Содержание программы Раздел 1. Электрическое поле

Электронная теория. Структура и электрические заряды молекулы, атома, иона. Молекулярная структура проводников, полупроводников и изоляторов (диэлектриков).

Статическое электричество: заряд и его электрическое поле. Единицы заряда. Закон Кулона (электростатические законы притяжения и отталкивания заряженных частиц). Основные характеристики электрического поля: напряженность, электрический потенциал, разность потенциалов, электрическое напряжение, электродвижущая сила ЭДС. Электропроводность твердых веществ, жидкостей, газов и вакуума. Работа, энергия и мощность (потенциальная и кинетическая) электрического поля, формулы для их определения. Электронный поток. Электрическая емкость. Конденсатор. Свойства конденсатора, конструкция конденсаторов. Условные графические обозначения. Факторы, влияющие на емкость конденсаторов: площадь обкладок, расстояние между обкладками, свойства диэлектрика и его диэлектрическая постоянная, напряжение. Формулы зависимостей.

Энергия электрического поля конденсатора. Экспоненциальная зарядка и разрядка конденсатора, постоянная времени. Испытание конденсаторов: напряжение пробоя. Маркировка конденсаторов.

Задачи и вопросы для самопроверки

1. Какое поле называют электростатическим?

2. Что такое напряженность электрического поля? Имеет ли эта величина направление?

3. В каких единицах выражают напряженность электрического поля?

4. Что называют напряжением между двумя точками поля? Приведите связь между напряженностью поля и напряжением.

5. Можно ли считать водный раствор щелочи проводником второго рода? Для каких проводников характерна электронная электропроводность?

6. Каким зарядом обладает конденсатор емкостью 2 мкФ, если напряжение между его пластинами равно 100 В? Ответ: Кл.

7. Напишите формулу для емкости плоского конденсатора. Как изменится его емкость, если одновременно уменьшить площадь пластин в 2 раза, а расстояние между ними в 3 раза? Ответ: увеличится в 1,5 раза.

8. Определите емкость плоского конденсатора, если площадь его пластин равна 0,001 м², расстояние между пластинами 0,1 мм, а относительная диэлектрическая проницаемость 7,0. Ответ: Ф.

9. Определите энергию, запасенную в конденсаторе емкостью 10 мкФ при напряжении на пластинах 100 В. Ответ: 0,05 Дж.

10. Три конденсатора емкостью 3, 6 и 2 мкФ соединили сначала параллельно, а затем последовательно. Во сколько раз изменилась их общая емкость? Ответ: в 11 раз.

11. Поясните явление поляризации диэлектрика. Почему поляризованные атомы ослабляют внешнее поле?

12. Перечислите основные типы диэлектриков: газообразных, жидких и твердых. Какие из них используются в электрических аппаратах и электрических машинах?

Раздел 2. Электрические цепи постоянного тока

Ток проводимости, ток переноса, ток смещения. Электрический ток в твердых и жидких проводниках: величина, направление, плотность тока. Удельная электрическая проводимость и сопротивление. Сопротивление проводников. Зависимость сопротивления проводников от температуры (положительная и отрицательная температурная электропроводность, температурный коэффициент). Резистор. Рассеяние мощности резистором.

Электрический ток в вакууме, газах.

Электрический ток в полупроводниках. Постоянные и переменные резисторы: конструкция, стабильность сопротивления, допуски и отклонения. Ограничения по применению. Конструкция потенциометров и реостатов. Функционирование и использование потенциометров и реостатов. Маркировка резисторов, величины и допуски, номинальные величины, оценка мощности. Конструкция электрического моста. Функционирование электрического моста Физические процессы в электрических цепях. Состав электрических цепей: источники и потребители электрической энергии. Получение электрической энергии из других видов энергии: световой, тепловой, химической и других. Преобразование электрической энергии в другие виды энергии. Конструкция (элементы и материалы) и принцип действия (носители зарядов и их концентрация) источников электрической энергии: химических (кислотно-свинцовых, щелочно-никелеевых и кадмиевых), термопар, фотоэлементов. Последовательное и параллельное соединение источников. Внутреннее сопротивление источника электрической энергии и его влияние на электрическую цепь. ЭДС, мощность, работа и энергия источника (формулы для их определения). Коэффициент полезного действия источника электрической энергии. Работа источника электрической энергии в режиме потребителя. Законы Ома, Кирхгофа. Неразветвленная электрическая цепь. Эквивалентное сопротивление последовательно соединенных резисторов. Потенциальная диаграмма неразветвленной электрической цепи. Разветвленная электрическая цепь. Эквивалентное сопротивление параллельно соединенных резисторов. Эквивалентная проводимость. Смешанное соединение резисторов. Расчет электрических цепей методом преобразования схем. Электрические цепи с несколькими источниками ЭДС. Метод узловых и контурных уравнений. Нелинейные элементы электрических цепей постоянного тока. Практическое применение нелинейных элементов. Вольтамперная характеристика нелинейных элементов. Статическое и динамическое сопротивление нелинейных элементов. Нелинейные резисторы: терморезисторы, резисторы напряжения. Графический расчет нелинейных электрических цепей постоянного тока при последовательном, параллельном и смешанном соединении элементов.

Практическое занятие № 2. Расчет линейных электрических цепей постоянного тока.