задание 1. Измерение электрических сопротивлений методом вольтметра-амперметра. Введем расчетные формулы для неизвестного сопротивления Rх в каждом из указанных способов. Для схемы 1 на рис. 3 можно записать: IRх+IRA=UV, откуда(2) В схеме 2 на рис.4 для постоянных токов справедливы следующие три уравнения с тремя неизвестными: Rx; Ix; Iv: IVRV=UV, IxRx=UV , IX+IV=I, ( 3 ) из решения которых, получим: ( 4 ) При выполнении задания 1 используйте обе схемы, приведенные на рис.3 и рис.4 Сначала с помощью проводов собирают на лабораторном стенде схему на рис.3. Найдите сопротивление каждого из двух предложенных резисторов R1, R2 методом вольтметра-амперметра двумя способами. Измерения R на каждой из схем проведите не менее 3 раз для разных значений силы тока. Силу тока в цепи изменяйте реостатом. Результаты измерений токов и напряжений и вычислений текущих и средних значений R1, R2 для каждой схемы запишите в соответствующие таблицы для схем1 и 2 (рис.3 и рис.4). Для удобства различения величин R1 и R2 в таблицах для схемы 1 и схемы 2 их целесообразно обозначить так: R1-1 , R1-2 и R2-1 , R2-2 (первый индекс- сопротивление, второй –схема). !!!Таблицы составить самостоятельно ДОМА при подготовке к лабораторной работе ДО её выполнения. Должно бытьдве таблицыдля схемы 1; одна со столбцами:IA,UV,R1-1и, другая – со столбцамиIA,UV,R2-1и. Ещё 2 аналогичные таблицы должны быть для схемы 2. Отдельно должны быть выписаны данные поRAиRV. Оценка погрешности определения Rс помощью схем 1 и 2: Схема 1 и схема 2 отличаются различной систематической относительной погрешностью определения величины сопротивленияR. Для схемы 11= (RAR)100% . Для схемы 22= (RRV)100%. Найдите величины1 и2 для сопротивленийR1иR2. Заключение о точности измеренияR1иR2сделать письменно. Задание 2. Определение ЭДС источника тока и его внутреннего сопротивленияr. Используя данные приборы и резисторы, сопротивление которых вы нашли, найдите ЭДС источника тока и его внутреннeе сопротивление r . Для этого соберите схему, приведенную на рис. 5. В качестве R возьмите сначала один резистор R1, затем другой резистор R2. Последовательно с реостатом Rp включите резистор R1 и измерьте ток I1 , а затем включите резистор R2и измерьте ток I2. Запишите полученные данные. ВНИМАНИЕ. В обоих случаях сопротивление реостата (Rp=1 кОм) должно быть максимальным (для этого поверните его ручку до упора против часовой стрелки и не вращайте её больше). Для определения двух неизвестных иr необходимо составить два уравнения (=IR+Ir) для значений R1 , I1 и R2 , I2. Численные значения R1 и R2 взять как полученные средние арифметические значения в задании 1. studfiles.net Для участка цепи: равна работе сторонних сил над единичным зарядом, работе полож-ым. Сил при прохождении единичного полож-го заряда ч/з источник тока.= работе при прохождении единичного положительного заряда ч/з участки цепи, не содержащие ЭДС. Напряжение = работе сил, совершаемой при перемещении положительного единичного заряда на участке цепи. При записи закона Ома для неоднородного участка цепи направление перемещения заряда выбирается произвольно, если направление тока совпадает с выбранным, то ток берётся со знаком “+”, иначе ”-”. Если направления ЭДС и тока совпадают, то ЭДС берётся со знаком “+”, иначе ”-”.. Для двух неподвижных точечных зарядов. Рассмотрим энергию каждого заряда в поле другого. ,,,,. Добавляя к системе из двух зарядов другие получим:. Имеется уединённый проводник. Дано:Q-заряд, C-ёмкость, -потенциал. Увеличим заряд наdQ. Для этого необходимо перенести его из бесконечности. Работа при этом . Энергия заряжённого проводника = той работе, кот. необходимо совершить, чтобы зарядить проводник.. Иначе поверхность проводника эквивалентная. Конденсатор тоже заряжённый проводник:, гдеQ – заряд конденсатора, С – ёмкость конденсатора. Энергия электростатического поля. Преобразуем ф-лу для энергии конденсатора. ,,. Для контура с индуктивностью L. При иначе м, то ток берётся со знаком ЭЭо участка цепи направление перемещения заряда выбирается произвольно, если направление токизменении тока на dI ток изменится на dФ=LdI, dA=IdФ=LIdI, ,или,, где,V- объём соленоида. Билет №27 Если в эл.ст. поле перемещать заряд из т.1 в т.2 по произвольной ираектории совершаемая работа:,, то,. Т.О. эл. ст. поле имеет потенциальный хар-р.- циркуляция вектора напряжённости. Если орбита электрона ориен-на относительно произвольным образом, составляя с ним угол, то она приходит в движение вокруг, при которомпри=const вращается вокруг с некоторой угловой скоростью. Такое движение называется процессией. Это движение эквивалентно круговому току. Этот микроток индуцирован внешним => по правилу Ленца появится составляющая магнитного поля направленная противоположно внешнему полю. Эффект ослабления внешнего магнитного поля называется диамагнитным эффектом, он лежит в основе диамагнетизма. Bi, Ag, Au, Cu, большинство органических соединений, смолы, углерод и т.д. Билет №28 studfiles.net Физика. Греческий алфавит Тема 6: Элементы биомеханика и биосопромата. Механические свойства твердых тел Основные понятия биомеханики и биосопромата 3 стр 139-145 4 стр 7-47, 149-151, 158-161 Сопротивление материалов- это наука о прочности и жесткости элементов различных конструкций. Цель в стоматологии-оценка работоспособности и практической пригодности искусственных конструкций в ротовой полости Биомеханика- это раздел биофизики, в котором рассматриваются механические свойства живых тканей и организмов, механические явления происходящие как с целым организмом, так и с отдельны его органами. Внешние силы-силы, которые действуют на данное тело со стороны других тел. Внутренние силы- это силы которые возникают в результате взаимодействия частей рассматриваемого объекта. Деформация- изменения формы и размеров тела под действием внешних сил без изменения массы тела. Значения и характер деформации определяются, в первую очередь, внешней силой и структурой материала. Механическое напряжения(напряжение)- величина, которая характеризует внутренние силы, возникающие в образце при деформации. Напряжение определяется значением внешней силы, приходящейся на единицу площади сечения образца. Физический смысл напряжения: напряжение показывает , какая внутренняя сила действует на единицу площади поперечного сечения объекта Механическое напряжение разделяются на два вида: Нормальное напряжение(сигма) при растяжении или сжатии, Касательное напряжение(тау)-при сдвиге 2 виды деформаций Виды деформации: растяжения и сжатие; сдвиг; изгиб; кручение Растяжение-это деформация, при которой силы действуют вдоль оси стержня к его концам. Например, при помощи деформации растяжения испытывают верхние конечности, челюстные мышцы. Нормальное напряжение- отношение силы(действующей вертикально) к площади поперечного сечения стержня: ФОРМУЛА и рисунок σ= F/S Абсолютная деформация(Δl)это велечина изменения размеров тела, зависит от первоначальной длины стержня Δl=l-l0 Относительная деформация- это отношение абсолютной деформации к первоначальной длине ФОРМУЛА Сжатие- это деформация, при которой силы действуют вдоль оси стержня вовнутрь. Например, деформацию сжатия испытывает позвоночный столб, зубные коронки и т.д. относительная и абсолютная деформация смотри растяжения!. РИСУНОК Сдвиг- это деформация, при которой происходит взаимное смещение параллельных слоев материала с сохранением неизменного расстояния между ними. Например,деформацию сдвига испытывают все элементы сварки и пайки в мостовых протезах, в искусственных челюстях и т.д. Касательное напряжение-отношение касательной силы, возникающей в данном сечении и приложенной параллельно влоскости сдвига, к пложащади сечения ФОРМУЛА Tgθ=Δx/lтета- угол сдвига, дельтаикс-абсолютный сдвиг,l- высота тела Tgθ~ϒ Связь между деформацией сдвига и касательным напряжением выражается соотношением тета= G*гамма G-модуль упругости при сдвиге Гамма-относительный сдвиг Кручение- это деформация, которая возникает в образце, если одно сечение образца закреплено неподвижно, а во втором действует две равные по модулю И противоположные по направлению касательные силы Например-деформация вала шлейфмотора, стержня зубного бора, трансмиссионных валов бормашин и стоматологических установок Относительная деформация(тета) равна отношению угла поворота к длине образца: тета= фи/l Изгиб- это деформация, которая харакатеризуется искривлением оси или срединной поверхности объекта под действием внешних сил Стрела изгиба(лямбда)- характеризует степень деформирования бруска, имеющего две точки опоры. ФОРМУЛА. Относительная деформация изгиба ФОРМУЛА. В зависимости от направления действующих сил изгиб называют продольным или поперечным Продольный изгиб-это деформация, которая возникает под действием сил, направленных перпендикулярно его оси и приложенных к его концам на встречу к друг другу. Поперечный изгиб- это деформация, которая возникает под действием сил, направленных перпендикулярно его оси 3 упругая деформация закон Гука Виды деформации: упругая-это деформация, если после прекращения действия сил она исчезает.; пластическая деформация, если после прекращения сил, она полностью сохраняется; упругопластическая –это деформация, если после прекращения действия сил, она частично сохраняется. Англиский физик Роберт Гук-экспериментально устоновил, что напряжение упруго деформированного тела прямо пропорционально относительной деформации(закон Гука) Формула!!!!!!!!!! Физический смысл модуля Юнга: модуль юнга численно равен напряжению, при котором происходит увеличение(уменьшение) длины образцы в 2 ра3а. ФОРМУЛА Пластическая деформация описываются законом ньютона- ФОРМУЛА 4 Диаграмма растяжения твердого тела. Соотношения Пуассона График зависимости напряжения от относительного удлинения образца называется диаграммой растяжения Прочность материалов- свойство материалов в определенных условиях, не разрушаясь, воспринимать те или иные воздействия (поперечная и продольная деформация) Отношение поперечной деформаций к продольной называется коэффициентом Пуассона ФОРМУлА 5 эпюры сил и изгибающихся моментов, назначение эпюр. Изгибающие моменты- это моменты пары сил, приложенной к оставленной части конструкции Силы, стремящиеся сдвинуть оставленную часть конструкции относительно отброшенной, называется поперечными силами Эпюра- это графическое изображение функции изгибающие момента М и функции поперечной силыFна протяжении всего образца(стержня, балки, мостового протеза и т.д. Эпюра позволяет определить, в каком сечении действует максимальное внутренне усилие. Сечение, где действует максимальным усилие, будем называеть опасным По эпюрам легко судить о том, где будет максимальное значение изгибающего момента или поперечной силы, следователоьно, определить место максимального напряжения. Мостовой протез, нагруженный сосредоточненный силой F Cосредоточенная силаF(пища) приложенная в точке С. Сила А и В- силы реакции опоры studfiles.net Для участка цепи, изображенного на рис.1 очевидно, что при перемещении заряда между точками 1-3 работа совершается не только кулоновскими силами, но и сторонними силами, поэтому полная работа равна: Апол= Акул+Астор. Разделим обе части равенства на величину перемещаемого положительного заряда q, получим: По определению разность потенциалов равна отношению работы, которую совершают кулоновские силы при перемещении заряда, к величине этого заряда: 12=12= Электродвижущей силой (ЭДС) на данном участке называется физическая величина, равная отношению работы, совершаемой сторонними силами при перемещении положительного заряда q, к величине этого заряда: . Напряжением на участке цепи 1-3 называют физическую величину, равную отношению суммарной работы, совершаемой при перемещении положительного заряда q, к величине этого заряда: U13= . Таким образом, U13= 13+Е. Описание установки, измерения и обработка результатов измерений Описание установки. Вид передней панели показан на рис.2. На ней расположены: вольтметр, амперметр, сопротивления R1, R2 (R2 R1), реостат RР, источник тока с ЭДС Е и кнопка К. Величины внутренних сопротивлений амперметра и вольтметра указаны на передней панели. Работу выполняют в следующем порядке: Введем расчетные формулы для неизвестного сопротивления Rх в каждом из указанных способов. Для схемы 1 на рис. 3 можно записать: IRх+IRA=UV, откуда (2) В схеме 2 на рис.4 для постоянных токов справедливы следующие три уравнения с тремя неизвестными: Rx; Ix; Iv: IVRV=UV, IxRx=UV , IX+IV=I, ( 3 ) из решения которых, получим: ( 4 ) При выполнении задания 1 используйте обе схемы, приведенные на рис.3 и рис.4 Сначала с помощью проводов собирают на лабораторном стенде схему на рис.3. Найдите сопротивление каждого из двух предложенных резисторов R1, R2 методом вольтметра-амперметра двумя способами. Измерения R на каждой из схем проведите не менее 3 раз для разных значений силы тока. Силу тока в цепи изменяйте реостатом. Результаты измерений токов и напряжений и вычислений текущих и средних значений R1, R2 для каждой схемы запишите в соответствующие таблицы для схем1 и 2 (рис.3 и рис.4). Для удобства различения величин R1 и R2 в таблицах для схемы 1 и схемы 2 их целесообразно обозначить так: R1-1 , R1-2 и R2-1 , R2-2 (первый индекс- сопротивление, второй –схема). !!!Таблицы составить самостоятельно ДОМА при подготовке к лабораторной работе ДО её выполнения. Должно быть 2 таблицы для схемы 1; однасо столбцами: IA, UV,R1-1 и , другая – со столбцамиIA, UV,R2-1 и . Ещё 2 аналогичные таблицы должны быть для схемы 2. Отдельно должны быть выписаны данные поRA и RV. Оценка погрешности определения Rс помощью схем 1 и 2. Схема 1 и схема 2 отличаются различной систематической относительной погрешностью определения величины сопротивления R. Для схемы 1 1= (RA R)100% . Для схемы 2 2= (RRV)100%. Найдите величины 1 и2 для сопротивлений R1 и R2. Заключение о точности измерения R1 и R2 сделать письменно. Задание 2. Определение ЭДС Е источника тока и его внутреннего сопротивления r. Используя данные приборы и резисторы, сопротивление которых вы нашли, найдите ЭДС E источника тока и его внутреннeе сопротивление r . Для этого соберите схему, приведенную на рис. 5. В качестве R возьмите сначала один резистор R1, затем другой резистор R2. Последовательно с реостатом Rp включите резистор R1 и измерьте ток I1 , а затем включите резистор R2и измерьте ток I2. Запишите полученные данные. ВНИМАНИЕ. В обоих случаях сопротивление реостата (Rp=1 кОм) должно быть максимальным (для этого поверните его ручку до упора против часовой стрелки и не вращайте её больше). Для определения двух неизвестных Е и r необходимо составить два уравнения (Е=IR+Ir) для значений R1 , I1 и R2 , I2. Численные значения R1 и R2 взять как полученные среднее арифметические значения в задании 1. studfiles.net Ответы на контрольные вопросы по физике. *** На данном сайте вы сможете найти ответы на контрольные вопросы по физике (10-11 кл.). Все данные ответы зачтены. Ответы не на все вопросы (около 10 отсутствуют). Сайт будет проиндексирован во всех популярных поисковых системах. Если посещаемость сайта до 30 декабря 2009 года будет сравнительно высокой, то будут выкладываться новые ответы *** Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости? ВОЗМОЖНО, НЕВЕРНО: Поверхностное натяжение зависит от рода жидкости, потому что, чем сильнее концентрация примесей в жидкости, тем слабее силы сцепления между молекулами жидкости. Следовательно, силы поверхностного натяжения будут действовать слабее. Почему и как зависят силы поверхностного натяжения от температуры? Если температура увеличивается, то скорость движения молекул соответственно увеличивается, а силы сцепления между молекулами-уменьшаются. т.е силы поверхностного натяжения зависят от температуры. Чем она выше, тем слабее силы поверхностного натяжения. Объясните, в какой момент капля отрывается от трубки? Если капля свисает с трубки, то на нее действуют 2 силы: поверхностного натяжения и сила тяжести. Когда сила тяжести становится больше силы поверхностного натяжения, капля отрывается от трубки (с увеличение объема капли сила тяжести, действующая на нее, соответственно увеличивается) ************************************************************************************************** Сухой и важный термометры показывают одинаковую температуру. Какова относительная важность? т.к температуру термометры показывают одинаковую, то разность показаний = . По таблице видим, что при разности=0, влажность воздуха=100% (т.к при 100% влажности испарения воды, которая влияет на показания влажного термометра, не будет) Температура в помещении понижается, а влажность остается прежней. Как изменится разность показаний сухого и влажного термометров? т.к влажность остается постоянная, а температура понижается, следовательно разность показаний сухого и влажного термометров уменьшается Почему после жаркого дня роса бывает более обильной? В жаркий день испарение с водных поверхностей (реки, озера, океаны) более обильное, чем в обычный день. Следовательно, ночью конденсация происходит более сильнее. Поэтому Почему после жаркого дня роса будет более обильной. Почему показания влажного термометра меньше показаний сухого. При каком условии разность-наибольшая. Влажный термометр обернут марлей, конец которой находится в воде. При испарении воды, термометр охлаждается, в следствии чего его показания будут меньше показаний сухого термометра. Чем меньше влажность, тем быстрее происходит испарение, =>влажный термометр охлаждается сильнее, разность показаний сухого и влажного термометров будет увеличиваться. Почему перед дождем наблюдается низкий полет ласточки? Перед дождем воздух сильно насыщен влагой, которая конденсируется на крыльях ласточки, вследствии чего она опускается ниже к поверхности земли. (2 вариант-возможно, неверный: влага конденсируется на крыльях насекомых, вследствии чего они становятся тяжелее и опускаются ниже к поверхности земли. А ласточки, так как питаются ими, опускаются также ниже). ************************************************************************************************** Производит ли газ давление в состоянии невесомости? т.к хаотическое движение молекул газа невозможно остановить, то, из-за ударов молекул о стенки сосуда, газ будет производить давление в состоянии невесомости. Определить массу 20 л воздуха, находящегося при T=273 К и p=30 атм. Объяснить сущность закона Бойля-Мариотте, пользуясь МКТ. Если объем в сосуде уменьшается, то число ударов молекул о стенки сосуда увеличивается, поэтому давление также увеличивается. С уменьшением давления, чисто ударов уменьшается, объем сосуда увеличивается. Таким образом, pV=const Удельное сопротивление фехраля 1,1*10(-6) Ом*м. Что это означает? Где можно использовать этот металл? Удельное сопротивление фехраля намного выше, чем у других металлов. Седовательно, фехраль оказывает более сильное сопротивление электрическому току. (когда ток течет по проводнику, встречает сопротивление, вследствие чего нагревается). Поэтому, фехраль используется как нагревательный элемент в различных устройствах (электрические чайники, электрическая плита) Назвать известные вам методы определения сопротивления проводника 1)С точным измерением тока (основной измерительный прибор-амперметр) по формуле Ro=U/I (Ro-общее сопротивление, U-показания вольтметра, I-показания амперметра) 2)С точным измерением напряжения (основной измерительный прибор-вольтметр) по формуле Ro=U/I (Ro-общее сопротивление, U-показания вольтметра, I-показания амперметра) 3)Определение через закон Джоуля-Ленца (если известна длина, площадь и удельное сопротивление проводника) Определить сопротивление и длину медной проволоки массой 89 г. и сечением 0,1 мм(2) ************************************************************************************************** Каков физический смысл напряжения на участке электрической цепи? Напряжение-разность значения потенциала в начальной и в конечной точках траектории. A=qU => U=A/q [U]=Дж/Кл=В Разность потенциалов между 2-мя точками равно отношению работы электрического тока при перемещении заряда из начальной точки и конечную к этому заряду Чем спираль 100 Вт лампы отличается от спирали 25 Вт ? Спираль 100 Вт лампы короче спирали 25 Вт лампы, т.к чем короче нить, тем меньше сопротивление и ярче свет. Также, спираль 100 Вт лампы имеет больший диаметр поперечного сечения (чем толще диаметр поперечного сечения спирали, тем меньше сопротивление, свет более ярче, но и потребление тока значительно больше) Какова наибольшая мощность гидростанций и АЭС? Самая крупная АЭС — Касивардзаки-Карива(Япония). Мощность около 8 ГВт. Самая мощная АЭС в России — Саяно-Шушинская(мощность около 6400 МВт) ************************************************************************************************** Почему молекулы соли, кислоты, щелочи в воде распадаются на ионы? Это объясняется тем, что под действием растворителя(в данном случае-воды), молекулы растворенного вещества распадаются на заряженные ионы и образуются подвижные заряды, которые необходимы для протекания электрического тока Будет и происходить электролитическая диссоциация в условиях космического полета? Да, будет, т.к на протекание процесса электролитической диссоциации вес не имеет значения (а в космосе вес тела=0 (P=0)) Как поступают, когда необходимо к угольному электроду припаять медный провод? Необходимо к катоду подключить угольный электрод, а к аноду — медный электрод. В процессе электролиза, к угольному электроду прилипнут ионы меди. После этого легко можно припаять медный провод к угольному стержню (уже покрытому слоем меди) ************************************************************************************************** Укажите условия существования электрического тока в цепи 1. Наличие свободных заряженных частиц. 2. Электрическое поле 3. Источник эл.тока (разделяет заряды на полож. и отриц. и накапливает их на полюсах) ************************************************************************************************** Восемь резисторов соединили по 2 последовательно в 4 параллельные ветви. Начертить схему. Как включить 10 ламп для освещения трамвайного вагона, расчитанного на напряжение 120 В? Напряжение в трамвайной цепи 600 В. Для изометрического процесса построить график зависимости p от V, взяв за исходное давление 1 кг воздуха при нормальных условиях. studfiles.net Физическая величина, равная работе сторонних сил по перемещению положительного единичного заряда вдоль всей цепи, включая источник тока, называется электродвижущей силой источника тока (ЭДС) : . (5.15) Работа сторонних сил вдоль замкнутой цепи , (5.16) где E* – напряженность поля сторонних сил. Тогда . (5.17) При движении зарядов в проводнике кроме сторонних сил на них действуют силы электростатического поля (). Следовательно, в любой точке цепи на заряд q действует результирующая сила: . (5.18) Работа, совершаемая этой силой на участке 1 – 2, (5.19) Физическая величина, численно равная работе сторонних и электрических сил по перемещению положительного единичного заряда на данном участке цепи, называется падением напряжения или напряжением на данном участке цепи: . (5.20) Если на участке цепи отсутствует ЭДС (), то . (5.21) При 1 - 2 = 0, . (5.22) Измеряются , U, (1 - 2) в системе СИ в вольтах (1 В). Классическая электронная теория электропроводности металлов и ее опытные обоснования. Закон Ома в дифференциальной и интегральной формах. Электрическое сопротивление проводников. Изменение сопротивления проводников от температуры и давления. Сверхпроводимость. Соединения сопротивлений: последовательное, параллельное, смешанное. Шунтирование электроизмерительных приборов. Добавочные сопротивления к электроизмерительным приборам. Правила (законы) Кирхгофа и их применение к расчету простейших электрических цепей. Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной и интегральной формах. Энергия, выделяющаяся в цепи постоянного тока. Коэффициент полезного действия (КПД) источника постоянного тока. Классическая электронная теория проводимости металлов объясняет различные электрические свойства веществ существованием и движением в них так называемых квазисвободных электронов проводимости. Электроны проводимости при этом рассматриваются как электронный газ, подобный идеальному газу молекулярной физики. До открытия электронов было экспериментально показано, что прохождение тока в металлах не связано, в отличие от тока в жидких электролитах, с переносом вещества металла. Опыт состоял в том, что через контакт двух различных металлов, например золота и серебра, в течение времени, исчисляемого многими месяцами, пропускали электрический ток. После чего исследовался материал вблизи контактов. Было показано, что никакого переноса вещества через границу различных металлов не наблюдается и вещество по различные стороны границы раздела имеет тот же состав, что и до пропускания тока. Опыты доказали, что атомы и молекулы металлов не принимают участия в переносе электрического тока, но они не ответили на вопрос о природе носителей заряда в металлах. Прямым доказательством, что электрический ток в металлах обусловливается движением электронов, были опыты Толмена и Стюарда, проведенные в 1916 г. Идея этих опытов была высказана Мандельштамом и Папалекси в 1913 г. Представим себе проводящую катушку, которая может вращаться вокруг своей оси. Концы катушки с помощью скользящих контактов замкнуты на гальванометр. Если находящуюся в быстром вращении катушку резко затормозить, то свободные электроны в проволоке продолжают движение по инерции, в результате чего гальванометр должен зарегистрировать импульс тока. Обозначим линейное ускорение катушки при торможении – a. Оно направлено по касательной к поверхности катушки. При достаточно плотной намотке и тонких проводах можно считать, что ускорение направлено вдоль проводов. При торможении катушки к каждому свободному электрону приложена сила инерции Fин = mea, направленная противоположно ускорению. Под ее действием электрон ведет себя в металле так, как если бы на него действовало эффективное электрическое поле с напряженностью . 6.1) Поэтому эффективная электродвижущая сила в катушке, обусловленная инерцией свободных электронов, , (6.2) где L – длина провода на катушке. Все точки провода тормозятся с одинаковым ускорением, и поэтому ускорение вынесено за знак интеграла. С учетом формулы (6.2) запишем закон Ома для замкнутой цепи в виде , (6.3) где I – сила тока в замкнутой цепи; R – сопротивление всей цепи, включая сопротивление проводов катушки, проводов внешней цепи и гальванометра. Количество электричества, протекшее через поперечное сечение проводника в течение времени dt при силе тока I, . (6.4) Поэтому в течение времени торможения катушки от начальной линейной скорости vo до полной остановки через гальванометр пройдет количество электричества . (6.5) Значение q определяется по гальванометру, а значения L, R, vo известны. Поэтому можно найти как знак, так и абсолютное значение e/me. Эксперименты показали, что e/me соответствует отношению заряда электрона к его массе. Таким образом, было доказано, что наблюдаемый с помощью гальванометра ток обусловлен движением электронов. В отсутствие электрического поля в проводниках электроны проводимости движутся хаотично, в произвольных направлениях со скоростями, обусловленными температурой, т.е. с так называемой тепловой скоростью u. Через определенный промежуток времени t = , двигаясь по прямой, электрон проводимости может провзаимодействовать с ионом кристаллической решетки или с другим электроном проводимости. В результате такого взаимодействия, а оно считается в классической теории проводимости абсолютно упругим, сохраняются полные импульс и энергия, а величина и направление скорости движения могут измениться. Предельным является случай, когда через время, равное (время свободного пробега), направление скорости теплового движения электрона проводимости изменяется на противоположное. Время свободного пробега зависит от природы вещества и тем меньше, чем чаще происходят взаимодействия. Между соударениями (взаимодействиями) со скоростью u ничего не происходит. При наложении электричес-кого поля с напряженностьюE под действием силы F = eE эле-ктроны проводимости приобре-тают некоторое ускорение a и направленное движение с изме-няющейся скоростью от vo = 0 до v = vmax за время t = . Изменение скорости направленного движения электрона проводимости происходит до его взаимодействия (рис. 6.1). В результате взаимодействия эта скорость так же может измениться как по величине, так и по направлению. Если в единице объема проводника n электронов проводимости, которые в некоторый момент времени t обладают скоростью v, то можно определить заряд, прошедший через некоторую площадку S, расположенную перпендикулярно направлению скорости движения электронов проводимости: , (6.6) где <v> - средняя скорость упорядоченного движения электронов проводимости. Сила (величина) тока в проводнике в этом случае . (6.7) Плотность тока проводимости . (6.8) В векторной форме . (6.9) Согласно (6.8) для определения плотности электрического тока в проводнике необходимо определить среднюю скорость упорядоченного движения электронов проводимости. Средняя скорость упорядоченного движения в данном случае может быть определена по формуле , (6.10) т.к. в начальный момент времени t=0, когда отсутствует электрическое поле, vo=0. Максимальная скорость упорядоченного движения, которую приобретает электрон под действием электрического поля за время свободного пробега, , где a – ускорение, приобретаемое электроном проводимости под действием электрического поля; – время пробега электрона проводимости от взаимодействия до взаимодействия. На основании второго закона Ньютона F = ma, где F - кулоновская сила, F = eE. Имеем: ; ; . (6.11) Для средней скорости упорядоченного движения электронов проводимости получим . (6.12) Зная среднюю скорость теплового движения электронов проводимости и среднее расстояние, проходимое ими от взаимодействия до взаимодействия, можно определить время между двумя последующими взаимодействиями: . (6.13) Сделав подстановку и необходимые преобразования, для плотности тока проводимости будем иметь , (6.14) где - удельная электропроводность металла проводника. В векторной форме . (6.15) Выражения (6.14) и (6.15) являются математической формой записи закона Ома в дифференциальной форме. Закон Ома в дифференциальной форме справедлив для любых проводников, любых токов, характеризует плотность тока проводимости в любой точке проводника. Из закона Ома в дифференциальной форме можно получить закон Ома в интегральной форме для замкнутой (или полной) цепи. Для чего выражение (6.15) умножим на величину элементарного участка цепи dl: , где ;;. Таким образом, имеем или ; . (6.16) Проинтегрировав выражение (6.16) по замкнутому контуру L, получим , (6.17) где – сопротивление внешнего и внутреннего участков цепи; –ЭДС, действующая в замкнутой цепи, численно равная циркуляции вектора напряженности поля сторонних сил; –разность потенциалов между двумя рассматриваемыми точками замкнутой цепи. Для замкнутой цепи (1 - 2) = 0; . Таким образом, имеем или , (6.18) где R1 – сопротивление внешнего участка цепи; r – внутреннее сопротивление источника тока. Из формулы (6.18) . (6.19) Следовательно, ЭДС уравновешивает падение напряжения во внешней и внутренней цепи и тем самым обеспечивает непрерывное движение электронов проводимости. Если цепь не замкнута и в ней отсутствует ЭДС, то , а . (6.20) Выражения (6.18) и (6.20) являются математической формой записи закона Ома, соответственно, для полной (замкнутой) цепи и участка цепи, который был открыт им экспериментально. Сила тока в цепи прямопропорциональна ЭДС (напряжению на участке цепи) и обратно пропорциональна сопротивлению цепи. studfiles.net Обозначение Значение Единица измерения Физический смысл k 1.38*10-23 Дж/К Постоянная Больцмана T 290 К Температура материала(среды) q 1.6*10-19 Кл Заряд электрона 0 8.85*10-14 Ф/cм Электрическая постоянная 0X 3.8 - Относительная диэлектрическая проницаемость SiO2 11,8 - Относительная диэлектрическая проницаемость Si ni 1.4*1010 см-3 Собственная концентрация электронов в Si y 4.15 эВ Электронное сродство Ed 1.12 эВ Ширина запрещенной зоны Si Расчет параметров: 1. Контактная разность потенциалов: 5.3. Электродвижущая сила (эдс), напряжение и разность потенциалов. Их физический смысл. Связь между эдс, напряжением и разностью потенциалов. Напряжение физический смысл
Дополнение.Разность потенциалов, эдс, напряжение – физический смысл этих понятий:
Измерения и обработка результатов
Измерение сопротивления можно выполнить двумя способами, используя схемы, показанные на рис.3 и рис.4.
1. Поясните физический смысл эдс, напряжения и разности потенциалов на участке эл. Цепи. Каковы правила знаков для силы тока и эдс при записи закона Ома для неоднородного участка цепи?
2. Выведите формулы энергии эл. И магн. Полей.
1. Выведите формулу работы перемещения эл. Заряда в эл. Ст. Поле. Какой хар-р носит эл. Ст. Поле? Чему равна циркуляция вектора напряжённости вдоль замкнутого контура l.
2. Какие в-ва относятся к диамагнетикам? Какова природа диамагнетизма?
Физика
Дополнение.Разность потенциалов, э.Д.С, напряжение – физический смысл.
Измерения и обработка результатов
Задание 1. Измерение электрических сопротивлений методом вольтметра-амперметра. Измерение сопротивления можно выполнить двумя способами, используя схемы, показанные на рис.3 и рис.4.
Ответы на контрольные вопросы по физике
5.3. Электродвижущая сила (эдс), напряжение и разность потенциалов. Их физический смысл. Связь между эдс, напряжением и разностью потенциалов
Лекция 6. Классическая электронная теория проводимости металлов. Законы постоянного тока
6.1. Классическая электронная теория электропроводности металлов и ее опытные обоснования. Закон Ома в дифференциальной и интегральной формах
Физические константы
2. Емкость диэлектрика
3. Напряжение плоских зон
4. Потенциал инверсии
5. Заряд акцепторов
6. Пороговое напряжение
7. Удельная крутизна
8. Ширина ОПЗ в подложке при напряжении исток-подложка
9. Удельная емкость подложки
10.Коэффициент влияния подложки
Семейство выходных характеристик.
Рис.7. Выходные характеристики транзистора,
Изменить пределы тока на графике.
Передаточная характеристика.
Входная ВАХ МДП транзистора
Рис.8. Передаточная характеристика транзистора
Изменить пределы тока на графике. Подписать переменные на графиках.
Зависимости параметров от легирования подложки.
Зависимость удельной крутизны от концентрации примеси в подложке.
Рис.9. Зависимость удельной крутизны от концентрации примеси в подложке,
Уменьшить начальное значение концентрации.
Зависимость порогового напряжения от концентрации примеси в подложке.
Рис.10. Зависимость порогового напряжения от концентрации примеси в подложке
уменьшить начальное значение концентрации.
Зависимость коэффициента влияния подложки от концентрации
примеси в подложке.
Рис.11. Зависимость коэффициента влияния подложки от концентрации примеси в подложке
уменьшить начальное значение концентрации.
Зависимость параметров от толщины диэлектрика.
Зависимость порогового напряжения от толщины диэлектрика.
Рис.12. Зависимость порогового напряжения от толщины диэлектрика
Зависимость удельной крутизны от толщины диэлектрика.
Рис.13. Зависимость удельной крутизны от толщины диэлектрика
Зависимость коэффициента влияния подложки от толщины диэлектрика.
Рис.14. Зависимость коэффициента влияния подложки от толщины диэлектрика.
Рассчитанные значения:
1. Контактная разность потенциалов: φ0=0.143 (В)
2. Емкость диэлектрика: Сg=3,737·10-8(Ф)
3. Напряжение плоских зон: Uβ=-0.713 (В)
4. Потенциал инверсии: φi=0.619 (В)
5. Заряд акцепторов: Qa=2,612·10-8 (Кл)
6. Пороговое напряжение: Ut= 0,604 (В)
7. Удельная крутизна: β=1,121·10-4(A/B)
8. Ширина ОПЗ в подложке при напряжении исток-подложка . δo=2,373·10-5 (мкм)
9. Удельная емкость подложки: Сb=4,392·10-8(Ф)
10. Коэффициент влияния подложки: η=1,175
studfiles.net
Поделиться с друзьями: