Основы физики

нелинейными называются электрические цепи, у которых реакции и воздействие связаны нелинейно.

Метод простой итерации

1.Исходное нелинейное  уравнение электрической цепи , где -искомая переменная, представляется в виде .

2. Производится расчет  по алгоритму где

 

- шаг итерации. Линейными  зависимостями

Здесь - заданная погрешность

Первое  правило Кирхгофа:

алгебраическая сумма  сил токов, сходящихся в узле, равна  нулю

второе  правило Кирхгофа:

в любом простом замкнутом  контуре, произвольно выбираемом в  разветвленной электрической цепи, алгебраическая сумма произведений сил токов на сопротивления соответствующих  участков равна алгебраической сумме  ЭДС, имеющихся в контуре

21. Ток в вакууме.  Эмиссионные явления и их технические  применения.

Вакуум-это такое состояние  газа в сосуде, при котором молекулы пролетают от одной стенки сосуда к другой, ни разу не испытав соударений друг с другом.

Вакуум-изолятор, ток в  нем может возникнуть только за счет искусственного введения заряженных частиц, для этого используют эмиссию (испускание) электронов веществами. В вакуумных  лампах с нагреваемыми катодами происходит термоэлектронная эмиссия, а в фотодиоде - фотоэлектронная.

Термоэлектронная  эмиссия — это испускание электронов нагретыми металлами. Концентрация свободных электронов в металлах достаточно высока, поэтому даже при средних температурах вследствие распределения электронов по скоростям (по энергиям) некоторые электроны обладают энергией, достаточной для преодоления потенциального барьера на границе металла. С повышением температуры число электронов, кинетическая энергия теплового движения которых больше работы выхода, растет, и явление термоэлектронной эмиссии становится заметным.

Явление термоэлектронной эмиссии  используется в приборах, в которых  необходимо получить поток электронов в вакууме, например в электронных  лампах, рентгеновских трубках, электронных  микроскопах и т. д. Электронные  лампы широко применяются в электро- и радиотехнике, автоматике и телемеханике для выпрямления переменных токов, усиления электрических сигналов и  переменных токов, генерирования электромагнитных колебаний в т. д. В зависимости  от назначения в лампах используются дополнительные управляющие электроды.

Фотоэлектронная эмиссия — это эмиссия электронов из металла под действием света, а также коротковолнового электромагнитного излучения (например, рентгеновского). Основные закономерности этого явления будут разобраны при рассмотрении фотоэлектрического эффекта.

Вторичная электронная эмиссия — это испускание электронов поверхностью металлов, полупроводников или диэлектриков при бомбардировке их пучком электронов. Вторичный электронный поток состоит из электронов, отраженных поверхностью (упруго и неупруго отраженные электроны), и «истинно» вторичных электронов — электронов, выбитых из металла, полупроводника или диэлектрика первичными электронами.

Явление вторичной электронной  эмиссии используется в фотоэлектронных умножителях.

Автоэлектронная эмиссия — это эмиссия электронов с поверхности металлов под действием сильного внешнего электрического поля. Эти явления можно наблюдать в откачанной трубке.

22. Ток в газах.  Самостоятельная и не самостоятельная  проводимость газов. ВАХ тока  в газах. Виды разрядов и  их техническое применения.

В обычных условиях газы являются диэлектриками, т.к. состоят  из нейтральных атомов и молекул, и в них нет достаточного количества свободных зарядов. Чтобы сделать  газ проводящим, нужно тем или  иным способом внести в него или  создать в нем свободные носители заряда — заряженные частицы. При  этом возможны два случая: либо эти  заряженные частицы создаются действием  какого-нибудь внешнего фактора или  вводятся в газ извне, либо они  создаются в газе действием самого электрического поля, существующего  между электродами. В первом случае проводимость газа называется несамостоятельной, во втором — самостоятельной.

Вольтамперная характеристика (ВАХ) — график зависимости тока через двухполюсник от напряжения на этом двухполюснике. Вольтамперная характеристика описывает поведение двухполюсника на постоянном токе.

Тлеющий разряд наблюдается при пониженных давлениях газа. Используют для катодного распыления металлов.

Искровой  разряд, часто наблюдаемый в природе, — молния. Принцип действия искрового вольтметра — прибора для измерения очень высоких напряжений.

Дуговой разряд можно наблюдать при следующих условиях: если после зажигания искрового разряда постепенно уменьшать сопротивление цепи, то сила тока в искре будет увеличиваться. Электрическая дуга является мощным источником света и широко применяется в проекционных, прожекторных и других осветительных установках. Вследствие высокой температуры дуга широко применяется для сварки и резки металлов. Высокую температуру дуги используют также при устройстве дуговых электрических печей, играющих важную роль в современной электрометаллургии.

Коронный  разряд наблюдается при сравнительно высоких давлениях газа (например, при атмосферном давлении) в резко неоднородном электрическом поле. Используется в технике для устройства электрофильтров, предназначенных для очистки промышленных газов от твердых и жидких примесей.

23. Магнитное поле. Магнитная индукция. Магнитное взаимодействие  токов.

Магни́тное по́ле — силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения[1], магнитная составляющая электромагнитного поля.

Магни́тная инду́кция — векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля (его действия на заряженные частицы) в данной точке пространства. Определяет, с какой силой магнитное поле действует на заряд , движущийся со скоростью .

Взаимодействие  токов вызывается их магнитными полями: магнитное поле одного тока действует силой Ампера на другой ток и наоборот.

24. Магнитный момент  кругового тока. Закон Ампера.

Магнитный момент кругового тока сила тока I, текущего по витку, площадь S, обтекаемая током и ориентация витка в пространстве, определяемая направлением единичного вектора нормали к плоскости витка.

Закон Ампера закон механического (пондеромоторного) взаимодействия двух токов, текущих в малых отрезках проводников, находящихся на некотором расстоянии друг от друга.

25. Закон Био-Савара-Лапласа  и его примение к расчёту  некторых магнитных полей:

А) магнитое поле прямого проводника с током.

Б) поле кругового  тока в центре кругового тока.

Закон Био — Савара — Лапласа для проводника с током I, элемент dl которого создает в некоторой точке А индукцию поля dB, записывается в виде где dl — вектор, по модулю равный длине dl элемента проводника и совпадающий по направлению с током, r—радиус-вектор, проведанный из элемента dl проводника в точку А поля, r — модуль радиуса-вектора r.

магнитная индукция поля прямого тока

магнитная индукция поля в центре кругового  проводника с током 

26. Циркуляция  магнитной индукции. Вихревой характер  магнитного тока. Закон полного  тока в вакууме (теорема о  циркуляции вектора индукции).

Циркуляция  магнитной индукции где dl — вектор элементарной длины контура, который направлен вдоль обхода контура, Bl=Bcosα — составляющая вектора В в направлении касательной к контуру (с учетом выбора направления обхода контура), α — угол между векторами В и dl.

Вихревой  характер магнитного поля.

Линии магнитной индукции непрерывны: они не имеют ни начала, ни конца. Это имеет место для  любого магнитного поля, вызванного какими угодно контурами с током. Векторные поля, обладающие непрерывными линиями, получили название вихревых полей. Мы видим, что магнитное поле есть вихревое поле. В этом заключается существенное отличие магнитного поля от электростатического.

Закон полного тока для  магнитного поля в вакууме (теорема  о циркуляции вектора В): циркуляция вектора В по произвольному замкнутому контуру равна произведению магнитной постоянной μ0 на алгебраическую сумму токов, охватываемых этим контуром:

27. Применение  закона полного тока для расчёта  магнитного поля соленоида.

Кольцевая магнитная цепь

 

1 и совпадают, следовательно α = 0;

2 величина Нх во всех точках контура одинакова;

3 сумма токов, пронизывающих  контур, равна IW.

.

Отсюда

[А/м],

где Lx – длина контура, вдоль которого велось интегрирование;

 rx – радиус окружности.

 

Вектор  внутри кольца зависит от расстояния rх. Если α – ширина кольца << d, то эта разница между значениями Н в пределах сердечника не велика. При этом в расчет допустимо принять для всего поперечного сечения магнитопровода одно значение напряженности магнитного поля:

Hср = IW / L ,

где L – длина средней  магнитной линии.

28. Магнитный поток.  Теорема Гаусса для потока  вектора магнитной индукции.

Магни́тный пото́к — поток как интеграл вектора магнитной индукции через конечную поверхность . Определяется через интеграл по поверхности

В соответствии с теоремой Гаусса для магнитной индукции поток  вектора магнитной индукции через  любую замкнутую поверхность  равен нулю:

29. Работа по  перемещению проводника и контура  с током в магнитном поле.

работа по перемещению замкну того контура с током в магнитном поле равна произведению силы тока в контуре на изменение магнитного потока, сцепленного с контуром.

30. Сила Лоренца.  Движение заряжённых частиц в  магнитном поле. Ускорители заряжённых  частиц в магнитном поле.

Сила  Лоренца — сила, с которой электромагнитное поле действует на точечную заряженную частицу. v-скорость частицы

. Движение заряжённых частиц в  магнитном поле

В основе работы ускорителя заложено взаимодействие заряженных частиц с электрическим и магнитным полями. Электрическое поле способно напрямую совершать работу над частицей, то есть увеличивать её энергию. Магнитное же поле, создавая силу Лоренца, только отклоняет частицу, не изменяя её энергии, и задаёт орбиту, по которой движутся частицы.

31. Явление электромагнитной  индукции. Закон фарадея. Правило  Ленца.

Электромагнитная  индукция — явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него.

Закон Фарадея

Правило Ленца, правило для определения направления индукционного тока: Индукционный ток, возникающий при относительном движении проводящего контура и источника магнитного поля, всегда имеет такое направление, что его собственный магнитный поток компенсирует изменения внешнего магнитного потока, вызвавшего этот ток.

32. ЭДС индукции. Закон электромагнитной индукции.

Электродвижущая сила (ЭДС) — физическая величина, характеризующая работу сторонних (непотенциальных) сил в источниках постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль контура.

ЭДС можно выразить через  напряжённость электрического поля сторонних сил (Eex). В замкнутом контуре (L) тогда ЭДС будет равна: , где dl — элемент длины контура.

Закон электромагнитной индукции Эл. ток в цепи возможен, если на свободные заряды проводника действуют сторонние силы. Работа этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль замкнутого контура называется ЭДС. При изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, в контуре появляются сторонние силы, действие которых характеризуется ЭДС индукции.

33. Самоиндукция. Индуктивность.

Самоиндукция - возбуждение электродвижущей силы индукции (эдс) в электрической цепи при изменении электрического тока в этой цепи; частный случай электромагнитной индукции. Электродвижущая сила самоиндукции прямо пропорциональна скорости изменения тока

Индуктивность (от лат. inductio — наведение, побуждение), физическая величина, характеризующая магнитные свойства электрической цепи. Ток, текущий в проводящем контуре, создаёт в окружающем пространстве магнитное поле, причём магнитный поток Ф, пронизывающий контур (сцепленный с ним), прямо пропорционален силе тока I :

34. Явление взаимной  индукции. Коэффициент взаимной  индукции.

Явлением  взаимоиндукции называют наведение ЭДС в одном контуре при изменении тока в другом.

Ф21 = M21I1 Коэффициент М21 называется взаимной индуктивностью втоpого контуpа в зависимости от пеpвого.

35. Энергия магнитного  поля. Плотность энергии магнитного  поля.

 Энергия магнитного поля

 Плотность энергии магнитного поля (H-напряженность магнитного поля).

 

36. Магнитные свойства  вещества. Намагничевание вещества. Теорема Гаусса для индукции  магнитного поля.

По магнитным свойствам все вещества можно разделить на три класса: