Проводники и диэлектрики в электрическом поле.

⇐ ПредыдущаяСтр 8 из 8

Проводники – тела, в которых существуют свободные заряды, не связанные с атомами. Под воздействием эл. поля заряды могут двигаться, порождая электроток. Если проводник внести в электрическое поле, то положительно заряды движутся по направлению вектора напряженности, а отрицательно заряженные в противоположном направлении. В результате на поверхности тела появляются индуктивные заряды:

Напряженность поля внутри проводника = 0. Проводник как бы разрывает силовые линии напряженности электрического поля. Диэлектрики- вещества, в которых положительные и отрицательные заряды связаны между собой и нет свободных зарядов. В электрическом поле диэлектрик поляризуется.

Внутри диэлектрика существует электрическое поле, но оно меньше электрического поля вакуума E в ε раз. Диэлектрическая проницаемость среды ε равна отношению напряженности электрического поля в вакууме к направлению электрического поля в диэлектрике

Радиоактивность. Свойства радиоактивных излучений. Закон радиоактивного распада.

Радиоактивность представляет собой самопроизвольный процесс, происходящий в атомах радиоактивных элементов. Это явление определяется как самопроизвольное превращение неустойчивого изотопа одного химического элемента в изотоп другого; при этом происходит испускание электронов, протонов, нейтронов или ядер гелия. Виды: гамма- лучи – это очень короткие электромагнитные волны. Их длина от 10^-10 до 10^-13 м. Скорость их распространения около скорости света. Бета – лучи. Природа бета лучей была установлена раньше всех – в 1899 году. По их отклонению в электрическом и магнитных полях был измерен удельный заряд. Оказалось, что он такой же как у электрона. Значит бета лучи -–это электроны, движущиеся с огромными скоростями, очень близкими к скорости света. Альфа – частицы. Знак заряда у них положительный. Это ядро атомов гелия. Значит ее заряд 2е, а масса 4 а.е.м. Вылетающие из радиоактивных ядер альфа частицы имеют большие скорости, достигающие десятых долей скорости света, значит обладают большой энергией. Их свойства – это проникающая и ионизирующая.

Излучение вызывает ионизацию атомов и молекул и это приводит к изменению их химической активности. Для харак4теристики воздействия излучения вводится понятие поглощенная доза излучения. D=E/m. (грей). Самой первой единицей дозы излучения был рентген, он определяется по ионизации, производимой излучением. 1 рентген определяются как дозу рентгеновского или гамма – излучения при которой 1 кг воздуха поглощает энергию 0,878 * 10^-2. 1Р=0,01 Гр.

-закон радиоактивного распада. N₀- начальное кол-во радиоактивных ядер, t- некоторый произвольный момент времени, N-число ядер не испытавших рас-

пад, Т_1/2-постоянная величина, зависящая от свойств радиоактивного изотопа- наз-ся периодом полураспада. Активностью образца А наз-ся число распадов атомных ядер, происходящих за 1с . СИ –беккерель =активности радионуклида, в котором за 1с происходит один акт распада.

Билет № 25

Электроемкость. Электроемкость конденсатора. Энергия заряженного конденсатора. Точка Кюри.

1.Электроемкость. Конденсаторы. Емкость плоского конденсатора.

Напряжение между двумя проводниками пропорционально электрическим зарядам, которые находятся на проводниках. Если заряды удвоить, то напряженность электрического поля станет в 2 раза больше, следовательно, в 2 раза увеличится и работа, совершаемая полем при перемещении заряда, т. е. в 2 раза увеличится напряжение. Поэтому отношение заряда одного из проводников к разности потенциалов между этим проводником и соседним не зависит от заряда. Оно определяется геометрическими размерами проводников, их формой и взаимным расположением, а также электрическими свойствами окружающей среды (диэлектрической проницаемостью ε). Это позволяет ввести понятие электроемкости двух проводников.

Электроемкостью двух проводников называют отношение заряда одного из проводников к разности потенциалов между этим проводником и соседним:

Иногда говорят об электроемкости одного проводника. Это имеет смысл, если проводник является уединенным, т. е. расположен на большом по сравнению с его размерами расстоянии от других проводников. Так говорят, например, о емкости проводящего шара. При этом подразумевается, что роль другого проводника играют удаленные предметы, расположенные вокруг шара.

Электроемкость двух проводников равна единице, если при сообщении им зарядов ±1 Кл между ними возникает разность потенциалов 1 В. Эту единицу называют фарад (Ф);

1 Ф=1 Кл/В.

Конденсатор. Большой электроемкостью обладают системы из двух проводников, называемые конденсаторами. Конденсатор представляет собой два проводника, разделенные слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников. Проводники в этом случае называются обкладками конденсатора.

Свойства ионизирующих излучений. Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом. Методы регистрации ионизирующих излучений.

2.Емкость плоского конденсатора. Рассмотрим плоский конденсатор, заполненный однородным изотропным диэлектриком с диэлектрической проницаемостью e, у которого площадь каждой обкладки S и расстояние между ними d. Емкость такого конденсатора находится по формуле:

где ε – диэлектрическая проницаемость среды, S – площадь обкладок, d – расстояние между обкладками. Из этого следует, что для изготовления конденсаторов большой ёмкости надо увеличить площадь обкладок и уменьшать расстояние между ними.

Энергия W заряженного конденсатор: или

Конденсаторы применяются для накопления электроэнергии и использования её при быстром разряде (фотовспышка), для разделения цепей постоянного и переменного токов, в выпрямителях, колебательных контурах и других радио-электронных устройствах. В зависимости от типа диэлектрика конденсаторы бывают воздушные, бумажные, слюдяные.Применение конденсаторов. Энергия конденсатора обычно не очень велика — не более сотен джоулей. К тому же она не сохраняется долго из-за неизбежной утечки заряда. Поэтому заряженные конденсаторы не могут заменить, например, аккумуляторы в качестве источников электрической энергии.

Они имеют одно и свойство: конденсаторы могут накапливать энергию более или менее длительное время, а при pазрядке через цепь малого coпpoтивления они отдают энергию почти мгновенно. Именно это свойство используются широко на практике. Лампа-вспышка, применяемая в фотографии, питается электрическим током разряда конденсатор. Возбуждение атома –в результате взаимодействия с быстрой заряженной частицей электрон получает дополнительную энергию и переходит на один из удаленных от ядра энергетических уровней, или совсем покидает атом –ионизация атома Длинна пробега частицы зависит от её заряда, массы, начальной энергии, а также от свойств средыПроникающую способность бета- частиц обычно характеризуют минимальной толщиной слоя вещества, полностью поглощающего все бета- частицыАльфа- частицы, обладающие значительно большей массой, чем бета- частицы, при столкновениях с электронами атомных оболочек испытывают очень небольшие отклонения от своего первоныч направления. Пробеги альфа- частиц в еществе очень малы.Нейтроны, не имеющие эл заряда, при движении в вещстве не взаимодействуют с электронными оболочками атомов.Гамма- кванты взаимодействуют в основном с электронными оболочками атомов, передавая часть своей энергии электронам –это явления фотоэффекта, эффекта Комптона, ил рождение элетронно- позитронных пар. Потоки гамма- квантов и нейтронов –наиболее проникающие виды ионизирующих излучений, поэтому при веншнем облучении они представляют для человека наиб опасность.Поглощенная доза излучения, равная отношению энергии, переданной ионизир излучением веществу, к массе вещ-ва: D=E/m. СИ –1грей=1дж/кг. Отношение поглощенной дозы излучения ко времени облучения наз-ся мощностью дозы излучения:D=d=D/t. СИ – Грей в секунду Поглощенная доза D, умноженная на коэффициент качества k, характеризует биологическое действие поглощ дозы и наз-ся эквивалентной дозой H: H=Dk СИ –зиверт Метод фотоэмульсий. Быстрая заряженная частица при движении в слое фотоэмульсии в результате ионизации создает вдоль траектории своего движения центры скрытого изображения. По толщине следа в фотоэмульсии и его длине можно определить заряд частицы и её энергию Сцинтилляционные счетчики. Процесс преобразования кинетической энергии быстрой заряженной частицы в энергию световой вспышки наз-ся сцинилляцией В совремменых сцинт счетчиках регистрация световых вспышек производится с помощью приборов, в которых за счет использования явления фотоэффекта энергиясветовой вспышки в кристалле преобоазуется в импульс эл тока. Камера Вильсона. Для выполнения точечных измерений физических характеристик регистрируемых частиц камеру Вильсона помещают в постоянное магнитное поле, Треки частиц,движ в маг поле, оказываются искривленными. Радиус кривизны трека зависит от скорости движения частиы, ее массы и заряда. При известной индукции маг поля эти хар-ки чсиц могут быть определены по радийсам кривизны треков.

Пузырьковая камера. В камере находится жидкость(жидкий водород, пропан, ксеон) при температуре близкой к кипению. Быстрые заряж частицы через маленькое в стенке камеры проникают в ее рабочий оюъем и образуют на своем пути цепочку иоеов. И в этот момент давление резко понижают и жидкость переходит в перегретое состояние. Ионы, вдоль пути частицы, обладают избыточ кинетич энергией, за счет которой температура в микроскопич объеме вблизи каждого иона повышается, вскипает, и образуются пузырьки пара вдоль траектории. Пуз камеру обычно помещают в постоян маг поле. Газоразрядные счетчики. Для регистрации быстрых заряж. частиц и гамма- квантов применяют счетчики Гейгера – Мюллера. Ионизационная камера представляет собой цилиндрический конденсатор, между электродами которого находится воздух или другой газ. С помощью ион камер можно регистрировать любые виды ядерных излучений. Для измерения доз гамма- квантов получ человеком используют дозиметры, по форме и размерам –авторучка.

Билет № 26

1. Магнитное взаимодействие токов. Магнитное поле и его характеристики. Сила Ампера. Сила Лоренца.

2. Законы взаимодействия атомов и молекул удается понять и объяснить на основе знаний о строении атома, используя планетарную модель его строения. В центре атома находится положительно заряженное ядро, вокруг которого вращаются по определенным орбитам отрицательно заряженные частицы. Взаимодействие между заряженными частицами называется электромагнитным. Интенсивность электромагнитного взаимодействия определяется физической величиной — электрическим зарядом, который обозначается q. Единица измерения электрического заряда — кулон (Кл). 1 кулон — это такой электрический заряд, который, проходя через поперечное сечение проводника за 1 с, создает в нем ток силой 1 А. Способность электрических зарядов как к взаимному притяжению, так и к взаимному отталкиванию объясняется существованием двух видов зарядов. Один вид заряда назвали положительным, носителем элементарного положительного заряда является протон. Другой вид заряда назвали отрицательным, его носителем является электрон. Элементарный заряд равен е=1,6•10^-19 Кл.

Магнитное поле представляет собой особую форму материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами.

Свойства магнитного поля:

1. Магнитное поле порождается электрическим током (движущимися зарядами).

2. Магнитное поле обнаруживается по действию на электрический ток (движущиеся заряды).

Подобно электрическому полю, магнитное поле существует реально, независимо от нас, от наших знаний о нем.

Подобно тому, как в пространстве, окружающем неподвижные электрические заряды, возникает электрическое поле, в пространстве, окружающем проводники с током, возникает магнитное поле. Магнитное поле представляет собой особый вид материи, посредством которого осуществляется взаимодействие между движущимися электрическими заряженными частицами. Основные свойства магнитного поля: магнитное поле порождается электрическим полем. Магнитное поле обнаруживается по действию на ток. Магнитное поле материально, оно действует на тела, а следовательно, обладает энергией. Экспериментальным доказательством реальности магнитного поля является факт существования электромагнитных волн. Сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, называется силой Ампера. Для характеристики способности магнитного поля оказывать силовое воздействие на проводник с током вводится векторная величина – магнитная индукция вектор В [Тл]. F=BILsin(альфа). Силу, действующую на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля, называют – силой Лоренца. F=B*q*V*sin(альфа). Условия существования электрического тока. Для того чтобы ток не прекращался, необходимо, чтобы на заряды, кроме электростатических сил, должны действовать сторонни силы, направленные противоположно электростатическим силам.( Химические реакции –в аккумуляторе, гальвонич элементе, свет –в фотоэлементе)

Сила Ампера равна произведению вектора магнитной индукции на силу тока, длину участка проводника и на синус угла между магнитной индукцией и участком проводника.

где l – длина проводника, B – вектор магнитной индукции.

Силу Ампера применяют в громкоговарителях, динамиках.

Силу, действующую на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля, называю силой Лоренца.

Сила Лоренца. Модуль F_L силы находится по формуле

где В — модуль индукции магнитного поля, в котором движется заряд, q и v — абсолютная величина заряда и его скорость, a - угол между векторами v и В. Эта сила перпендикулярна к векторам v и В, её направление находится по правилу левой руки: если руку расположить так, чтобы четыре вытянутых пальца совпадали с направлением движения положительного заряда, линии индукции магнитного поля входили в ладонь, то отставленный на 90⁰ большой палец показывает направление силы. В случае отрицательной частицы направление силы противоположное.

Так как сила Лоренца перпендикулярна скорости частицы, то. она не совершает работу.

2. Ядерные реакции. Цепные ядерные реакции. Термоядерные реакции. Проблемы ядерной энергетики.

Реакция происходит под действием медленных нейтронов. У нее две важных особенности: 1. При делении каждого ядра выделяется значительная энергия. 2. Каждый акт деления сопровождается вылетом 2- 3 вторичных нейтронов, те сделать реакцию цепной – самоподдерживающейся. Управляемые цепные ядерные реакции осуществляются в ядерных реакторах. В них используются не чистые изотопы, а их смеси, например природный уран, обогащенный изотопами урана 235. С помощью специальных поглотителей нейтронов число делений в единицу объема в единицу времени поддерживается на заданном уровне. Для реакции пригодны только ядра изотопов урана с массовым числом 235. Ядра делятся под действием как быстрых, так и медленных нейтронов. Для ее осуществления необходимо, чтобы среднее число высвободившихся в данной массе нейтронов не уменьшалось с течением времени. Важное значение имеет не вызывающий деления захват нейтронов ядрами изотопа 238. После захвата образуется радиоактивный изотоп 239/92 с периодом полураспада 23 минуты. Распад происходит с испусканием электрона и образованием первого зауранового элемента – нептуния: 239/92U-239/93Np + 0/-1 e Нептуний в свою очередь бета – радиоактивен с периодом полураспада около двух дней. Образуется плутоний. 239/93Ne-239/94Pu + 0/-1 e. Плутоний относительно стабилен, так как его период полураспада около 24000 лет. 2)Ядерные реакции бывают двух типов: происходит выделение энергии, требуется затратить энергию. Использую закон взаимосвязи массы и энергии, можно по разности масс частиц, вступающих в реакцию , и масс частиц, являющихся продуктами ядерной реакции, найти изменение энергии системы частиц (E₀=mc²) Если сумма масс исходного ядра и частиц, вступивших в ядерную реакцию, больше суммы масс ядра- продукта и испускаемых частиц, т.е разность масс положительна, то энергия выделяется. Отрицательный знак разности масс свидетельствует о поглощении энергии.

Цепные ядерные реакции. Частицами, способными к осуществлению цепных реакций, оказались нейтроны. Если создать условия, при которых вторичные нейтроны не вылетают из массы урана, а вызывает другие акты деления, то число раздеоившихся ядер растет по закону геометрической прогрессии. В результате можно реализовать цепную ядерную реакцию. Минимальная масса урана, достаточная для осуществления цепной реакции, наз –ся критической массой. Если заставить ядра дейтерия и трития слиться при колоссальных температурах и давлениях, то в результате образуются ядро гелия и нейтрон. При этом их суммарная масса будет меньше, чем суммарная масса исходных ядер. Потеря массы преобразуется в энергию – это и есть ядерный синтез. Ядерный синтез, происходящий в Солнце: 4 ядра водорода при температуре 15 миллионов градусов и давлении 200 миллиардов атмосфер сливаются в ядро гелия с потерей массы и выделение огромной энергии. Проблемы ядерного синтеза: высокая температура и давление, а преимущества в том, что этот источник энергии почти неисчерпаем. Если решится проблема управляемого ядерного синтеза, то будет решена энергетическая проблема (переработка 1кг дейтерии дала бы 24 миллиона кВт/ч энергии = 3 миллионам тонн угля). Проблемы ядерной энергетики: проблема захоронения и переработки ядерных отходов, аварии на АЭС, но АЭС не представляют опасности ядерного взрыва и почти не загрязняют окружающую среду, т.к. они намного экологичней ЭС, работающих на угле и других видах топлива.

Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 184; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78

Мы поможем в написании ваших работ!