Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Fizyka E LEKTRYCZNOŚĆ I M AGNETYZM Wykład III Pola prądów stałych Prowadzący: Krzysztof KucabRzeszów, XI 2009r.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Fizyka E LEKTRYCZNOŚĆ I M AGNETYZM Wykład III Pola prądów stałych Prowadzący: Krzysztof KucabRzeszów, XI 2009r."— Zapis prezentacji:

1 Fizyka E LEKTRYCZNOŚĆ I M AGNETYZM Wykład III Pola prądów stałych Prowadzący: Krzysztof KucabRzeszów, XI 2009r.

2 Plan wykładu Pola prądów stałych podstawowe prawa rządzące przepływem prądu elektrycznego; klasyczna teoria przewodnictwa elektrycznego metali; metale, półprzewodniki i izolatory; prądy w cieczach; siły w polu magnetycznym w próżni; pole magnetyczne wokół przewodników z prądem; potencjał wektorowy pola magnetycznego.

3 Uporządkowany ruch (względem obserwatora) ładunków elektrycznych nazywamy prądem elektrycznym. Nośnikami prądu elektrycznego mogą być: - elektrony; - jony; - dziury. Prawa rządzące przepływem prądu el.

4 Całkowity ładunek elektryczny przenoszony przez daną powierzchnię w jednostce czasu to natężenie prądu elektrycznego (I). W zapisie ogólnym: Jednostką natężenia prądu elektrycznego w układzie SI jest amper. Prawa rządzące przepływem prądu el.

5 Amper w układzie SI jest jednostką podstawową. Stały prąd elektryczny o natężeniu 1A to taki prąd, który płynąc w dwóch równoległych, prostoliniowych, nieskończenie długich przewodach o znikomo małym przekroju kołowym, umieszczonych w próżni w odległości 1m od siebie, spowodowałby wzajemne oddziaływanie przewodów na siebie z siłą równą 2·10 -7 N na każdy metr długości przewodu. Prawa rządzące przepływem prądu el.

6 André Marie Ampère ( ) Źródło – Wikipedia Metale, półprzewodniki, izolatory

7 Wektor gęstości prądu elektrycznego j to wektor, którego kierunek jest zgodny z kierunkiem ruchu ładunków dodatnich, natomiast wartość jest równa natężeniu prądu przypadającemu na jednostkę powierzchni prostopadłej do kierunku przepływu prądu elektrycznego. Prawa rządzące przepływem prądu el.

8 Prawo Ohma Natężenie prądu I płynącego przez przewodnik (którego końce mają potencjały elektryczne V 1 i V 2 ) jest proporcjonalne do różnicy tych potencjałów gdzie wielkość R nazywamy oporem elektrycznym. Prawa rządzące przepływem prądu el.

9 Jednostką oporu elektrycznego jest om. Georg Simon Ohm ( ) Prawa rządzące przepływem prądu el.

10 Możemy otrzymać następującą postać prawa Ohma gdzie jest przewodnością elektryczną właściwą Opór właściwy przewodnika: Prawa rządzące przepływem prądu el.

11 Prawo Joulea-Lenza Moc wydzielana w przewodniku podczas przepływu prądu elektrycznego I jest proporcjonalna do jego oporu elektrycznego Prawa rządzące przepływem prądu el.

12 Równanie ciągłości Prawa rządzące przepływem prądu el.

13 Łączenie oporników Łączenie szeregowe: Łączenie równoległe: Prawa rządzące przepływem prądu el. R1R1 R2R2 RnRn RzRz R1R1 R2R2 RnRn RzRz

14 Siła elektromotoryczna Siłą elektromotoryczną E nazywamy pracę sił zewnętrznych przypadającą na jednostkę ładunku dodatniego Napięcie pomiędzy dwoma punktami przewodnika równe jest różnicy potencjałów pomiędzy tymi punktami oraz siły elektromotorycznej występującej na rozważanym odcinku. Prawa rządzące przepływem prądu el.

15 Prawa Kirchhoffa I prawo Kirchhoffa - algebraiczna suma natężeń prądów schodzących się w węźle jest równa zeru II prawo Kirchhoffa - w dowolnym oczku obwodu suma iloczynów natężeń prądu i oporów odpowiednich odcinków obwodu jest równa sumie sił elektromotorycznych występujących w tym obwodzie Prawa rządzące przepływem prądu el.

16 Teoria przewodnictwa elektrycznego metali Drudego Podstawowe założenie teorii: w metalach istnieją swobodne nośniki ładunku elektrycznego (elektrony) zachowujące się tak jak gaz klasyczny. Klasyczna teoria przewodnictwa

17 Można wykazać (ćwiczenia), że gdzie n jest gęstością nośników ładunku, jest średnim czasem między ich zderzeniami, v d to tzw. prędkość dryfu ładunków. UWAGA dla drutu miedzianego dla mamy Klasyczna teoria przewodnictwa

18 Przybliżenie elektronów prawie swobodnych: Przybliżenie elektronów silnie związanych: Metale, półprzewodniki, izolatory

19 Izolator Półprzewodnik (samoistny) Metal Metale, półprzewodniki, izolatory

20 Półprzewodnik Półprzewodnik (typu n) (typu p) Metale, półprzewodniki, izolatory

21 Źródło – Wikipedia Metale, półprzewodniki, izolatory Materiał Symbol Przerwa E G [eV] w 300 K arsenek glinuAlAs2,16 fosforek glinuAlP2,45 antymonek glinuAlSb1,6 siarczek kadmuCdS2,42 selenek kadmuCdSe1,73 tellurek kadmuCdTe1,49 arsenek galuGaAs1,43 azotek galuGaN3,4 fosforek galuGaP2,26 siarczek galuGaS2,5 (w 295 K) antymonek galuGaSb0,726 germanGe0,67 arsenek induInAs0,36 fosforek induInP1,35 siarczek ołowiuPbS0,37 selenek ołowiuPbSe0,27 tellurek ołowiuPbTe0,29 krzemSi1,11 węglik krzemuSiC2,86 tlenek tytanu(IV)TiO 2 3,0-3,2 siarczek cynkuZnS3,6 selenek cynkuZnSe2,7 tellurek cynkuZnTe2,25

22 Ciecze należą do przewodników drugiego rodzaju, tzw. elektrolitów. Przewodnictwo cieczy jest spowodowane istnieniem w niej jonów. Obecność jonów w cieczy zawdzięczamy zjawisku dysocjacji. Prądy w cieczach

23 Prawa elektrolizy I prawo Faradaya – masa m substancji wydzielającej się na elektrodzie jest proporcjonalna do przepływającego przez elektrolit ładunku Q gdzie współczynnik k zależy tylko od rodzaju wydzielającej się substancji i składu elektrolitu. Nazywamy go równoważnikiem elektrochemicznym. Prądy w cieczach

24 Prawa elektrolizy II prawo Faradaya – równoważniki elektrochemiczne k pierwiastków są proporcjonalne do ich równoważników chemicznych gdzie F jest tzw. stałą Faradaya, A jest masą molową zaś z jest wartościowością danego pierwiastka. Prądy w cieczach

25 Fakt doświadczalny Na cząstkę obdarzoną ładunkiem Q poruszającą się z prędkością v w polu magnetycznym o indukcji B w inercjalnym układzie odniesienia działa siła Siły w polu magnetycznym w próżni

26 Tak więc siła działająca na przewodnik, przez który płynie prąd elektryczny wynosi: Siły w polu magnetycznym w próżni

27 Jeżeli ramkę utworzoną z przewodnika, w którym płynie prąd elektryczny I umieścimy w jednorodnym polu magnetycznym B tak, by jej dwa boki (o dł. L) były prostopadłe do kierunku pola, to na ramkę działa ze strony pola moment pary sił gdzie wektor p m to tzw. dipolowy moment magnetyczny obwodu z prądem Siły w polu magnetycznym w próżni

28 Moment pary sił działających na ramkę z prądem umieszczoną w polu magnetycznym Siły w polu magnetycznym w próżni

29 Prawo Biota-Savarta Pole magnetyczne obwodu z prądem jest sumą przyczynków postaci: gdzie dB jest przyczynkiem do indukcji magnetycznej pochodzącym od ele- mentu prądu Idl w punkcie odległym od tego elementu o r w kierunku i r =r/r. Siły w polu magnetycznym w próżni

30 Prawo Biota-Savarta Możemy więc zapisać: gdzie i t =dl/dl. Wielkość 0 to przenikalność magnetyczna próżni Siły w polu magnetycznym w próżni

31 Prawo Gaussa Strumień indukcji pola magnetycznego przez dowolną powierzchnię zamkniętą jest zawsze równy zeru lub w postaci równoważnej Siły w polu magnetycznym w próżni

32 Jednostką strumienia magnetycznego jest weber Siły w polu magnetycznym w próżni

33 Prawo Ampèrea Krążenie wektora indukcji magnetycznej wzdłuż dowolnej krzywej zamkniętej C otaczającej przewodnik, wzdłuż którego płynie prąd o natężeniu I jest proporcjonalne do tego natężenia lub w postaci równoważnej Siły w polu magnetycznym w próżni

34 Cewki Helmholtza Względnie jednorodne pole pośrodku obszaru pomiędzy cewkami Źródło – Wikipedia Metody wytwarzania wysokich potencjałów

35 Wektor indukcji magnetycznej B można przedstawić jako rotację pewnego wektora A, który nazywamy potencjałem wektorowym pola magnetycznego (ćwiczenia): W przypadku prądu liniowego mamy: gdzie całkowanie rozpięte jest na krzywą C, wzdłuż której płynie prąd liniowy. Potencjał wektorowy pola

36 Dla danego pola B pole wektorowe A nie jest określone jednoznacznie. Wybór potencjału w postaci nie zmieni pola B. Powyższe przekształcenie nazywamy transformacją cechowania. Potencjał wektorowy pola

37 Cechowanie kulombowskie Można wykazać (ćwiczenia), że przy cechowaniu kulombowskim potencjał wektorowy A spełnia równanie Poissona: Potencjał wektorowy pola


Pobierz ppt "Fizyka E LEKTRYCZNOŚĆ I M AGNETYZM Wykład III Pola prądów stałych Prowadzący: Krzysztof KucabRzeszów, XI 2009r."

Podobne prezentacje


Reklamy Google