Электромагнетизм



Скачать 102.41 Kb.
Дата05.05.2013
Размер102.41 Kb.
ТипДокументы
ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ.

Магнитные свойства вещества

Магнитные свойства вещества объясняются циркулирующими внутри любого вещества замкнутыми токами:


внутри атомов, вследствие движения электронов по орбитам, существуют элементарные эл.токи, которые создают элементарные магнитные поля.

1. если вещество не обладает магнитными свойствами - элементарные магнитные поля не одинаково направлены (из-за теплового движения);

2. если вещество обладает магнитными свойствами - элементарные магнитные поля одинаково направлены (сориентированы) и образуется собственное внутреннее магнитное поле вещества.


Намагничивание вещества – появление собственного внутреннего магнитного поля.

Все вещества, помещенные во внешнее магнитное поле, создают собственное внутреннее магнитное поле.

По своим магнитным свойствам все вещества подразделяются на:

парамагнетики

диамагнетики

ферромагнетики

слабомагнитные
вещества

слабомагнитные
вещества

сильномагнитные вещества

O2, Al, Pb и др.

гелий, аргон, Au, Zn, Cu, вода, стекло и др.

небольшая группа кристаллических

тел: Fe, Ni, Co и сплавы

внутреннее магнитное поле направлено так же, как и внешнее магнитное поле

внутреннее магнитное поле направлено противоположно внешнему магнитному полю, но слабо выражено

внутреннее магнитное поле в 100-1000 раз больше внешнего магнитного поля

Свойства ферромагнетиков:

  • Ферромагнетики – постоянные магниты (сохраняют сильную намагниченность после удаления внешнего магнитного поля)

  • Постоянные магниты при нагревании теряют свои магнитные свойства.

  • Сильное внутреннее магнитное поле ферромагнетиков объясняется обращением электронов по орбитам и вращением их вокруг собственной оси.

  • Чтобы размагнитить ферромагнетик, надо поместить его во внешнее магнитное поле противоположно направленное.


  • Ферриты – ферромагнетики, не проводящие электрический ток

Применение ферромагнитов:

–постоянные магниты, изготовление магнитной ленты и пленки;

– сердечники трансформаторов, генераторов, электродвигателей.
Магнитная проницаемость вещества

Во индукция магнитного поля (силовая характеристика) проводника с током в вакууме.

В – индукция магнитного поля проводника с током в другой среде.

Т.е. значение магнитной индукции зависит от среды, в которой существует магнитное поле.

Относительная магнитная проницаемость вещества ( µ) – отношение магнитной индукции В поля в данной среде к магнитной индукции Во в вакууме, которая характеризует магнитные свойства данной среды.



Таблица. Значение µ

для диамагнетиков

µ чуть <1

для парамагнетиков

µ чуть > 1

для ферромагнетиков

µ »1



никель

ферромагнетик

» 300

твердая сталь

ферромагнетик

»200

платина

парамагнетик

1,00026

алюминий

парамагнетик

1,000021

воздух

парамагнетик

1,0000004

медь

диамагнетик

0,9999904

стекло

диамагнетик

0,999987

висмут

диамагнетик

0,999843


ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В РАЗЛИЧНЫХ СРЕДАХ

Электрический ток в металлах – это упорядоченное движение электронов под действием эл. поля.

Классическая электронная теория Х. Лоренца :

  1. ионы образуют кристалл. решетку металла

  2. электроны в металлах ведут себя как электронный газ (как идеальный газ).

  3. электронный газ заполняет пространство между ионами металла (рис. 1.1)

  4. электроны движутся хаотично(при комнатной t° υ≈105м/с) и сталкиваются с ионами решетки

  5. электроны могут покинуть металл, преодолев потенциальный барьер (работа выхода) при высокой t°.

  6. электроны участвуют в тепловом движении




Рисунок 1.1
Газ свободных электронов в кристаллической решетке металла. Показана траектория одного из электронов

Электрический ток в полупроводниках

Полупроводник — материал, который по своей удельной проводимости (мера способности вещества проводить электрический ток) занимает промежуточное место между проводником и диэлектриком.

У проводников:

  1. свободные заряды (электроны) участвуют в тепловом движении

  2. электроны могут перемещаться по всему объему проводника.

  3. типичные проводники – металлы

  4. удельное электрическое сопротивление ρ < 10−5 Ом·м

Диэлектрики (изоляторы):

  1. состоят из нейтральных атомов или молекул

  2. заряженные частицы в нейтральном атоме связаны друг с другом

  3. у них отсутствуют свободные электрические заряды

  4. заряженные частицы не могут перемещаться под действием эл. поля по всему объему диэлектрика

  5. плохо проводят или совсем не проводят электрический ток

  6. материалы, у которых ρ > 108 Ом·м

Отличие полупроводников от металлов:

  • С понижением температуры удельное сопротивление ρ (Ом·м) металлов падает.

(ρ = 1 Ом·м– сопротивление однородного куска проводника длиной 1 м и площадью токоведущего сечения 1 м²)

  • У полупроводников с ↓ t° ρ возрастает, вблизи абсолютного нуля (−273,15 °C) они практически становятся изоляторами (рис. 1.2).



Рис. 1.2

Зависимость ρ чистого полупроводника от абсолютной температуры T

Зависимость ρ (T) показывает, что у полупроводников концентрация носителей свободного заряда не остается постоянной, а увеличивается с ↑ t°.

Механизм эл.тока на примере германия (Ge):

  1. атомы Ge на внешней оболочке имеют 4 слабо связанных электрона

  2. при ↑ t° некоторые валентные электроны могут получить Е для разрыва связей

  3. в кристалле возникнут свободные электроны проводимости

  4. в местах разрыва связей образуются дырки

  5. при заданной t° в единицу времени образуется определенное кол-во электронно-дырочных пар

  6. в отсутствие эл.поля ℮ проводимости и дырки участвуют в хаотическом тепловом движении

  7. ток I в полупроводнике складывается из электронного In и дырочного Ip токов: I= In+ Ip

  8. Концентрация проводимости в полупроводнике равна конц-ии дырок: nn = np.

  9. это механизм собственной электрической проводимости(полупроводников без примесей).


Рисунок 1.3.

Парно-электронные связи в кристалле Ge и образование электронно-дырочной пары
Примесная проводимость
  1. При наличии примесей эл.проводимость полупроводников изменяется

  2. примесная проводимость – проводимость полупроводников при наличии примесей (пример: добавка в кристалл Si примесей P)

Два типа: электронная и дырочная
3. дырочная проводимость полупроводника – перемещение электронных или ионных дырок под действием внешнего эл. поля (полупроводник p-типa) np >> nn.
  • ℮ переходят от одного атома к другому

Рисунок 1.4.

Атом индия в решетке Ge. Полупроводник p-типа

  • Атом In превращается в (–) ион, расположенный в узле кристалл.решетки, а в связи соседних атомов образуется вакансия. На эти места перескакивают ℮ из соседних связей, что приводит к блужданию дырок по кристаллу(рис.1.4)

  1. электронная проводимость – перемещение свободных электронов в полупроводнике. (полупроводник n-типа), nn >> np

  2. возникает, когда в кристалл Ge введены 5-ти валентные атомы мышьяка, As(рис.1.5)




Рисунок 1.5

Атом мышьяка в решетке Ge. Полупроводник n-типа

  1. Пятый ℮ отрывается от атома мышьяка и становится свободным

  2. Атом, потерявший электрон, превращается в (+) ион, расположенный в узле кристалл.решетки

  3. в кристалле появляется значительное число свободных ℮

  4. резко ↓ удельное сопротивление полупроводника (ρ) – в тысячи, миллионы раз.



Начало формы

Конец формы

Удельное электрическое сопротивление, или просто удельное сопротивление вещества характеризует его способность проводить электрический ток.

Единица измерения удельного сопротивления в СИом·метр (Ом·м). Физический смысл удельного сопротивления в СИ: сопротивление однородного куска проводника длиной 1 м и площадью токоведущего сечения 1 м².

В технике часто применяется в миллион раз большая производная единица: Ом·мм²/м, равная 106 от 1 Ом·м: 1 Ом·м = 1*10-6 Ом·мм²/м. Физический смысл удельного сопротивления в технике: сопротивление однородного куска проводника длиной 1 м и площадью токоведущего сечения 1 кв.мм.

Величина удельного сопротивления обозначается символом ρ (ро).

Сопротивление проводника с удельным сопротивлением ρ, длиной l и площадью сечения S может быть рассчитано по формуле:


Уде́льная проводи́мость (уде́льная электропрово́дность) — мера способности вещества проводить электрический ток. (Точнее следует говорить об электропроводности среды, т.к. не имеется в виду обязательно химически чистое вещество; эта величина различна для разных веществ или смесей, сплавов и т.п.). В линейном изотропном веществе плотность возникающего тока прямо пропорциональна электрическому полю (см. Закон Ома)



где

  • σ — удельная проводимость,

  • — вектор плотности тока,

  • — вектор напряжённости электрического поля.

В неоднородной среде σ может зависеть (и в общем случае зависит) от координат, т.е. не совпадает в различных точках проводника.

Величина, обратная удельной проводимости, называется удельным сопротивлением.

В системе СИ удельная электропроводность измеряется в сименсах на метр (См/м) или в Ом−1·м−1. В СГСЭ единицей удельной электропроводности является обратная секунда (с−1).

Похожие:

Электромагнетизм iconПрограмма по общему курсу Физики Раздел "Электромагнетизм". Постоянное магнитное поле
...
Электромагнетизм iconРезюме статьи «Основы механики эфира: структура электрона и электромагнетизм»
Резюме статьи «Основы механики эфира: структура электрона и электромагнетизм». Афонин В. В. Деп в Винити 29. 08. 08, №737-в 2008
Электромагнетизм iconЭлектромагнетизм
Эдс положительна, если направление обхода совпадает с направлением сторонних сил
Электромагнетизм iconПрограмма курса «механика. Электромагнетизм»
Кинематика материальной точки. Основные понятия. Линейные и угловые характеристики движения
Электромагнетизм iconЭлектромагнетизм и оптика I (Вопросы к билетам, сами билеты начинаются со следующей страницы) Постоянное электрическое поле
Потенциал электрического поля. Уравнение Пуассона. Общее решение в безграничном пространстве
Электромагнетизм iconВопросы по курсу общей физики к разделам «Механика. Электромагнетизм». (Химфак, 1 курс, 2 семестр)
Кинематика материальной точки. Основные определения. Линейные и угловые характеристики движения, связь между ними. Преобразования...
Электромагнетизм iconРеферат статьи «Понятие времени. Структура электрона и электромагнетизм»
Поэтому на рубеже 19 и 20 веков эта концепция, хотя и с большим сожалением, но была оставлена. Тем не менее, философская ценность...
Электромагнетизм icon«Электромагнетизм»
Один из взаимодействующих зарядов увеличили в 2 раза, а расстояние между зарядами уменьшили в 4 раза. Во сколько раз изменилась сила...
Электромагнетизм iconЭлектромагнетизм. Магнитное поле
Магнитное поле – это особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными...
Электромагнетизм iconАлександр Михайлович Ильянок Аннотация или краткая характеристика и
В результате получено новое Знание, которое меняет существующую картину мира. Предложена новая картина мира, в которой гравитация...
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org