Повторительно –обобщающия урок на тему «Основы термодинамики»

• 1 слайд

  ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ
  

• 2 слайд

  Электродинамика - наука о свойствах электромагнитного поля.
  
  Электромагнитное поле - определяется движением и взаимодействием заряженных частиц.
  
  Проявление эл/магнитного поля - это действие эл/магнитных сил:
  1) силы трения и силы упругости в макромире;
  2) действие эл/магнитных сил в микромире (строение атома, сцепление атомов в молекулы,
  превращение элементарных частиц)
  
  Открытие эл/магнитного поля - Дж. Максвелл.
  

• 3 слайд

  
  ЭЛЕКТРОСТАТИКА
  
  
  - раздел электродинамики, изучает покоящиеся электрически заряженные тела.
  
  Элементарные частицы могут иметь эл. заряд, тогда они называются заряженными;
  - взаимодействуют друг с другом с силами, которые зависят от расстояния между частицами,
  но превышают во много раз силы взаимного тяготения (это взаимодействие называется
  электромагнитным).
  
  Эл. заряд - физич. величина, определяет интенсивность эл/магнитных взаимодействий.
  Существует 2 знака эл.зарядов: положительный и отрицательный.
  Частицы с одноименными зарядами отталкиваются, с разноименными - притягиваются.
  Протон имеет положительный заряд, электрон - отрицательный, нейтрон - электрически нейтрален.
  
  Элементарный заряд - минимальный заряд, разделить который невозможно.
  Чем объяснить наличие электромагнитных сил в природе?
  - в состав всех тел входят заряженные частицы.
  В обычном состоянии тела эл. нейтральны (т.к. атом нейтрален), и эл/магн. силы не проявляются.
  
  Тело заряжено, если имеет избыток зарядов какого-либо знака:
  отрицательно заряжено - если избыток электронов;
  положительно заряжено - если недостаток электронов.
  
  Электризация тел - это один из способов получения заряженных тел, например, соприкосновением).
  При этом оба тела заряжаются , причем заряды противоположны по знаку, но равны по модулю.
  

• 4 слайд

  
  Закон сохранения электрического заряда.
  

• 5 слайд

  
  
  В замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов всех частиц остается неизменной.
  ( ... но, не числа заряженных частиц, т.к. существуют превращения элементарных частиц).
  

• 6 слайд

  Замкнутая система
  
  - система частиц, в которую не входят извне и не выходят наружу заряженные частицы.
  

• 7 слайд

  #
  

• 8 слайд

• 9 слайд

  Закон Кулона
  

• 10 слайд

  - основной закон электростатики.
  

• 11 слайд

  
  
  Сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме прямо пропорциональна
  произведению модулей заряда и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
  
  Когда тела считаются точечными? - если расстояние между ними во много раз больше размеров тел.
  Если у двух тел есть электрические заряды, то они взаимодействуют по закону Кулона.
  
  Единица электрического заряда
  1 Кл - заряд, проходящий за 1 секунду через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А.
  1 Кл - очень большой заряд.
  Элементарный заряд:
  
  
  

• 12 слайд

  Коэффициент пропорциональности
  

• 13 слайд

• 14 слайд

  Принято записывать коэффициент пропорциональности в законе Кулона в вакууме в виде
  

• 15 слайд

• 16 слайд

  где электрическая постоянная
  

• 17 слайд

• 18 слайд

  Закон Кулона для величины силы взаимодействия зарядов в произвольной среде (в СИ):
  

• 19 слайд

• 20 слайд

  Диэлектрическая проницаемость среды характеризует электрические свойства среды. В вакууме
  

• 21 слайд

• 22 слайд

  Таким образом, сила Кулона зависит от свойств среды между заряженными телами.
  

• 23 слайд

  
  
  БЛИЗКОДЕЙСТВИЕ И ДАЛЬНОДЕЙСТВИЕ
  

• 24 слайд

  Теория близкодействия - определяет вхзаимодействие между заряженными телами
  с помощью промежуточной среды (посредством электрического поля - Фарадей, Максвелл).
  

• 25 слайд

  Теория действия на расстоянии - взаимодействие между заряж. телами, передается мгновенно на любые расстояния через пустоту.
  
  Победила ТЕОРИЯ БЛИЗКОДЕЙСТВИЯ !!
  

• 26 слайд

  ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ
  
  
  - существует вокруг электрического заряда, материально.
  Основное свойство электрического поля: действие с силой на эл.заряд, внесенный в него.
  
  Электростатическое поле- поле неподвижного эл.заряда, не меняется со временем.
  
  Напряженность электрического поля. - количественная характеристика эл. поля.
  - это отношение силы, с которой поле действует на внесенный точечный заряд к величине этого заряда.
  - не зависит от величины внесенного заряда, а характеризует электрическое поле!
  

• 27 слайд

• 28 слайд

  Направление вектора напряженности 
  совпадает с направлением вектора силы, действующей на положительный заряд, и противоположно направлению силы, действующий на отрицательный заряд.
  

• 29 слайд

  Напряженность поля точечного заряда:
  

• 30 слайд

  
  где q0 - заряд, создающий электрическое поле.
  В любой точке поля напряженность направлена всегда вдоль прямой, соединяющей эту точку и q0.
  

• 31 слайд

• 32 слайд

  ПРИНЦИП СУПЕРПОЗИЦИИ ( НАЛОЖЕНИЯ ) ПОЛЕЙ
  

• 33 слайд

• 34 слайд

  Если в данной точке пространства различные электрически заряженные частицы 1, 2, 3... и т.д. создают электрические поля с напряженностью Е1, Е2, Е3 ... и т.д., то результирующая напряженность в данной точке поля равна геометрической сумме напряженностей.
  

• 35 слайд

  Силовые линии эл. поля - непрерывные линии, касательными к которым являются векторы напряженности эл.поля в этих точках.
  
  Однородное эл.поле - напряженность поля одинакова во всех точках этого поля.
  
  Свойства силовых линий: не замкнуты (идут от + заряда к _ ), непрерывны, не пересекаются,
  их густота говорит о напряженности поля (чем гуще линии, тем больше напряженность).
  

• 36 слайд

  Графически надо уметь показать эл.поля: точечного заряда, двух точечных зарядов, обкладок
  конденсатора ( в учебнике есть).
  

• 37 слайд

  ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ
  заряженного шара.
  

• 38 слайд

  Есть заряженный проводящий шар радиусом R.
  

• 39 слайд

• 40 слайд

  - заряд равномерно рапределен лишь по поверхности шара! 
  
  Напряженность эл. поля снаружи:
  

• 41 слайд

• 42 слайд

  Напряженность внутри шара: 
  
  Е = 0
  

• 43 слайд

  
  
  
  ПРОВОДНИКИ В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ
  

• 44 слайд

  Электростатическое поле - эл.поле, образованное неподвижными электрическими зарядами.
  
  Свободные электроны - электроны, способные свободно перемещаться внутри проводника ( в основном в металлах) под действием эл. поля;
  Свободные электроны возникают при образовании металлов: электроны с внешних оболочек атомов утрачивают связи с ядрами и начинают принадлежать всему проводнику;
  

• 45 слайд

  
  
  - участвуют в тепловом движении и могут свободно перемещаться по всему проводнику.
  
  Электростатическое поле внутри проводника
  - внутри проводника электростатического поля нет ( Е = 0 ), что справедливо для заряженного проводника и для незаряженного проводника, внесенного во внешнее электростатическое поле. 
  
  Почему? - т.к. существует явление электростатической индукции, т.е. 
  явление разделения зарядов в проводнике, внесенном в электростатическое поле ( Евнешнее) с образованием нового электростатического поля ( Евнутр.) внутри проводника.
  

• 46 слайд

  
  
  
  Внутри проводника оба поля ( Евнешн. и Евнутр.) компенсируют друг друга, тогда внутри проводника
  Е = 0.
  Заряды можно разделить:
  

• 47 слайд

  
  
  Электростатическая защита
  

• 48 слайд

  
  
  - металл. экран, внутри которого Е = 0, т.к. весь заряд будет сосредоточен на поверхности проводника.
  
  Электрический заряд проводников
  - весь статический заряд проводника расположен на его поверхности, внутри проводника q = 0;
  - справедливо для заряженных и незаряженных проводников в эл.поле.
  Линии напряженности эл.поля в любой точке поверхности проводника перпендикулярны этой поверхности.
  

• 49 слайд

  ДИЭЛЕКТРИКИ В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ
  

• 50 слайд

  Внутри диэлектрика может существовать электрическое поле!
  

• 51 слайд

  Электрические свойства нейтральных атомов и молекул:
  
  Нейтральный атом -положительный заряд ( ядро) сосредоточен в центре;
  - отрицательный заряд - электронная оболочка; 
  считается, что из-за большой скорости движения электронов по орбитам центр распределения отрицательного заряда совпадает с центром атома.
  
  Молекула - чаще всего - это система ионов с зарядами противоположных знаков ,
  т.к. внешние электроны слабо связаны с ядрами и могут переходить к другим атомам.
  
  Электрический диполь - молекула, в целом нейтральная , но центры распределения
  противоположных по знаку зарядов разнесены; рассматривается, как совокупность двух точечных зарядов, равных по модулю и противоположных по знаку,
  находящихся внутри молекулы на некотором расстоянии друг от друга.
  
  Существуют 2 вида диэлектриков ( различаются строением молекул) :
  
  1) полярные - молекулы, у которых центры положительного и отрицательного зарядов
  не совпадают ( спирты, вода и др.);
  

• 52 слайд

  
  2) неполярные - атомы и молекулы, у которых центры распределения зарядов совпадают (инертные газы, кислород, водород, полиэтилен и др.).
  

• 53 слайд

  ПОЛЯРИЗАЦИЯ ДИЭЛЕКТРИКОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ
  

• 54 слайд

  - смещение положительного и отрицательного зарядов в противоположные стороны, т.е.ориентация молекул.
  

• 55 слайд

  Поляризация полярных диэлектриков
  
  Диэлектрик вне эл.поля - в результате теплового движения электрические диполи ориентированы беспорядочно на поверхности и внутри диэлектрика.
  q = 0 и Eвнутр = 0
  
  Диэлектрик в однородном эл.поле - на диполи действуют силы, создают моменты сил и поворачивают диполи вдоль силовых линий эл.поля.
  

• 56 слайд

  
  
  НО ориентация диполей - только частичная, т.к. мешает тепловое движение.
  На поверхности диэлектрика возникают связанные заряды, а внутри диэлектрика заряды диполей компенсируют друг друга.
  Таким образом, средний связанный заряд диэлектрика = 0.
  
  Поляризация неполярных диэлектриков - тоже поляризуются в эл.поле: положительные и отрицательные заряды молекул смещаются,
  

• 57 слайд

  
  
  центры распределения зарядов перестают совпадать (как диполи), на поверхности диэлектрика возникает связанный заряд, а внутри эл.поле лишь ослабляется.
  

• 58 слайд

  
  Ослабление поля зависит от свойств диэлектрика.
  

• 59 слайд

• 60 слайд

  РАБОТА ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ ПО ПЕРЕМЕЩЕНИЮ ЗАРЯДА
  

• 61 слайд

  Электростатическое поле - эл. поле неподвижного заряда.
  Fэл , действующая на заряд, перемещает его, совершая раборту.
  В однородном электрическом поле Fэл = qE - постоянная величина
  

• 62 слайд

  
  
  
  
  Работа поля (эл. силы) не зависит от формы траектории и на замкнутой траектории = нулю.
  

• 63 слайд

  ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ ЗАРЯЖЕННОГО ТЕЛА В ОДНОРОДНОМ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ
  

• 64 слайд

  Электростатическая энергия - потенциальная энергия системы заряженных тел (т.к. они взаимодействуют и способны совершить работу).
  

• 65 слайд

  
  
  Так как работа поля не зависит от формы траектории, то одновременно
  

• 66 слайд

  
  
  сравнивая формулы работы, получим потенциальную энергию заряда в однородном электростатическом поле
  

• 67 слайд

  
  
  Если поле совершает положительную работу ( вдоль силовых линий ), то потенциальная энергия
  заряженного тела уменьшается (но согласно закону сохранения энергии увеличивается кинетическая энергия ) и наоборот.
  

• 68 слайд

  
  ПОТЕНЦИАЛ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ
  

• 69 слайд

  -энергитическая характеристика эл. поля.
  - равен отношению потенциальной энергии заряда в поле к этому заряду.
  - скалярная величина, определяющая потенциальную энергию заряда в любой точке эл. поля.
  

• 70 слайд

  
  
  
  
  
  
  
  
  Величина потенциала считается относительно выбранного нулевого уровня.
  

• 71 слайд

  
  РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ ( или иначе НАПРЯЖЕНИЕ )
  

• 72 слайд

  - это разность потенциалов в начальной и конечной точках траектории заряда.
  

• 73 слайд

• 74 слайд

  
  Напряжение между двумя точками ( U ) равно разности потенциалов этих точек и равно работе поля по перемещению единичного заряда.
  

• 75 слайд

  
  СВЯЗЬ МЕЖДУ НАПРЯЖЕННОСТЬЮ ПОЛЯ И РАЗНОСТЬЮ ПОТЕНЦИАЛОВ
  
  
  
  
  Чем меньше меняется потенциал на отрезке пути, тем меньше напряженность поля.
  Напряженность эл. поля направлена в сторону уменьшения потенциала.
  

• 76 слайд

  
  ЭКВИПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ПОВЕРХНОСТИ
  
  - поверхности, все точки которых имеют одинаковый потенциал
  

• 77 слайд

  
  
  для однородного поля - это плоскость
  

• 78 слайд

• 79 слайд

  .для поля точечного заряда - это концентрические сферы
  
  
  
  Эквипотенциальная поверхность имеется у любого проводника в электростатическом поле, т.к. силовые линии перпендикулярны поверхности проводника.
  Все точки внутри проводника имеют одинаковый потенциал ( =0).
  Напряженность внутри проводника = 0, значит и разность потенциалов внутри = 0.
  

• 80 слайд

• 81 слайд

  ЭЛЕКТРОЕМКОСТЬ
  
  - характеризует способность двух проводников накапливать электрический заряд. 
  - не зависит от q и U.
  - зависит от геометрических размеров проводников, их формы, взаимного расположения, электрических свойств среды между проводниками.
  

• 82 слайд

  
  
  
  
  Единицы измерения в СИ: ( Ф - фарад )
  

• 83 слайд

• 84 слайд

  
  КОНДЕНСАТОРЫ
  

• 85 слайд

  - электротехническое устройство, накапливающее заряд
  ( два проводника, разделенных слоем диэлектрика ).
  

• 86 слайд

  
  
  
  где d много меньше размеров проводника.
  
  Обозначение на электрических схемах:
  

• 87 слайд

  
  Все электрическое поле сосредоточено внутри конденсатора.
  Заряд конденсатора - это абсолютное значение заряда одной из обкладок конденсатора.
  

• 88 слайд

  Виды конденсаторов:
  1. по виду диэлектрика: воздушные, слюдяные, керамические, электролитические
  2. по форме обкладок: плоские, сферические.
  3. по величине емкости: постоянные, переменные (подстроечные).
  

• 89 слайд

  Электроемкость плоского конденсатора
  

• 90 слайд

  
  
  где S - площадь пластины (обкладки) конденсатора
  d - расстояние между пластинами
  eо - электрическая постоянная
  e - диэлектрическая проницаемость диэлектрика
  

• 91 слайд

  Включение конденсаторов в электрическую цепь
  

• 92 слайд

  параллельное
  

• 93 слайд

• 94 слайд

  последовательное
  

• 95 слайд

• 96 слайд

  
  Тогда общая электроемкость (С):
  

• 97 слайд

  при параллельном включении
  

• 98 слайд

  .
  
  при последовательном включении
  

• 99 слайд

• 100 слайд

  ЭНЕРГИЯ ЗАРЯЖЕННОГО КОНДЕНСАТОРА
  

• 101 слайд

  Конденсатор - это система заряженных тел и обладает энергией.
  Энергия любого конденсатора:
  

• 102 слайд

  
  
  
  
  где С - емкость конденсатора
  q - заряд конденсатора
  U - напряжение на обкладках конденсатора
  Энергия конденсатора равна работе, которую совершит электрическое поле при сближении пластин конденсатора вплотную,
  или равна работе по разделению положительных и отрицательных зарядов , необходимой при зарядке конденсатора.
  

• 103 слайд

  ЭНЕРГИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ КОНДЕНСАТОРА
  

• 104 слайд

  Энергия конденсатора приблизительно равна квадрату напряженности эл. поля внутри конденсатора.
  Плотность энергии эл. поля конденсатора:
  
  

• 105 слайд