Ang gawain ng electric field kapag inililipat ang singil. Ang gawain ng electrostatic field. Potensyal. mga equipotential na ibabaw. Nagpapakita ang mga linya ng field

Alam na ngayon na ang isang puwersa ay kumikilos sa isang singil na inilagay sa isang electric field. Samakatuwid, ang paggalaw ng isang singil sa isang electric field ay sasamahan ng trabaho

dA > 0 kung ang gawain ay ginawa ng field forces;

dA< 0 в случае, если работа совершается panlabas na pwersa laban sa mga puwersa ng larangan.

Isaalang-alang ang paggalaw ng test charge Q 0 mula sa point 1 hanggang point 2 sa larangan ng pwersa na nilikha ng charge Q.

Ang larangan ng pwersa ay sentral (Larawan 73). Ang gawaing ginawa sa landas dl ay magiging katumbas ng

Samakatuwid ang gawain upang ilipat ang singil mula sa punto 1 hanggang sa punto 2

Kung ang trabaho ay ginagawa ng mga panlabas na puwersa, kung gayon

Ang electrostatic field ay potensyal. Nangangahulugan ito na ang gawain upang ilipat ang singil ay hindi nakasalalay sa landas kung saan gumagalaw ang singil, ngunit nakasalalay lamang sa paunang at huling posisyon ng singil.

Ang isang katawan na matatagpuan sa isang potensyal na larangan ng mga puwersa ay may potensyal na enerhiya, dahil sa kung saan ang trabaho ay ginagawa ng mga puwersa ng patlang. Samakatuwid, ang resultang expression para sa trabaho ay maaaring kinakatawan bilang ang pagkakaiba sa pagitan ng mga potensyal na enerhiya ng singil Q 0 sa larangan ng mga puwersa na nilikha ng singil Q

Kaya, ang potensyal na enerhiya sa bawat punto ng field ay nakasalalay sa halaga ng test charge Q 0 . Ngunit kung kukunin natin ang ratio W/Q 0 , kung gayon ito ay magdedepende lamang sa punto ng field, at hindi magdedepende sa halaga ng singil na inilagay sa puntong ito. Saloobin = φ ay tinatawag na field potential.

Potensyal electric field tinatawag na pisikal na dami na katumbas ng ratio potensyal na enerhiya, na nakakakuha ng positibong singil Q 0 kung ito ay inilipat mula sa V ibinigay na punto field, sa halaga ng singil na ito

Mula sa pagkakapantay-pantay A 12 \u003d -A 21 isa pang kahulugan ang sumusunod.

potensyal sa larangan ang isang pisikal na dami ay tinatawag, ayon sa bilang na katumbas ng gawaing ginagawa ng mga puwersa ng field sa isang unit positive charge, kapag ito ay inalis mula sa isang partikular na punto ng field hanggang sa infinity.

Ang potensyal ay isang scalar na dami. Sa kaso ng superposition (superposition) ng mga electric field, ang potensyal ng kabuuang electric field ay tinukoy bilang ang algebraic na kabuuan ng mga potensyal ng mga superimposed na field.

Ang expression para sa gawain ng paglipat ng isang singil mula sa isang punto na may potensyal na φ 1 patungo sa isang punto na may potensyal na φ 2 ay may anyo

A 12 \u003d Q (φ 2 - φ 1).

Ang trabaho ay sinusukat sa J o eV. 1eV = 1.6 ∙10 -19 J.

Para sa isang visual na representasyon ng field, sa halip na mga linya ng pag-igting (mga linya ng puwersa), maaari mong gamitin ang mga ibabaw ng pantay na potensyal o equipotential na mga ibabaw. Equipotential ibabaw ay isang ibabaw na lahat ng mga punto ay may parehong potensyal. Kung ang potensyal ay ibinigay bilang isang function ng x, y, z coordinate, kung gayon ang equipotential surface equation ay:

φ (x, y, z) = const.

Equipotential lines - ang mga linyang nabuo mula sa intersection ng equipotential surface na may isang eroplano ay iginuhit upang ang direksyon ng normal sa kanila ay tumutugma sa direksyon ng vector sa parehong punto (Larawan 74).

Ang isang equipotential na ibabaw ay maaaring iguhit sa anumang punto sa field. Samakatuwid, maaaring mayroong isang walang katapusang bilang ng mga naturang ibabaw.

Sumang-ayon kami, gayunpaman, na isagawa ang mga ito sa paraang ang potensyal na pagkakaiba para sa dalawang magkatabing equipotential na ibabaw ay pareho sa lahat ng dako. Pagkatapos, sa pamamagitan ng kanilang density, maaaring hatulan ng isa ang laki ng lakas ng field.

Ang mga puwersa ay kumikilos sa mga singil sa kuryente sa isang electrostatic field. Samakatuwid, kung ang mga singil ay gumagalaw, ang mga puwersang ito ay gumagana. Kalkulahin ang gawain ng mga puwersa ng isang homogenous electrostatic field kapag gumagalaw positibong singil q mula sa isang punto A eksakto B(Larawan 1).

bawat singil q, inilagay sa isang pare-parehong electric field na may intensity E, kumikilos ang puwersa \(~\vec F = q \cdot \vec E \). Maaaring kalkulahin ang field work sa pamamagitan ng formula

\(~A_(AB) = F \cdot \Delta r \cdot \cos \alpha,\)

kung saan ∆ r⋅cosα = AC = x 2 – x 1 = Δ x- projection ng displacement papunta sa linya ng puwersa (Larawan 2).

\(~A_(AB) = q \cdot E \cdot \Delta x. \ \ (1)\)

Isaalang-alang ngayon ang paggalaw ng singil kasama ang tilapon ACB(tingnan ang fig. 1). Sa kasong ito, ang gawain ng isang homogenous na larangan ay maaaring katawanin bilang kabuuan ng mga gawa sa mga lugar AC At CB:

\(~A_(ACB) = A_(AC) + A_(CB) = q \cdot E \cdot \Delta x + 0 = q \cdot E \cdot \Delta x\)

(Lokasyon sa CB ang trabaho ay zero, dahil ang displacement ay patayo sa puwersa \(~\vec F \)). Gaya ng nakikita mo, ang field work ay kapareho ng kapag gumagalaw ang charge sa segment AB.

Ito ay hindi mahirap upang patunayan na ang gawain ng patlang kapag ang paglipat ng isang singil sa pagitan ng mga puntos AB kasama ang anumang trajectory lahat ay magiging ayon sa parehong formula 1.

kaya,

ang gawain ng paglipat ng isang singil sa isang electrostatic na patlang ay hindi nakasalalay sa hugis ng tilapon kung saan gumagalaw ang singil q , ngunit nakasalalay lamang sa mga inisyal at huling posisyon ng pagsingil.
Ang pahayag na ito ay totoo rin para sa isang hindi magkakatulad na electrostatic field.

Maghanap tayo ng trabaho sa isang closed trajectory ABCA:

\(~A_(ABCA) = A_(AB) + A_(BC) + A_(CA) = q \cdot E \cdot \Delta x + 0 - q \cdot E \cdot \Delta x = 0.\)

Ang patlang, ang gawain ng mga puwersa na hindi nakasalalay sa hugis ng tilapon at katumbas ng zero sa isang saradong tilapon, ay tinatawag potensyal o konserbatibo.

Potensyal

Ito ay kilala mula sa mekanika na ang gawain ng mga konserbatibong pwersa ay nauugnay sa isang pagbabago sa potensyal na enerhiya. Ang system na "charge - electrostatic field" ay may potensyal na enerhiya (enerhiya ng electrostatic na pakikipag-ugnayan). Samakatuwid, kung hindi natin isasaalang-alang ang pakikipag-ugnayan ng singil sa gravitational field at kapaligiran, kung gayon ang gawaing ginawa kapag naglilipat ng singil sa isang electrostatic field ay katumbas ng pagbabago sa potensyal na enerhiya ng singil, na kinuha gamit ang kabaligtaran na tanda:

\(~A_(12) = -(W_(2) - W_(1)) = W_(1) - W_(2) . \)

Ang paghahambing ng nagresultang expression sa Equation 1, maaari nating tapusin iyon

\(~W = -q \cdot E \cdot x, \)

saan x ay ang charge coordinate sa 0X axis na nakadirekta sa field line (tingnan ang Fig. 1). Dahil ang charge coordinate ay nakasalalay sa pagpili ng reference frame, ang potensyal na enerhiya ng charge ay nakasalalay din sa pagpili ng reference frame.

Kung W 2 = 0, pagkatapos ay sa bawat punto ng electrostatic field ang potensyal na enerhiya ng singil q 0 ay katumbas ng gawaing gagawin sa pamamagitan ng paglipat ng singil q 0 mula sa isang naibigay na punto hanggang sa isang punto na may zero na enerhiya.

Hayaang malikha ang isang electrostatic field sa ilang rehiyon ng espasyo sa pamamagitan ng isang positibong singil q. Maglalagay kami ng iba't ibang mga singil sa pagsubok sa isang punto ng field na ito q 0 . Ang kanilang potensyal na enerhiya ay iba, ngunit ang ratio \(~\dfrac(W)(q_0) = \operatorname(const)\) para sa isang partikular na punto ng field ay nagsisilbing katangian ng field, na tinatawag na potensyal field φ sa isang naibigay na punto.

Ang potensyal ng electrostatic field φ sa isang naibigay na punto sa espasyo ay isang scalar na pisikal na dami na katumbas ng ratio ng potensyal na enerhiya W, na may point charge q sa isang partikular na punto sa espasyo, sa halaga ng singil na ito:

\(~\varphi = \dfrac(W)(q) .\)

Ang yunit ng SI ng potensyal ay boltahe(V): 1 V = 1 J/C.

Ang potensyal ay ang katangian ng enerhiya ng patlang.

Mga potensyal na katangian.

Ang potensyal, tulad ng potensyal na enerhiya ng singil, ay nakasalalay sa pagpili ng reference system (zero level). SA pamamaraan para sa zero potensyal piliin ang potensyal ng ibabaw ng Earth o isang konduktor na konektado sa lupa. Ang ganitong konduktor ay tinatawag pinagbabatayan. SA pisika para sa reference point (zero level) ng potensyal (at potensyal na enerhiya) ay kinukuha sa anumang puntong walang katapusan ang layo mula sa mga singil na lumilikha ng field.

Sa malayo r mula sa isang point charge q, na lumilikha ng isang field, ang potensyal ay tinutukoy ng formula

\(~\varphi = k \cdot \dfrac(q)(r).\)

Potensyal sa anumang punto ng field na ginawa positibo singilin q, positibo, at ang field na nilikha ng negatibong singil ay negatibo: kung q> 0, pagkatapos ay φ > 0; Kung q < 0, то φ < 0.

Ang potensyal ng patlang na nabuo ng isang unipormeng sisingilin na conducting sphere na may radius R, sa isang punto sa layo r mula sa gitna ng globo \(~\varphi = k \cdot \dfrac(q)(R)\) para sa r ≤ R at \(~\varphi = k \cdot \dfrac(q)(r)\) kasama r > R .

Prinsipyo ng superposisyon: ang potensyal na φ ng patlang na nilikha ng sistema ng mga singil sa ilang punto sa espasyo ay katumbas ng algebraic na kabuuan ng mga potensyal na nilikha sa puntong ito ng bawat singil nang hiwalay:

\(~\varphi = \varphi_1 + \varphi_2 + \varphi_3 + ... = \sum_(i=1)^n \varphi_i .\)

Ang pag-alam sa potensyal na φ ng patlang sa isang naibigay na punto, posibleng kalkulahin ang potensyal na enerhiya ng singil q 0 na inilagay sa puntong ito: W 1 = q 0 ⋅φ. Kung ipagpalagay natin na ang pangalawang punto ay nasa infinity, i.e. W 2 = 0, pagkatapos

\(~A_(1\infty) = W_(1) = q_0 \cdot \varphi_1 .\)

Potensyal na enerhiya ng pagsingil q 0 sa isang naibigay na punto ng field ay magiging katumbas ng gawain ng mga puwersa ng electrostatic field upang ilipat ang singil q 0 mula sa isang naibigay na punto hanggang sa infinity. Mula sa huling formula na mayroon kami

\(~\varphi_1 = \dfrac(A_(1\infty))(q_0).\)

Ang pisikal na kahulugan ng potensyal: ang potensyal ng field sa isang partikular na punto ay katumbas ng numero sa gawain ng paglipat ng isang unit positive charge mula sa isang partikular na punto patungo sa infinity.

Potensyal na enerhiya ng pagsingil q 0 na inilagay sa isang electrostatic field ng isang point charge q sa distansya r Galing sa kanya,

\(~W = k \cdot \dfrac(q \cdot q_0)(r).\)

Kung q At q 0 - tulad ng mga singil, kung gayon W> 0 kung q At q 0 - mga singil ng iba't ibang sign, pagkatapos W < 0.

Tandaan na ang formula na ito ay maaaring gamitin upang kalkulahin ang potensyal na enerhiya ng pakikipag-ugnayan ng dalawang puntong singil, kung para sa zero na halaga W ang halaga nito ay pinili sa r = ∞.

Potensyal na pagkakaiba. Boltahe

Ang gawain ng mga puwersa ng electrostatic field sa paggalaw ng singil q 0 mula sa punto 1 eksakto 2 mga patlang

\(~A_(12) = W_(1) - W_(2) .\)

Ipahayag natin ang potensyal na enerhiya sa mga tuntunin ng mga potensyal na patlang sa kaugnay na mga punto:

\(~W_(1) = q_0 \cdot \varphi_1 , W_(2) = q_0 \cdot \varphi_2 .\)

\(~A_(12) = q_0 \cdot (\varphi_1 - \varphi_2) .\)

Kaya, ang gawain ay natutukoy sa pamamagitan ng produkto ng singil at ang potensyal na pagkakaiba ng paunang at panghuling mga punto.

Mula sa formula na ito, ang potensyal na pagkakaiba

\(~\varphi_1 - \varphi_2 = \dfrac(A_(12))(q_0) .\)

Potensyal na pagkakaiba ay isang scalar na pisikal na dami, ayon sa bilang na katumbas ng ratio ng gawain ng mga puwersa ng patlang upang ilipat ang singil sa pagitan ng mga ibinigay na punto ng patlang sa singil na ito.

Ang yunit ng SI para sa potensyal na pagkakaiba ay ang volt (V).

Ang 1 V ay ang potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng dalawang naturang mga punto ng electrostatic field, kapag gumagalaw sa pagitan kung saan ang isang singil ng 1 C ay ginagawa ng mga puwersa ng field, ang gawain ng 1 J ay ginaganap.

Ang potensyal na pagkakaiba, hindi katulad ng potensyal, ay hindi nakasalalay sa pagpili ng zero point. Ang potensyal na pagkakaiba φ 1 - φ 2 ay madalas na tinatawag boltahe ng kuryente sa pagitan ng mga ibinigay na punto ng field at denote U:

\(~U = \varphi_1 - \varphi_2 .\)

Boltahe sa pagitan ng dalawang punto ng patlang ay tinutukoy ng gawain ng mga puwersa ng patlang na ito upang ilipat ang isang singil na 1 C mula sa isang punto patungo sa isa pa.

Ang gawain ng mga puwersa ng electric field ay minsan ay ipinahayag hindi sa joules, ngunit sa electronvolts.

Ang 1 eV ay katumbas ng gawaing ginawa ng mga puwersa ng field kapag gumagalaw ang isang electron ( e\u003d 1.6 10 -19 C) sa pagitan ng dalawang puntos, ang boltahe sa pagitan ng kung saan ay 1 V.

1 eV = 1.6 10 -19 C 1 V = 1.6 10 -19 J. 1 MeV = 10 6 eV = 1.6 10 -13 J.

Potensyal na pagkakaiba at pag-igting

Kalkulahin ang gawaing ginawa ng mga puwersa ng electrostatic field kapag gumagalaw ang isang electric charge q 0 mula sa isang punto na may potensyal na φ 1 hanggang sa isang punto na may potensyal na φ 2 ng isang pare-parehong electric field.

Sa isang banda, pinipilit ng gawain ng field ang \(~A = q_0 \cdot (\varphi_1 - \varphi_2)\).

Sa kabilang banda, ang gawain ng paglipat ng singil q 0 sa isang pare-parehong electrostatic field \(~A = q_0 \cdot E \cdot \Delta x\).

Ang equating ang dalawang expression upang gumana, makuha namin:

\(~q_0 \cdot (\varphi_1 - \varphi_2) = q_0 \cdot E \cdot \Delta x, \;\; E = \dfrac(\varphi_1 - \varphi_2)(\Delta x),\)

kung saan ∆ x- projection ng displacement papunta sa linya ng puwersa.

Ang formula na ito ay nagpapahayag ng kaugnayan sa pagitan ng intensity at ang potensyal na pagkakaiba ng isang pare-parehong electrostatic field. Batay sa formula na ito, maaari mong itakda ang yunit ng pag-igting sa SI: volt per meter (V/m).

Panitikan

Aksenovich L. A. Physics sa mataas na paaralan: Teorya. Mga gawain. Mga Pagsusulit: Proc. allowance para sa mga institusyong nagbibigay ng pangkalahatan. kapaligiran, edukasyon / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsia i vykhavanne, 2004. - C. 228-233.
Zhilko, V. V. Physics: aklat-aralin. allowance para sa ika-11 baitang. Pangkalahatang edukasyon mga institusyong may Ruso. lang. pagsasanay na may 12 taong termino ng pag-aaral (basic at nakataas na antas) /SA. V. Zhilko, L. G. Markovich. - 2nd ed., naitama. - Minsk: Nar. asveta, 2008. - S. 86-95.

Para sa bawat singil sa isang electric field, mayroong puwersa na maaaring ilipat ang singil na ito. Tukuyin ang gawain A ng paglipat ng isang puntong positibong singil q mula sa punto O patungo sa punto n, na ginagawa ng mga puwersa ng electric field ng isang negatibong singil Q. Ayon sa batas ng Coulomb, ang puwersa na gumagalaw sa singil ay variable at katumbas ng

Kung saan ang r ay ang variable na distansya sa pagitan ng mga singil.

. Ang expression na ito ay maaaring makuha tulad nito:

Ang halaga ay ang potensyal na enerhiya W p ng singil sa isang partikular na punto ng electric field:

Ang tanda (-) ay nagpapakita na kapag ang isang singil ay inilipat ng isang patlang, ang potensyal na enerhiya nito ay bumababa, na nagiging gawain ng paglipat.

Ang halaga na katumbas ng potensyal na enerhiya ng isang positibong singil (q = +1) ay tinatawag na potensyal ng electric field.

Pagkatapos . Para sa q = +1 .

Kaya, ang potensyal na pagkakaiba ng dalawang punto ng patlang ay katumbas ng gawain ng mga puwersa ng patlang sa paglipat ng isang yunit na positibong singil mula sa isang punto patungo sa isa pa.

Ang potensyal ng isang electric field point ay katumbas ng gawain ng paglipat ng isang unit positive charge mula sa isang partikular na punto patungo sa infinity: . Yunit ng pagsukat - Volt \u003d J / C.

Ang gawain ng paglipat ng isang singil sa isang electric field ay hindi nakasalalay sa hugis ng landas, ngunit nakasalalay lamang sa potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng paunang at huling mga punto ng landas.

Ang isang ibabaw sa lahat ng mga punto kung saan ang potensyal ay pareho ay tinatawag na equipotential.

Ang lakas ng field ay ang katangian ng kapangyarihan nito, at ang potensyal ay ang katangian ng enerhiya nito.

Ang ugnayan sa pagitan ng lakas ng field at potensyal nito ay ipinahayag ng formula

ang tanda (-) ay dahil sa ang katunayan na ang lakas ng field ay nakadirekta sa direksyon ng pagbaba ng potensyal, at sa direksyon ng pagtaas ng potensyal.

5. Paggamit ng mga electric field sa medisina.

franklinization, o "electrostatic shower", ay isang therapeutic na paraan kung saan ang katawan ng pasyente o mga bahagi nito ay nakalantad sa isang pare-parehong electric field na mataas ang boltahe.

Ang isang pare-parehong electric field sa panahon ng pamamaraan ng pangkalahatang pagkakalantad ay maaaring umabot sa 50 kV, na may lokal na pagkakalantad 15 - 20 kV.

Mekanismo ng therapeutic action. Ang pamamaraan ng franklinization ay isinasagawa sa isang paraan na ang ulo ng pasyente o ibang bahagi ng katawan ay nagiging, bilang ito ay, isa sa mga capacitor plate, habang ang pangalawa ay isang elektrod na sinuspinde sa itaas ng ulo, o naka-install sa itaas ng impact site sa layo na 6-10 cm. Sa ilalim ng impluwensya ng mataas na boltahe sa ilalim ng mga tip ng mga karayom na naayos sa elektrod, ang air ionization ay nangyayari sa pagbuo ng mga air ions, ozone at nitrogen oxides.

Ang paglanghap ng ozone at air ions ay nagdudulot ng reaksyon sa vasculature. Pagkatapos ng isang panandaliang vasospasm, ang mga capillary ay lumalawak hindi lamang sa mababaw na mga tisyu, kundi pati na rin sa mga malalim. Bilang isang resulta, ang mga proseso ng metabolic at trophic ay napabuti, at sa pagkakaroon ng pinsala sa tisyu, ang mga proseso ng pagbabagong-buhay at pagpapanumbalik ng mga pag-andar ay pinasigla.

Bilang resulta ng pinabuting sirkulasyon ng dugo, normalisasyon ng mga metabolic na proseso at pag-andar ng nerve, mayroong pagbaba sa pananakit ng ulo, mataas na presyon ng dugo, pagtaas ng tono ng vascular, at pagbagal ng pulso.

Ang paggamit ng franklinization ay ipinahiwatig para sa mga functional disorder sistema ng nerbiyos

Mga halimbawa ng paglutas ng problema

1. Sa panahon ng operasyon ng franklinization apparatus, 500,000 light air ions ang nabubuo bawat segundo sa 1 cm 3 ng hangin. Tukuyin ang gawain ng ionization na kinakailangan upang lumikha ng parehong dami ng mga air ions sa 225 cm 3 ng hangin sa panahon ng sesyon ng paggamot (15 min). Ang potensyal ng ionization ng mga molekula ng hangin ay ipinapalagay na 13.54 V; ayon sa kaugalian, ang hangin ay itinuturing na isang homogenous na gas.

ay ang potensyal ng ionization, A ay ang gawain ng ionization, N ay ang bilang ng mga electron.

2. Sa panahon ng paggamot na may electrostatic shower, ang isang potensyal na pagkakaiba ng 100 kV ay inilalapat sa mga electrodes ng de-koryenteng makina. Tukuyin kung anong singil ang dumadaan sa pagitan ng mga electrodes sa panahon ng isang pamamaraan ng paggamot, kung alam na ang mga puwersa ng electric field ay gumagawa ng gawain ng 1800J.

Mula rito

Electric dipole sa gamot

Ayon sa teorya ni Einthoven na pinagbabatayan ng electrocardiography, ang puso ay isang electric dipole na matatagpuan sa gitna ng isang equilateral triangle (Einthoven's triangle), ang mga vertices nito ay maaaring isaalang-alang sa kondisyon.

matatagpuan sa kanang kamay, kaliwang braso at kaliwang binti.

Sa panahon ng ikot ng puso, pareho ang posisyon ng dipole sa espasyo at ang dipole moment ay nagbabago. Ang pagsukat sa potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng mga vertices ng Einthoven triangle ay nagbibigay-daan sa iyo upang matukoy ang kaugnayan sa pagitan ng mga projection ng dipole moment ng puso sa mga gilid ng triangle bilang mga sumusunod:

Ang pag-alam sa mga boltahe U AB , U BC , U AC , matutukoy ng isa kung paano naka-orient ang dipole na may kaugnayan sa mga gilid ng tatsulok.

Sa electrocardiography, ang potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng dalawang punto sa katawan (sa kasong ito sa pagitan ng mga vertex ng Einthoven's triangle) ay tinatawag na lead.

Ang pagpaparehistro ng potensyal na pagkakaiba sa mga lead depende sa oras ay tinatawag electrocardiogram.

Ang locus ng mga punto ng dulo ng dipole moment vector sa panahon ng cardiac cycle ay tinatawag vector cardiogram.

Lektura #4

contact phenomena

1. Makipag-ugnayan sa potensyal na pagkakaiba. Mga Batas ng Volta.

2. Thermoelectricity.

3. Thermocouple, ang paggamit nito sa medisina.

4. Potensyal ng pahinga. Potensyal ng pagkilos at pamamahagi nito.

Makipag-ugnayan sa potensyal na pagkakaiba. Mga Batas ng Volta.

Sa malapit na pakikipag-ugnay sa magkakaibang mga metal, ang isang potensyal na pagkakaiba ay lumitaw sa pagitan nila, depende lamang sa kanila komposisyong kemikal at temperatura (unang batas ni Volta). Ang potensyal na pagkakaiba na ito ay tinatawag na contact.

Upang iwanan ang metal at mapunta sa kapaligiran, ang elektron ay dapat gumawa ng trabaho laban sa mga puwersa ng pagkahumaling sa metal. Ang gawaing ito ay tinatawag na work function ng electron mula sa metal.

Pagsamahin natin ang dalawang magkaibang metal 1 at 2, na mayroong work function na A 1 at A 2, ayon sa pagkakabanggit, at A 1.< A 2 . Очевидно, что свободный электрон, попавший в процессе thermal motion sa interface ng mga metal, ay iguguhit sa pangalawang metal, dahil mula sa gilid ng metal na ito ang isang malaking puwersa ng pagkahumaling ay kumikilos sa elektron (A 2 > A 1). Dahil dito, sa pamamagitan ng pakikipag-ugnay sa mga metal, ang mga libreng electron ay "pumped" mula sa unang metal hanggang sa pangalawa, bilang isang resulta kung saan ang unang metal ay sinisingil ng positibo, ang pangalawa - negatibo. Ang nagreresultang potensyal na pagkakaiba ay lumilikha ng isang electric field ng lakas E, na nagpapahirap sa karagdagang "pagbomba" ng mga electron at ganap na ititigil ito kapag ang gawain ng paglipat ng elektron dahil sa potensyal na pagkakaiba sa pakikipag-ugnay ay naging katumbas ng pagkakaiba sa function ng trabaho:

(1)

Dalhin natin ngayon ang dalawang metal na may A 1 = A 2 na may magkakaibang konsentrasyon ng mga libreng electron n 01 > n 02 . Pagkatapos ay magsisimula ang nangingibabaw na paglipat ng mga libreng electron mula sa unang metal hanggang sa pangalawa. Bilang resulta, ang unang metal ay positibong sisingilin, ang pangalawa - negatibo. Magkakaroon ng potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng mga metal, na hihinto sa karagdagang paglipat ng mga electron. Ang nagreresultang potensyal na pagkakaiba ay tinutukoy ng expression:

, (2)

kung saan ang k ay ang pare-pareho ng Boltzmann.

Sa pangkalahatang kaso ng pakikipag-ugnay ng mga metal na naiiba sa parehong function ng trabaho at sa konsentrasyon ng mga libreng electron, ang c.r.p. mula sa (1) at (2) ay magiging katumbas ng:

(3)

Madaling ipakita na ang kabuuan ng mga potensyal na pagkakaiba sa pakikipag-ugnay ng mga konduktor na konektado sa serye ay katumbas ng pagkakaiba sa potensyal ng pakikipag-ugnay na nilikha ng mga dulong konduktor at hindi nakadepende sa mga intermediate na konduktor:

Ang posisyon na ito ay tinatawag na pangalawang batas ng Volta.

Kung direkta nating ikinonekta ngayon ang mga end conductor, kung gayon ang potensyal na pagkakaiba na umiiral sa pagitan ng mga ito ay nabayaran ng isang pantay na potensyal na pagkakaiba na nagmumula sa contact 1 at 4. Samakatuwid, ang K.R.P. ay hindi lumilikha ng kasalukuyang sa isang closed circuit ng mga metal conductor na may parehong temperatura.

2. Thermoelectricity ay ang dependence ng contact potential difference sa temperatura.

Gumawa tayo ng closed circuit ng dalawang hindi magkatulad na metal conductor 1 at 2.

Ang mga temperatura ng mga contact a at b ay papanatilihin ng magkaibang T a > T b . Pagkatapos, ayon sa formula (3), ang f.r.p. mas marami sa hot junction kaysa sa cold junction: . Bilang resulta, isang potensyal na pagkakaiba ang lumitaw sa pagitan ng mga junction a at b, na tinatawag na thermoelectromotive force, at ang kasalukuyang I ay dadaloy sa isang closed circuit. Gamit ang formula (3), nakukuha namin

saan para sa bawat pares ng mga metal.

Thermocouple, ang paggamit nito sa gamot.

Ang isang closed circuit ng mga conductor na lumilikha ng isang kasalukuyang dahil sa pagkakaiba sa temperatura ng mga contact sa pagitan ng mga conductor ay tinatawag thermocouple.

Mula sa formula (4) sumusunod na ang thermoelectromotive na puwersa ng isang thermocouple ay proporsyonal sa pagkakaiba ng temperatura ng mga junction (mga contact).

Ang formula (4) ay may bisa din para sa mga temperatura sa sukat ng Celsius:

Masusukat lamang ng thermocouple ang mga pagkakaiba sa temperatura. Karaniwan ang isang junction ay pinananatili sa 0°C. Ito ay tinatawag na cold junction. Ang kabilang junction ay tinatawag na hot o measurement junction.

Ang thermocouple ay may makabuluhang mga pakinabang kaysa sa mercury thermometer: ito ay sensitibo, inertialess, nagbibigay-daan sa pagsukat ng temperatura ng maliliit na bagay, at nagbibigay-daan sa malayuang pagsukat.

Pagsukat ng profile ng field ng temperatura ng katawan ng tao.

Ito ay pinaniniwalaan na ang temperatura ng katawan ng tao ay pare-pareho, ngunit ang katatagan na ito ay kamag-anak, dahil sa iba't ibang lugar ang temperatura ng katawan ay hindi pareho at nag-iiba depende sa functional na estado ng organismo.

Ang temperatura ng balat ay may sarili nitong mahusay na tinukoy na topograpiya. Ang pinakamababang temperatura (23-30º) ay nasa distal limbs, dulo ng ilong, at auricles. Ang pinakamataas na temperatura ay nasa kilikili, sa perineum, leeg, labi, pisngi. Ang natitirang mga lugar ay may temperatura na 31 - 33.5 ºС.

Sa isang malusog na tao, ang pamamahagi ng temperatura ay simetriko patungkol sa gitnang linya katawan. Ang paglabag sa mahusay na proporsyon na ito ay nagsisilbing pangunahing criterion para sa pag-diagnose ng mga sakit sa pamamagitan ng pagbuo ng isang profile ng field ng temperatura gamit ang mga contact device: isang thermocouple at isang thermometer ng paglaban.

4. Potensyal sa pagpapahinga. Potensyal ng pagkilos at pamamahagi nito.

Ang ibabaw na lamad ng isang cell ay hindi pantay na natatagusan sa iba't ibang mga ion. Bilang karagdagan, ang konsentrasyon ng anumang mga tiyak na ions ay naiiba sa iba't ibang panig ng lamad, ang pinaka-kanais-nais na komposisyon ng mga ion ay pinananatili sa loob ng cell. Ang mga salik na ito ay humahantong sa paglitaw sa isang normal na gumaganang cell ng isang potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng cytoplasm at ng kapaligiran (potensyal sa pagpapahinga)

Kapag nasasabik, ang potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng cell at ng kapaligiran ay nagbabago, isang potensyal na aksyon ang lumitaw, na nagpapalaganap sa mga nerve fibers.

Ang mekanismo ng pagpapalaganap ng potensyal na pagkilos kasama ang nerve fiber ay isinasaalang-alang sa pamamagitan ng pagkakatulad sa pagpapalaganap electromagnetic wave sa isang dalawang-wire na linya. Gayunpaman, kasama ang pagkakatulad na ito, may mga pangunahing pagkakaiba.

Ang isang electromagnetic wave, na nagpapalaganap sa isang daluyan, ay humihina, dahil ang enerhiya nito ay nawawala, na nagiging enerhiya ng molecular thermal motion. Ang pinagmumulan ng enerhiya ng isang electromagnetic wave ay ang pinagmulan nito: generator, spark, atbp.

Ang excitation wave ay hindi namamatay, dahil ito ay tumatanggap ng enerhiya mula sa mismong daluyan kung saan ito nagpapalaganap (ang enerhiya ng isang sisingilin na lamad).

Kaya, ang pagpapalaganap ng potensyal na pagkilos kasama ang nerve fiber ay nangyayari sa anyo ng isang autowave. Ang mga nasasabik na selula ay ang aktibong daluyan.

Mga halimbawa ng paglutas ng problema

1. Kapag gumagawa ng isang profile ng field ng temperatura ng ibabaw ng katawan ng tao, isang thermocouple na may resistensya ng r 1 = 4 Ohm at isang galvanometer na may resistensya ng r 2 = 80 Ohm ay ginagamit; I=26 µA sa junction temperature difference ºС. Ano ang thermocouple constant?

Ang thermopower na nangyayari sa isang thermocouple ay , kung saan ang mga thermocouple, ay ang pagkakaiba ng temperatura sa pagitan ng mga junction.

Ayon sa batas ng Ohm para sa isang seksyon ng circuit, kung saan kinuha ang U bilang . Pagkatapos

Lektura #5

Elektromagnetismo

1. Ang kalikasan ng magnetism.

2. Magnetic na pakikipag-ugnayan mga alon sa vacuum. Batas ng Ampere.

4. Dia-, para- at ferromagnetic substance. Magnetic permeability at magnetic induction.

5. Magnetic na katangian mga tisyu ng katawan.

1. Ang kalikasan ng magnetism.

gumagalaw sa paligid mga singil sa kuryente(currents) lumilitaw ang magnetic field, kung saan nakikipag-ugnayan ang mga charge na ito sa magnetic o iba pang gumagalaw na electric charge.

Ang magnetic field ay isang force field, ito ay inilalarawan sa pamamagitan ng magnetic lines of force. Hindi tulad ng mga linya ng puwersa ng electric field, ang mga magnetic na linya ng puwersa ay palaging sarado.

Ang mga magnetic na katangian ng isang sangkap ay dahil sa elementarya na pabilog na alon sa mga atomo at molekula ng sangkap na ito.

2 . Magnetic na pakikipag-ugnayan ng mga alon sa vacuum. batas ni Ampère.

Ang magnetic interaction ng mga alon ay pinag-aralan gamit ang movable wire circuits. Nalaman ni Ampere na ang magnitude ng puwersa ng pakikipag-ugnayan ng dalawang maliit na seksyon ng conductors 1 at 2 na may mga alon ay proporsyonal sa haba ng mga seksyong ito, ang mga alon I 1 at I 2 sa kanila at inversely proporsyonal sa parisukat ng distansya r sa pagitan ng mga seksyon:

Ito ay lumabas na ang puwersa ng epekto ng unang seksyon sa pangalawa ay nakasalalay sa kanilang kamag-anak na posisyon at proporsyonal sa mga sine ng mga anggulo at .

saan ang anggulo sa pagitan at ang radius vector r 12 ay kumokonekta sa , at ang anggulo sa pagitan at ang normal na n sa eroplanong Q na naglalaman ng seksyon at ang radius vector r 12.

Ang pagsasama-sama ng (1) at (2) at pagpapakilala ng koepisyent ng proporsyonalidad k, makuha natin ang mathematical expression ng batas ng Ampere:

(3)

Ang direksyon ng puwersa ay tinutukoy din ng panuntunan ng gimlet: kasabay ito ng direksyon ng paggalaw ng pagsasalin ng gimlet, ang hawakan na umiikot mula sa normal na n 1.

Ang kasalukuyang elemento ay isang vector na katumbas ng magnitude sa produkto Idl ng isang walang katapusang maliit na seksyon ng haba dl ng konduktor at ang kasalukuyang lakas I sa loob nito at nakadirekta sa kasalukuyang ito. Pagkatapos, ang pagpasa sa (3) mula sa maliit hanggang sa walang katapusang maliit na dl, maaari nating isulat ang batas ng Ampere sa differential form:

. (4)

Ang koepisyent k ay maaaring katawanin bilang

nasaan ang magnetic constant (o magnetic permeability ng vacuum).

Ang halaga para sa rasyonalisasyon, na isinasaalang-alang ang (5) at (4), ay isusulat bilang

. (6)

3 . tensyon magnetic field. Formula ng ampere. Batas ng Biot-Savart-Laplace.

Dahil ang mga agos ng kuryente nakikipag-ugnayan sa isa't isa sa pamamagitan ng kanilang mga magnetic field, ang quantitative na katangian ng magnetic field ay maaaring maitatag batay sa pakikipag-ugnayan na ito - batas ni Ampère. Upang gawin ito, hinati namin ang konduktor l na may kasalukuyang I sa isang hanay ng mga elementarya na seksyon dl. Lumilikha ito ng isang patlang sa kalawakan.

Sa puntong O ng field na ito, na matatagpuan sa layong r mula sa dl, inilalagay namin ang I 0 dl 0. Pagkatapos, ayon sa batas ni Ampère (6), ang elementong ito ay maaapektuhan ng puwersa.

(7)

kung saan ang anggulo sa pagitan ng direksyon ng kasalukuyang I sa seksyong dl (paglikha ng isang patlang) at ang direksyon ng radius vector r, at ang anggulo sa pagitan ng direksyon ng kasalukuyang I 0 dl 0 at ang normal na n sa eroplano Q na naglalaman ng dl at r.

Sa formula (7), pipiliin namin ang bahagi na hindi nakasalalay sa kasalukuyang elemento I 0 dl 0, na tinutukoy ito bilang dH:

Batas sa Biot-Savart-Laplace (8)

Ang halaga ng dH ay nakasalalay lamang sa kasalukuyang elementong Idl, na lumilikha ng magnetic field, at sa posisyon ng puntong O.

Ang halaga ng dH ay isang quantitative na katangian ng magnetic field at tinatawag na magnetic field strength. Ang pagpapalit ng (8) sa (7), makuha namin

saan ang anggulo sa pagitan ng direksyon ng kasalukuyang I 0 at ng magnetic field dH. Ang formula (9) ay tinatawag na Ampere formula, ay nagpapahayag ng pag-asa ng puwersa kung saan ang magnetic field ay kumikilos sa kasalukuyang elemento I 0 dl 0 na matatagpuan dito sa lakas ng field na ito. Ang puwersang ito ay matatagpuan sa Q plane na patayo sa dl 0 . Ang direksyon nito ay tinutukoy ng "panuntunan ng kaliwang kamay".

Sa pag-aakalang sa (9) =90º, nakukuha natin ang:

Yung. ang lakas ng magnetic field ay nakadirekta nang tangential sa linya ng puwersa ng field, at sa magnitude ito ay katumbas ng ratio ng puwersa kung saan kumikilos ang field sa isang yunit ng kasalukuyang elemento sa magnetic constant.

4 . Diamagnetic, paramagnetic at ferromagnetic substance. Magnetic permeability at magnetic induction.

Ang lahat ng mga sangkap na inilagay sa isang magnetic field ay nakakakuha ng mga magnetic na katangian, i.e. ay magnetized at samakatuwid ay baguhin ang panlabas na field. Sa kasong ito, ang ilang mga sangkap ay nagpapahina sa panlabas na larangan, habang ang iba ay nagpapalakas nito. Ang una ay tinawag diamagnetic, ang ikalawa - paramagnetic mga sangkap. Kabilang sa mga paramagnet, ang isang pangkat ng mga sangkap ay namumukod-tangi nang husto, na nagiging sanhi ng isang napakalaking amplification panlabas na larangan. Ito ferromagnets.

Mga diamagnet- posporus, asupre, ginto, pilak, tanso, tubig, mga organikong compound.

Mga Paramagnet- oxygen, nitrogen, aluminum, tungsten, platinum, alkali at alkaline earth na mga metal.

ferromagnets– bakal, nikel, kobalt, ang kanilang mga haluang metal.

geometric na kabuuan orbital at spin magnetic moments ng mga electron at ang intrinsic magnetic moment ng nucleus ay bumubuo ng magnetic moment ng isang atom (molekula) ng isang substance.

Para sa mga diamagnet, ang kabuuang magnetic moment ng isang atom (molekula) sero, dahil kinansela ng mga magnetic moment ang isa't isa. Gayunpaman, sa ilalim ng impluwensya ng isang panlabas na magnetic field, ang isang magnetic moment ay sapilitan sa mga atomo na ito, na nakadirekta sa tapat ng panlabas na larangan. Bilang isang resulta, ang diamagnetic medium ay nagiging magnetized at lumilikha ng sarili nitong magnetic field, na nakadirekta nang kabaligtaran sa panlabas na isa at pinapahina ito.

Ang sapilitan magnetic moments ng diamagnetic atoms ay pinananatili hangga't mayroong isang panlabas na magnetic field. Kapag ang panlabas na patlang ay inalis, ang sapilitan magnetic moments ng mga atomo mawala at ang diamagnet ay demagnetized.

Sa paramagnetic atoms, ang orbital, spin, nuclear moments ay hindi nagbabayad sa bawat isa. Gayunpaman, ang mga atomic magnetic moment ay random na nakaayos, kaya ang paramagnetic medium ay hindi nagpapakita ng magnetic properties. Panlabas na larangan iniikot ang mga atomo ng paramagnet upang ang kanilang mga magnetic moment ay nakatakda nang nakararami sa direksyon ng field. Bilang isang resulta, ang paramagnet ay na-magnetize at lumilikha ng sarili nitong magnetic field, na kasabay ng panlabas na isa at pinalalakas ito.

(4), nasaan ang absolute magnetic permeability ng medium. Sa vacuum =1, , at

Sa mga ferromagnets, may mga rehiyon (~10 -2 cm) na may magkaparehong oriented na magnetic moment ng kanilang mga atomo. Gayunpaman, ang oryentasyon ng mga domain mismo ay iba-iba. Samakatuwid, sa kawalan ng isang panlabas na magnetic field, ang isang ferromagnet ay hindi magnetized.

Sa pagdating ng isang panlabas na larangan, ang mga domain na nakatuon sa direksyon ng patlang na ito ay nagsisimulang tumaas sa dami dahil sa mga kalapit na domain na may iba't ibang oryentasyon ng magnetic moment; ferromagnet ay magnetized. Sa isang sapat na malakas na field, ang lahat ng mga domain ay reoriented sa kahabaan ng field, at ang ferromagnet ay mabilis na na-magnetize sa saturation.

Kapag ang panlabas na patlang ay inalis, ang ferromagnet ay hindi ganap na na-demagnetize, ngunit pinapanatili ang natitirang magnetic induction, dahil ang thermal motion ay hindi maaaring maling-orient ang mga domain. Maaaring makamit ang demagnetization sa pamamagitan ng pag-init, pag-alog o paglalapat ng reverse field.

Sa isang temperatura na katumbas ng Curie point, ang thermal motion ay nagagawang disorient ang mga atomo sa mga domain, bilang isang resulta kung saan ang ferromagnet ay nagiging isang paramagnet.

Flux ng magnetic induction sa pamamagitan ng ilang surface S ay katumbas ng bilang mga linya ng induction na tumatagos sa ibabaw na ito:

(5)

Ang yunit ng sukat B ay Tesla, F-Weber.

7.7. Trabaho at enerhiya ng electrostatic field

7.7.1. Ang gawain ng mga pwersa electrostatic field sa paggalaw ng singil

Ang gawain ng mga puwersa ng isang electrostatic field ay maaaring kalkulahin sa dalawang paraan, depende sa kung ang field ay homogenous o inhomogeneous.

SA pare-parehong electrostatic field ang gawain ng mga puwersa ng patlang upang ilipat ang singil q ay tinutukoy ng formula

A = (F → , Δ r →) = F → ⋅ Δ r → = F Δ r cos α ,

kung saan F → - puwersang kumikilos sa singil q mula sa gilid ng field, F → = q E → ; q - bayad; E → - lakas ng field; Δ r → - paggalaw ng singil; α - anggulo sa pagitan ng mga vectors F → at Δ r → ;

Sa isang pare-parehong larangan, ang puwersa na kumikilos sa isang singil ay pare-pareho ang halaga, dahil ang vector E → ay may parehong halaga at direksyon sa anumang punto sa field).

Kapag naglilipat ng electric charge:

kasama ang linya ng puwersa, gumaganap ang electrostatic field maximum na positibo Trabaho -

A = q E Δ r cos 0 ° = q E Δ r ;

sa tapat ng linya ng puwersa, gumaganap ang electrostatic field maximum na negatibo Trabaho -

A = q E Δ r cos 180 ° = − q E Δ r ;

patayo sa linya ng field sa pamamagitan ng isang electrostatic field hindi tapos ang trabaho -

A = q E Δ r cos 90 ° = 0 .

Sa alinmang ( kabilang sa heterogenous) electrostatic field ang gawain ng field forces ay hindi nakadepende sa trajectory ng charge at maaaring kalkulahin ng formula

A = q (φ 1 − φ 2),

kung saan ang φ 1 ay ang potensyal ng field point kung saan ang charge q ay sa unang pagkakataon; φ 2 - ang potensyal ng punto ng patlang, kung saan ang singil q ay bilang resulta ng pag-aalis.

Kapag naglilipat ng isang electric charge kasama ang isang equipotential na ibabaw (φ 1 \u003d φ 2), walang trabaho ang ginagawa ng electrostatic field:

A = q (φ 1 − φ 2) = 0.

Sa anumang electrostatic field (homogeneous at inhomogeneous), ang gawain ng paglipat ng isang electric charge ay maaaring kalkulahin nang grapiko bilang ang lugar ng isang trapezoid (Larawan 7.23) ayon sa balangkas ng projection ng puwersa sa direksyon ng paggalaw F r (r).

kanin. 7.23

Halimbawa 21. Anong gawain ang gagawin ng isang pare-parehong electrostatic field na may lakas na 300 V / m kapag ang isang singil na 5.00 μC ay gumagalaw ng 50.0 mm sa isang direksyon na gumagawa ng isang anggulo ng 120 ° sa direksyon ng mga linya ng puwersa?

Solusyon . Ipinapakita ng figure ang mga linya ng intensity vector ng isang pare-parehong electrostatic field E → at ang charge q na gumagalaw sa field na ito. Ang singil ay gumagalaw mula sa punto 1 hanggang sa punto 2.

Ang gawain ng mga puwersa ng isang homogenous electrostatic field sa paggalaw ng isang point charge ay tinutukoy ng formula

A = q E | ∆r → | cos α ,

kung saan ang q ay ang singil na gumagalaw sa tinukoy na field; E - module ng field strength vector; | ∆r → | - dami ng displacement; Ang α ay ang anggulo sa pagitan ng mga direksyon ng tension at displacement vectors.

Ang anggulo sa pagitan ng mga vectors E → at Δ r → ay 120°, kaya

A = q E | ∆r → | cos 120 ° = − 0.5 q E | ∆r → | .

Ang pagkalkula ay nagbibigay ng halaga

A = −0.5 ⋅ 5.00 ⋅ 10 −6 ⋅ 300 ⋅ 50.0 ⋅ 10 −3 =

\u003d -37.5 ⋅ 10 -6 J \u003d -37.5 μJ.

Kapag ang singil ay gumagalaw sa ipinahiwatig na direksyon, isang negatibong gawain na -37.5 μJ ang ginagawa, dahil ang anggulo sa pagitan ng direksyon ng mga linya ng puwersa at direksyon ng paggalaw ay mahina.

Halimbawa 22. Ang isang point charge na 3 μC ay matatagpuan sa pinanggalingan ng isang rectangular coordinate system xOy , kung saan ang x at y ay ibinibigay sa metro. Anong trabaho ang ginagawa ng electrostatic field na nabuo ng charge na ito kapag naglilipat ng isa pang point charge na 2 μC mula sa point (5; 0) hanggang point (0; 5)? Ang sistema ng pagsingil ay nasa vacuum.

Solusyon . Ipinapakita ng figure ang mga linya ng electrostatic field vector E → , na nabuo sa pamamagitan ng isang point positive charge Q na matatagpuan sa pinagmulan ng coordinate system. Ang paglipat ng Δ r → isa pang point charge q ay nangyayari mula sa isang puntong may mga coordinate (5; 0) patungo sa isang punto na may mga coordinate (0; 5).

Ang electrostatic field na nabuo ng isang point charge ay hindi pare-pareho. Samakatuwid, upang kalkulahin ang gawain ng mga puwersa ng field, ginagamit namin ang formula

A = q (φ 1 − φ 2),

kung saan ang q ay ang singil na gumagalaw sa field; φ 1 - ang potensyal ng electrostatic field na nabuo ng charge Q sa punto (5; 0); φ 2 - ang potensyal ng electrostatic field na nabuo ng charge Q sa punto (0; 5).

Ang potensyal ng electrostatic field na nabuo ng charge Q ay ibinibigay ng mga sumusunod na expression:

para sa punto (5; 0) -

φ 1 = k Q r 1 ,

kung saan ang k ay ang koepisyent ng proporsyonalidad, k = 9 ⋅ 10 9 N ⋅ m 2 /Cl 2; r 1 - distansya mula sa singil Q hanggang sa punto na may mga coordinate (5, 0), r 1 = 5 m;

para sa punto (0; 5) -

φ 2 = k Q r 2 ,

kung saan ang r 2 ay ang distansya mula sa charge Q hanggang sa punto na may mga coordinate (0, 5), r 2 = 5 m.

Isinasaalang-alang ang mga expression para sa mga potensyal, ang formula para sa pagkalkula ng trabaho ay tumatagal ng sumusunod na form:

A = q (k Q r 1 − k Q r 2) = k q Q (1 r 1 − 1 r 2) .

Ang pagpapalit ng numerical data ay nagbibigay ng resulta:

A = 9 ⋅ 10 9 ⋅ 3 ⋅ 10 − 6 ⋅ 2 ⋅ 10 − 6 ⋅ (1 5 − 1 5) = 0 .

Kapag naglilipat ng singil sa pagitan ng mga punto na may tinukoy na mga coordinate, ang electrostatic field ay hindi gumagana, dahil ang mga punto ay nasa parehong distansya mula sa singil na lumilikha ng field na ito.

Kung saan ang r ay ang variable na distansya sa pagitan ng mga singil.

; Ang expression na ito ay maaaring makuha tulad nito

Ang halaga ay ang potensyal na enerhiya W p ng singil sa isang partikular na punto ng electric field:

Ang tanda (-) ay nagpapakita na kapag ang isang singil ay inilipat ng isang patlang, ang potensyal na enerhiya nito ay bumababa, na nagiging gawain ng paglipat.

Ang halaga na katumbas ng potensyal na enerhiya ng isang positibong singil (q=+1) ay tinatawag na potensyal ng electric field.

Pagkatapos

Kaya, ang potensyal na pagkakaiba ng dalawang punto ng field ay katumbas ng gawain ng mga puwersa ng field sa paglipat ng isang positibong singil mula sa isang punto patungo sa isa pa.

Ang potensyal ng isang electric field point ay katumbas ng trabaho upang ilipat ang isang unit positive charge mula sa isang partikular na punto patungo sa infinity.

Yunit ng pagsukat - Volt \u003d J / C

Ang isang ibabaw sa lahat ng mga punto kung saan ang potensyal ay pareho ay tinatawag na equipotential.

Ang lakas ng field ay ang katangian ng kapangyarihan nito, at ang potensyal ay ang katangian ng enerhiya nito.

Ang ugnayan sa pagitan ng lakas ng field at potensyal nito ay ipinahayag ng formula

Ang tanda (-) ay dahil sa ang katunayan na ang lakas ng field ay nakadirekta sa direksyon ng pagbaba ng potensyal, at sa direksyon ng pagtaas ng potensyal.

5. Paggamit ng electric field sa medisina.

Ang isang pare-parehong electric field sa panahon ng pamamaraan ng pangkalahatang pagkakalantad ay maaaring umabot sa 50 kV, na may lokal na pagkakalantad na 15-20 kV.

Bilang resulta ng pinahusay na sirkulasyon ng dugo, normalisasyon ng mga metabolic na proseso at pag-andar ng nerve, mayroong pagbaba sa pananakit ng ulo, mataas na presyon ng dugo, pagtaas ng tono ng vascular, at pagbaba sa rate ng puso.

Ang paggamit ng franklinization ay ipinahiwatig para sa mga functional disorder ng nervous system

Mga halimbawa ng paglutas ng problema

ay ang potensyal ng ionization, A ay ang gawain ng ionization, N ay ang bilang ng mga electron.

2. Kapag nagpapagamot sa isang electrostatic shower, ang isang potensyal na pagkakaiba ng 100 kV ay inilalapat sa mga electrodes ng electric machine. Tukuyin kung anong singil ang dumadaan sa pagitan ng mga electrodes sa panahon ng isang pamamaraan ng paggamot, kung alam na ang mga puwersa ng electric field ay gumagawa ng gawain ng 1800J.

Mula rito

Electric dipole sa gamot

Alinsunod sa Eithoven theorem, na siyang batayan ng electrocardiography, ang puso ay isang electric dipole na matatagpuan sa gitna ng isang equilateral triangle (Eithoven's triangle), ang mga vertices na kung saan ay maaaring conventionally isaalang-alang bilang

matatagpuan sa kanang kamay, kaliwang kamay at kaliwang paa.

Sa panahon ng ikot ng puso, pareho ang posisyon ng dipole sa espasyo at ang dipole moment ay nagbabago. Ang pagsukat ng potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng mga vertices ng Eithoven triangle ay nagbibigay-daan sa iyo upang matukoy ang ugnayan sa pagitan ng mga projection ng dipole moment ng puso sa mga gilid ng triangle gaya ng sumusunod:

Ang pag-alam sa mga boltahe U AB , U BC , U AC posible upang matukoy kung paano ang dipole ay nakatuon sa paggalang sa mga gilid ng tatsulok.

Sa electrocardiography, ang potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng dalawang punto sa katawan (sa kasong ito, sa pagitan ng mga vertices ng Eithoven's triangle) ay tinatawag na lead.

Ang pagpaparehistro ng potensyal na pagkakaiba sa mga lead depende sa oras ay tinatawag electrocardiogram.

Ang locus ng mga punto ng dulo ng dipole moment vector sa panahon ng cardiac cycle ay tinatawag vector cardiogram.

Lektura #4

contact phenomena

1. Makipag-ugnayan sa potensyal na pagkakaiba. Mga batas ni Volta.

2. Thermoelectricity.

3. Thermocouple, ang paggamit nito sa medisina.

4. Potensyal ng pahinga. Potensyal ng pagkilos at pamamahagi nito.

1. Sa malapit na pakikipag-ugnayan ng mga di-magkatulad na metal, may potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng mga ito, depende lamang sa kanilang kemikal na komposisyon at temperatura (unang batas ng Volta).

Ang potensyal na pagkakaiba na ito ay tinatawag na contact.

Pagsamahin natin ang dalawang magkaibang metal 1 at 2, na mayroong work function na A 1 at A 2, ayon sa pagkakabanggit, at A 1.< A 2 . Очевидно, что свободный электрон, попавший в процессе теплового движения на поверхность раздела металлов, будет втянут во второй металл, так как со стороны этого металла на электрон действует большая сила притяжения (A 2 >A1). Dahil dito, sa pamamagitan ng pakikipag-ugnay sa mga metal, ang mga libreng electron ay "pumped" mula sa unang metal hanggang sa pangalawa, bilang isang resulta kung saan ang unang metal ay sinisingil ng positibo, ang pangalawa ay negatibo. Ang nagreresultang potensyal na pagkakaiba ay lumilikha ng isang electric field ng lakas E, na nagpapahirap sa karagdagang "pagbomba" ng mga electron at ganap na ititigil ito kapag ang gawain ng paglipat ng elektron dahil sa potensyal na pagkakaiba sa pakikipag-ugnay ay naging katumbas ng pagkakaiba sa function ng trabaho:

(1)

Dalhin natin ngayon ang dalawang metal na may A 1 = A 2 na may magkakaibang konsentrasyon ng mga libreng electron n 01 >n 02 . Pagkatapos ay magsisimula ang nangingibabaw na paglipat ng mga libreng electron mula sa unang metal hanggang sa pangalawa. Bilang resulta, ang unang metal ay positibong sisingilin, ang pangalawa - negatibo. Magkakaroon ng potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng mga metal, na hihinto sa karagdagang paglipat ng mga electron. Ang nagreresultang potensyal na pagkakaiba ay tinutukoy ng expression:

, (2)

kung saan ang k ay ang pare-pareho ng Boltzmann

Sa pangkalahatang kaso ng pakikipag-ugnay ng mga metal na naiiba sa parehong function ng trabaho at sa konsentrasyon ng mga libreng electron, ang c.r.p. mula sa (1) at (2) ay magiging katumbas ng

(3)

Madaling ipakita na ang kabuuan ng mga potensyal na pagkakaiba sa pakikipag-ugnay ng mga konduktor na konektado sa serye ay katumbas ng pagkakaiba sa potensyal ng pakikipag-ugnay na nilikha ng mga konduktor ng dulo at hindi nakasalalay sa mga intermediate na konduktor.

Ang posisyon na ito ay tinatawag na pangalawang batas ng Volta.

2. Thermoelectricity ay ang dependence ng contact potential difference sa temperatura.

Gumawa tayo ng closed circuit ng dalawang hindi magkatulad na metal conductor 1 at 2. Ang mga temperatura ng mga contact a at b ay papanatilihin ng magkaibang T a > T b . Pagkatapos, ayon sa formula (3), ang f.r.p. mas mainit na junction kaysa sa malamig na junction:

Bilang resulta, isang potensyal na pagkakaiba ang lumitaw sa pagitan ng mga junction a at b

Ito ay tinatawag na thermoelectromotive force, at ang kasalukuyang I ay dadaloy sa isang closed circuit. Gamit ang formula (3), nakuha natin

saan para sa bawat pares ng mga metal

3. Ang isang closed circuit ng mga conductor na lumilikha ng isang kasalukuyang dahil sa pagkakaiba sa temperatura ng mga contact sa pagitan ng mga conductor ay tinatawag thermocouple.

Mula sa formula (4) sumusunod na ang thermoelectromotive na puwersa ng isang thermocouple ay proporsyonal sa pagkakaiba ng temperatura ng mga junction (mga contact).

Ang formula (4) ay may bisa din para sa mga temperatura sa sukat ng Celsius:

Pagsukat ng limitasyon ng larangan ng temperatura ng katawan ng tao.

Ito ay pinaniniwalaan na ang temperatura ng katawan ng tao ay pare-pareho, ngunit ang katatagan na ito ay kamag-anak, dahil sa iba't ibang bahagi ng katawan ang temperatura ay hindi pareho at nag-iiba depende sa functional na estado ng katawan.

Sa isang malusog na tao, ang pamamahagi ng temperatura ay simetriko na may kaugnayan sa midline ng katawan. Ang paglabag sa mahusay na proporsyon na ito ay nagsisilbing pangunahing criterion para sa pag-diagnose ng mga sakit sa pamamagitan ng pagbuo ng isang profile ng field ng temperatura gamit ang mga contact device: isang thermocouple at isang thermometer ng paglaban.

4 . Ang ibabaw na lamad ng isang cell ay hindi pantay na natatagusan sa iba't ibang mga ion. Bilang karagdagan, ang konsentrasyon ng anumang mga tiyak na ions ay naiiba sa iba't ibang panig ng lamad, ang pinaka-kanais-nais na komposisyon ng mga ion ay pinananatili sa loob ng cell. Ang mga salik na ito ay humahantong sa paglitaw sa isang normal na gumaganang cell ng isang potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng cytoplasm at ng kapaligiran (potensyal sa pagpapahinga)

Kapag nasasabik, ang potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng cell at ng kapaligiran ay nagbabago, isang potensyal na aksyon ang lumitaw, na nagpapalaganap sa mga nerve fibers.

Ang mekanismo ng pagpapalaganap ng isang potensyal na aksyon kasama ang isang nerve fiber ay isinasaalang-alang sa pamamagitan ng pagkakatulad sa pagpapalaganap ng isang electromagnetic wave sa isang dalawang-wire na linya. Gayunpaman, kasama ang pagkakatulad na ito, may mga pangunahing pagkakaiba.

Ang excitation wave ay hindi namamatay, dahil ito ay tumatanggap ng enerhiya mula sa mismong daluyan kung saan ito nagpapalaganap (ang enerhiya ng isang sisingilin na lamad).

Kaya, ang pagpapalaganap ng potensyal na pagkilos kasama ang nerve fiber ay nangyayari sa anyo ng isang autowave. Ang mga nasasabik na selula ay ang aktibong daluyan.

Mga halimbawa ng paglutas ng problema

1. Kapag gumagawa ng isang profile ng field ng temperatura ng ibabaw ng katawan ng tao, isang thermocouple na may resistensya ng r 1 = 4 Ohm at isang galvanometer na may resistensya ng r 2 = 80 Ohm ay ginagamit; I=26mkA sa junction temperature difference ºС. Ano ang thermocouple constant?

Ang thermopower na nangyayari sa isang thermocouple ay katumbas ng

(1) kung saan ang mga thermocouple, - pagkakaiba sa temperatura ng mga junction.

Ayon sa batas ng Ohm para sa seksyon ng chain kung saan kinukuha ang U bilang . Pagkatapos