Pre každý náboj v elektrickom poli existuje sila, ktorá môže týmto nábojom pohybovať. Určte prácu A pri premiestnení bodového kladného náboja q z bodu O do bodu n, ktorú vykonávajú sily elektrického poľa záporného náboja Q. Podľa Coulombovho zákona je sila pohybujúca náboj premenlivá a rovná sa
Kde r je premenlivá vzdialenosť medzi nábojmi.
. Tento výraz možno získať takto:
Množstvo predstavuje potenciálnu energiu W p náboja v danom bode elektrického poľa:
Znamienko (-) ukazuje, že keď sa náboj pohybuje poľom, jeho potenciálna energia klesá a mení sa na prácu pohybu.
Hodnota rovnajúca sa potenciálnej energii jednotkového kladného náboja (q = +1) sa nazýva potenciál elektrického poľa.
Potom 
. Pre q = +1.
Potenciálny rozdiel medzi dvoma bodmi poľa sa teda rovná práci síl poľa na presun jednotkového kladného náboja z jedného bodu do druhého.
Potenciál bodu elektrického poľa sa rovná práci vykonanej na presun jednotkového kladného náboja z daného bodu do nekonečna: . Jednotka merania - Volt = J/C.
Práca pohybu náboja v elektrickom poli nezávisí od tvaru dráhy, ale závisí len od rozdielu potenciálov medzi počiatočným a koncovým bodom dráhy.
Povrch vo všetkých bodoch, ktorého potenciál je rovnaký, sa nazýva ekvipotenciál.
Intenzita poľa je jeho výkonová charakteristika a potenciál je jeho energetická charakteristika.
Vzťah medzi intenzitou poľa a jeho potenciálom vyjadruje vzorec
,
znamienko (-) je spôsobené tým, že intenzita poľa je nasmerovaná v smere klesajúceho potenciálu a v smere zvyšovania potenciálu.
5. Využitie elektrických polí v medicíne.
Franklinizácia, alebo „elektrostatická sprcha“ je terapeutická metóda, pri ktorej je telo pacienta alebo jeho určité časti vystavené konštantnému vysokonapäťovému elektrickému poľu.
Konštantné elektrické pole počas všeobecnej expozičnej procedúry môže dosiahnuť 50 kV, s lokálnou expozíciou 15 - 20 kV.
Mechanizmus terapeutického účinku. Procedúra franklinizácie sa vykonáva tak, že hlava pacienta alebo iná časť tela sa stáva ako jedna z kondenzátorových dosiek, zatiaľ čo druhá je elektróda zavesená nad hlavou alebo inštalovaná nad miestom expozície vo vzdialenosti 6 - 10 cm. Pod vplyvom vysokého napätia pod hrotmi ihiel pripevnených k elektróde dochádza k ionizácii vzduchu s tvorbou vzduchových iónov, ozónu a oxidov dusíka.
Vdychovanie ozónu a vzdušných iónov spôsobuje reakciu v cievnej sieti. Po krátkodobom spazme ciev sa kapiláry rozširujú nielen v povrchových tkanivách, ale aj v hlbokých. V dôsledku toho sa zlepšujú metabolické a trofické procesy a v prípade poškodenia tkaniva sa stimulujú procesy regenerácie a obnovy funkcií.
V dôsledku zlepšenia krvného obehu, normalizácie metabolických procesov a nervových funkcií dochádza k zníženiu bolestí hlavy, vysokého krvného tlaku, zvýšeného cievneho tonusu a poklesu pulzu.
Použitie franklinizácie je indikované pri funkčných poruchách nervového systému
Príklady riešenia problémov
1. Keď funguje franklinizačné zariadenie, každú sekundu sa v 1 cm3 vzduchu vytvorí 500 000 ľahkých vzduchových iónov. Určte prácu ionizácie potrebnú na vytvorenie rovnakého množstva vzduchových iónov v 225 cm 3 vzduchu počas liečebného sedenia (15 min). Predpokladá sa, že ionizačný potenciál molekúl vzduchu je 13,54 V a vzduch sa bežne považuje za homogénny plyn.
- ionizačný potenciál, A - ionizačná práca, N - počet elektrónov.
2. Pri ošetrení elektrostatickou sprchou sa na elektródy elektrického stroja aplikuje potenciálny rozdiel 100 kV. Určte, koľko náboja prejde medzi elektródami počas jedného liečebného postupu, ak je známe, že sily elektrického poľa vykonajú 1800 J práce.
Odtiaľ 
Elektrický dipól v medicíne
V súlade s Einthovenovou teóriou, ktorá je základom elektrokardiografie, je srdce elektrický dipól umiestnený v strede rovnostranného trojuholníka (Einthovenov trojuholník), ktorého vrcholy možno bežne považovať za 
nachádza sa v pravej ruke, ľavej ruke a ľavej nohe.
Počas srdcového cyklu sa mení poloha dipólu v priestore aj dipólový moment. Meranie potenciálneho rozdielu medzi vrcholmi Einthovenovho trojuholníka nám umožňuje určiť vzťah medzi projekciami dipólového momentu srdca na strany trojuholníka nasledovne:
Keď poznáte napätia U AB, U BC, U AC, môžete určiť, ako je dipól orientovaný vzhľadom na strany trojuholníka.
V elektrokardiografii sa potenciálny rozdiel medzi dvoma bodmi na tele (v tomto prípade medzi vrcholmi Einthovenovho trojuholníka) nazýva zvod.
Nazýva sa registrácia potenciálneho rozdielu vo vedení v závislosti od času elektrokardiogram.
Geometrické umiestnenie koncových bodov vektora dipólového momentu počas srdcového cyklu sa nazýva vektorový kardiogram.
Prednáška č.4
Kontaktné javy
1. Rozdiel kontaktného potenciálu. Voltove zákony.
2. Termoelektrina.
3. Termočlánok, jeho využitie v medicíne.
4. Oddychový potenciál. Akčný potenciál a jeho rozloženie.
- Rozdiel kontaktného potenciálu. Voltove zákony.
Pri tesnom kontakte odlišných kovov medzi nimi vzniká potenciálny rozdiel, ktorý závisí len od ich chemického zloženia a teploty (prvý Voltov zákon). Tento potenciálny rozdiel sa nazýva kontakt.
Aby elektrón opustil kov a dostal sa do prostredia, musí pôsobiť proti silám príťažlivosti voči kovu. Táto práca sa nazýva pracovná funkcia elektrónu opúšťajúceho kov.
Uveďme do kontaktu dva rôzne kovy 1 a 2 s pracovnou funkciou A 1 a A 2 a 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 >A 1). V dôsledku toho sa prostredníctvom kontaktu kovov „čerpajú“ voľné elektróny z prvého kovu na druhý, v dôsledku čoho je prvý kov nabitý kladne, druhý záporne. Potenciálny rozdiel, ktorý v tomto prípade vzniká, vytvára elektrické pole intenzity E, čo sťažuje ďalšie „čerpanie“ elektrónov a úplne sa zastaví, keď sa pohyb elektrónu v dôsledku rozdielu kontaktného potenciálu rovná rozdielu v pracovné funkcie:
(1)
Uveďme teraz do kontaktu dva kovy s A 1 = A 2, ktoré majú rôzne koncentrácie voľných elektrónov n 01 > n 02. Potom začne prednostný prenos voľných elektrónov z prvého kovu na druhý. V dôsledku toho bude prvý kov nabitý kladne, druhý záporne. Medzi kovmi vznikne potenciálny rozdiel, ktorý zastaví ďalší prenos elektrónov. Výsledný potenciálny rozdiel je určený výrazom:
, (2)
kde k je Boltzmannova konštanta.
Vo všeobecnom prípade kontaktu medzi kovmi, ktoré sa líšia tak pracovnou funkciou, ako aj koncentráciou voľných elektrónov, je cr.r.p. z (1) a (2) sa bude rovnať:
(3)
Je ľahké ukázať, že súčet rozdielov kontaktných potenciálov sériovo zapojených vodičov sa rovná rozdielu kontaktných potenciálov vytvorených koncovými vodičmi a nezávisí od medziľahlých vodičov:
Táto pozícia sa nazýva druhý Voltov zákon.
Ak teraz pripojíme priamo koncové vodiče, potom potenciálny rozdiel existujúci medzi nimi je kompenzovaný rovnakým potenciálovým rozdielom, ktorý vzniká v kontakte 1 a 4. Preto je c.r.p. nevytvára prúd v uzavretom okruhu kovových vodičov s rovnakou teplotou.
2. Termoelektrina je závislosť rozdielu kontaktného potenciálu od teploty.
Urobme uzavretý okruh dvoch rôznych kovových vodičov 1 a 2.
Teploty kontaktov a a b sa budú udržiavať pri rôznych teplotách T a > Tb. Potom, podľa vzorca (3), c.r.p. v teplom uzle viac ako v studenom uzle: . Výsledkom je, že medzi prechodmi a a b vzniká potenciálny rozdiel nazývaný termoelektromotorická sila a v uzavretom obvode potečie prúd I. Pomocou vzorca (3) dostaneme
Kde 
pre každý pár kovov.
- Termočlánok, jeho využitie v medicíne.
Uzavretý okruh vodičov, ktorý vytvára prúd v dôsledku rozdielov v kontaktných teplotách medzi vodičmi, sa nazýva termočlánok.
Zo vzorca (4) vyplýva, že termoelektromotorická sila termočlánku je úmerná teplotnému rozdielu spojov (kontaktov).
Vzorec (4) platí aj pre teploty na stupnici Celzia:
Termočlánok môže merať iba teplotné rozdiely. Typicky sa jeden spoj udržiava na 0 °C. Nazýva sa to studený spoj. Druhá križovatka sa nazýva horúca alebo meracia križovatka.
Termočlánok má oproti ortuťovým teplomerom značné výhody: je citlivý, bez zotrvačnosti, umožňuje merať teplotu malých predmetov a umožňuje meranie na diaľku.
Meranie profilu teplotného poľa ľudského tela.
Predpokladá sa, že teplota ľudského tela je konštantná, ale táto stálosť je relatívna, pretože v rôznych častiach tela nie je teplota rovnaká a mení sa v závislosti od funkčného stavu tela.
Teplota kože má svoju vlastnú dobre definovanú topografiu. Najnižšia teplota (23-30º) sa nachádza na distálnych končatinách, špičke nosa a ušiach. Najvyššia teplota je v podpazuší, perineu, krku, perách, lícach. Zvyšné oblasti majú teplotu 31 - 33,5 ºС.
U zdravého človeka je teplotné rozloženie symetrické vzhľadom na strednú líniu tela. Porušenie tejto symetrie slúži ako hlavné kritérium pre diagnostiku chorôb zostrojením profilu teplotného poľa pomocou kontaktných zariadení: termočlánku a odporového teplomera.
4. Oddychový potenciál. Akčný potenciál a jeho rozloženie.
Povrchová membrána bunky nie je rovnako priepustná pre rôzne ióny. Okrem toho je koncentrácia akýchkoľvek špecifických iónov na rôznych stranách membrány odlišná, najpriaznivejšie zloženie iónov sa udržiava vo vnútri bunky. Tieto faktory vedú k tomu, že sa v normálne fungujúcej bunke objaví potenciálny rozdiel medzi cytoplazmou a prostredím (pokojový potenciál)
Pri excitácii sa mení potenciálny rozdiel medzi bunkou a prostredím, vzniká akčný potenciál, ktorý sa šíri v nervových vláknach.
Mechanizmus šírenia akčného potenciálu pozdĺž nervového vlákna sa uvažuje analogicky so šírením elektromagnetickej vlny po dvojvodičovom vedení. Spolu s touto analógiou však existujú aj zásadné rozdiely.
Elektromagnetická vlna, ktorá sa šíri v médiu, slabne, keď sa jej energia rozptýli, a mení sa na energiu molekulárno-tepelného pohybu. Zdrojom energie elektromagnetickej vlny je jej zdroj: generátor, iskra atď.
Budiaca vlna sa nerozpadá, pretože prijíma energiu zo samotného média, v ktorom sa šíri (energia nabitej membrány).
K šíreniu akčného potenciálu pozdĺž nervového vlákna teda dochádza vo forme autovlny. Aktívnym prostredím sú excitabilné bunky.
Príklady riešenia problémov
1. Pri konštrukcii profilu teplotného poľa povrchu ľudského tela sa používa termočlánok s odporom r 1 = 4 Ohm a galvanometer s odporom r 2 = 80 Ohm; I=26 µA pri teplotnom rozdiele ºС. Aká je konštanta termočlánku?
Tepelný výkon vznikajúci v termočlánku sa rovná , kde termočlánky je teplotný rozdiel medzi prechodmi.
Podľa Ohmovho zákona pre časť obvodu, kde sa U berie ako . Potom
Prednáška č.5
Elektromagnetizmus
1. Povaha magnetizmu.
2. Magnetická interakcia prúdov vo vákuu. Amperov zákon.
4. Dia-, para- a feromagnetické látky. Magnetická permeabilita a magnetická indukcia.
5. Magnetické vlastnosti telesných tkanív.
1. Povaha magnetizmu.
Okolo pohybujúcich sa elektrických nábojov (prúdov) vzniká magnetické pole, prostredníctvom ktorého tieto náboje interagujú s magnetickými alebo inými pohyblivými elektrickými nábojmi.
Magnetické pole je silové pole a je reprezentované magnetickými siločiarami. Na rozdiel od elektrických siločiar sú magnetické siločiary vždy uzavreté.
Magnetické vlastnosti látky sú spôsobené elementárnymi kruhovými prúdmi v atómoch a molekulách tejto látky.
2 . Magnetická interakcia prúdov vo vákuu. Amperov zákon.
Magnetická interakcia prúdov bola študovaná pomocou pohyblivých drôtových obvodov. Ampere zistil, že veľkosť sily interakcie medzi dvoma malými úsekmi vodičov 1 a 2 s prúdmi je úmerná dĺžkam týchto úsekov, silám prúdu I1 a I2 v nich a je nepriamo úmerná druhej mocnine vzdialenosti. r medzi sekciami:
Ukázalo sa, že sila vplyvu prvého úseku na druhý závisí od ich vzájomnej polohy a je úmerná sínusom uhlov a .
kde je uhol medzi a vektor polomeru r12, ktorý sa spája s rovinou Q, obsahujúcou rez a vektor polomeru r12, a je uhol medzi normálou n a rovinou.
Spojením (1) a (2) a zavedením koeficientu úmernosti k dostaneme matematické vyjadrenie Ampérovho zákona:
(3)
Smer sily je tiež určený pravidlom gimletu: zhoduje sa so smerom translačného pohybu gimletu, ktorého rukoväť sa otáča z normály n 1.
Prúdový prvok je vektor, ktorý sa svojou veľkosťou rovná súčinu Idl nekonečne malého úseku dĺžky dl vodiča a sily prúdu I v ňom a smeruje pozdĺž tohto prúdu. Potom prechodom (3) z malého do nekonečne malého dl môžeme napísať Ampérov zákon v diferenciálnej forme:
. (4)
Koeficient k môže byť reprezentovaný ako
kde je magnetická konštanta (alebo magnetická permeabilita vákua).
Do formulára sa zapíše hodnota pre racionalizáciu zohľadňujúca (5) a (4).
. (6)
3 . Intenzita magnetického poľa. Amperov vzorec. Biot-Savart-Laplaceov zákon.
Keďže elektrické prúdy na seba vzájomne pôsobia prostredníctvom svojich magnetických polí, na základe tejto interakcie možno stanoviť kvantitatívnu charakteristiku magnetického poľa – Amperov zákon. Aby sme to dosiahli, rozdelíme vodič l s prúdom I na mnoho základných úsekov dl. Vytvára pole v priestore.
Do bodu O tohto poľa, ktorý sa nachádza vo vzdialenosti r od dl, umiestnime I 0 dl 0. Potom podľa Amperovho zákona (6) bude na tento prvok pôsobiť sila
(7)
kde je uhol medzi smerom prúdu I v reze dl (vytvárajúcom pole) a smerom vektora polomeru r a je uhol medzi smerom prúdu I 0 dl 0 a normálou n k rovine Q obsahujúcej dl a r.
Vo vzorci (7) vyberieme časť, ktorá nezávisí od aktuálneho prvku I 0 dl 0, označíme ju dH:
Biot-Savart-Laplaceov zákon (8)
Hodnota dH závisí len od aktuálneho prvku Idl, ktorý vytvára magnetické pole a od polohy bodu O.
Hodnota dH je kvantitatívna charakteristika magnetického poľa a nazýva sa intenzita magnetického poľa. Dosadením (8) do (7) dostaneme
kde je uhol medzi smerom prúdu I 0 a magnetickým poľom dH. Vzorec (9) sa nazýva Amperov vzorec a vyjadruje závislosť sily, ktorou magnetické pole pôsobí na prúdový prvok I 0 dl 0 v ňom nachádzajúci sa od sily tohto poľa. Táto sila sa nachádza v rovine Q kolmej na dl 0. Jeho smer je určený „pravidlom ľavej ruky“.
Za predpokladu, že = 90º in (9), dostaneme:
Tie. Intenzita magnetického poľa smeruje tangenciálne k siločiare a rovná sa pomeru sily, ktorou pole pôsobí na jednotkový prúdový prvok, k magnetickej konštante.
4 . Diamagnetické, paramagnetické a feromagnetické látky. Magnetická permeabilita a magnetická indukcia.
Všetky látky umiestnené v magnetickom poli získavajú magnetické vlastnosti, t.j. sú magnetizované a preto menia vonkajšie pole. V tomto prípade niektoré látky oslabujú vonkajšie pole, zatiaľ čo iné ho posilňujú. Prvé sú tzv diamagnetické, druhý - paramagnetické látok. Medzi paramagnetickými látkami výrazne vyniká skupina látok, ktorá spôsobuje veľmi veľké zvýšenie vonkajšieho poľa. Toto feromagnetiká.
Diamagnety- fosfor, síra, zlato, striebro, meď, voda, organické zlúčeniny.
Paramagnety- kyslík, dusík, hliník, volfrám, platina, alkalické kovy a kovy alkalických zemín.
Feromagnety– železo, nikel, kobalt, ich zliatiny.
Geometrický súčet orbitálnych a spinových magnetických momentov elektrónov a vlastného magnetického momentu jadra tvorí magnetický moment atómu (molekuly) látky.
V diamagnetických materiáloch je celkový magnetický moment atómu (molekuly) nulový, pretože magnetické momenty sa navzájom rušia. Vplyvom vonkajšieho magnetického poľa sa však v týchto atómoch indukuje magnetický moment, nasmerovaný opačne ako vonkajšie pole. V dôsledku toho sa diamagnetické médium zmagnetizuje a vytvorí svoje vlastné magnetické pole, nasmerované proti vonkajšiemu a oslabuje ho.
Indukované magnetické momenty diamagnetických atómov sú zachované, pokiaľ existuje vonkajšie magnetické pole. Po odstránení vonkajšieho poľa zmiznú indukované magnetické momenty atómov a diamagnetický materiál sa demagnetizuje.
V paramagnetických atómoch sa orbitálne, spinové a jadrové momenty navzájom nekompenzujú. Atómové magnetické momenty sú však usporiadané náhodne, takže paramagnetické médium nevykazuje magnetické vlastnosti. Vonkajšie pole otáča paramagnetické atómy tak, že ich magnetické momenty sú založené prevažne v smere poľa. V dôsledku toho sa paramagnetický materiál zmagnetizuje a vytvorí svoje vlastné magnetické pole, ktoré sa zhoduje s vonkajším a zosilňuje ho.
(4), kde je absolútna magnetická permeabilita média. Vo vákuu = 1, , a
Vo feromagnetikách sú oblasti (~10 -2 cm) s identicky orientovanými magnetickými momentmi ich atómov. Orientácia samotných domén je však rôznorodá. Preto pri absencii vonkajšieho magnetického poľa nie je feromagnet zmagnetizovaný.
S objavením sa vonkajšieho poľa začnú domény orientované v smere tohto poľa zväčšovať svoj objem v dôsledku susedných domén s rôznymi orientáciami magnetického momentu; feromagnet sa zmagnetizuje. Pri dostatočne silnom poli sa všetky domény preorientujú pozdĺž poľa a feromagnet sa rýchlo zmagnetizuje do nasýtenia.
Keď je vonkajšie pole eliminované, feromagnet nie je úplne demagnetizovaný, ale zachováva si zvyškovú magnetickú indukciu, pretože tepelný pohyb nemôže dezorientovať domény. Demagnetizáciu je možné dosiahnuť zahrievaním, trepaním alebo aplikáciou reverzného poľa.
Pri teplote rovnajúcej sa Curieho bodu je tepelný pohyb schopný dezorientovať atómy v doménach, v dôsledku čoho sa feromagnet zmení na paramagnet.
Tok magnetickej indukcie cez určitý povrch S sa rovná počtu indukčných čiar prenikajúcich týmto povrchom:
(5)
Jednotka merania B – Tesla, F-Weber.
§ 104. Pracovná funkcia elektrónov opúšťajúcich kov
Skúsenosti ukazujú, že voľné elektróny prakticky neopúšťajú kov pri bežných teplotách. V dôsledku toho musí byť v povrchovej vrstve kovu retardačné elektrické pole, ktoré bráni elektrónom v úniku z kovu do okolitého vákua. Práca potrebná na odstránenie elektrónu z kovu do vákua sa nazýva pracovná funkcia. Uveďme dva pravdepodobné dôvody vzhľadu pracovnej funkcie:
1. Ak sa z kovu z nejakého dôvodu odstráni elektrón, potom v mieste, kde elektrón odišiel, vzniká prebytočný kladný náboj a elektrón je priťahovaný k ním indukovanému kladnému náboju.
2. Jednotlivé elektróny, ktoré opúšťajú kov, sa od neho vzďaľujú na vzdialenosti rádovo atómové a vytvárajú tak nad povrchom kovu „elektrónový oblak“, ktorého hustota so vzdialenosťou rýchlo klesá. Tento oblak sa tvorí spolu s vonkajšou vrstvou kladných iónov mriežky elektrická dvojvrstva, ktorého pole je podobné poľu paralelného kondenzátora. Hrúbka tejto vrstvy sa rovná niekoľkým medziatómovým vzdialenostiam (10–10–10–9 m). Nevytvára elektrické pole vo vonkajšom priestore, ale zabraňuje úniku voľných elektrónov z kovu.
Keď teda elektrón opustí kov, musí prekonať elektrické pole dvojitej vrstvy, ktorá ho spomaľuje. Potenciálny rozdiel v tejto vrstve, tzv skok povrchového potenciálu, je určená pracovnou funkciou ( A) elektrón z kovu:
Kde e - elektrónový náboj. Pretože mimo dvojitej vrstvy nie je žiadne elektrické pole, potenciál média je nulový a potenciál vo vnútri kovu je kladný a rovný . Potenciálna energia voľného elektrónu vo vnútri kovu je - e a je negatívny vzhľadom na vákuum. Na základe toho môžeme predpokladať, že celý objem kovu pre vodivé elektróny predstavuje potenciálovú jamu s plochým dnom, ktorej hĺbka sa rovná pracovnej funkcii A.
Pracovná funkcia je vyjadrená v elektrónvolty(eV): 1 eV sa rovná práci vykonanej silami poľa pri pohybe elementárneho elektrického náboja (náboj rovnajúci sa náboju elektrónu), keď prechádza potenciálovým rozdielom 1 V. Keďže náboj elektrónu je 1,610 –19 C, potom 1 eV = 1,610 –19 J.
Pracovná funkcia závisí od chemickej povahy kovov a od čistoty ich povrchu a mení sa v rozmedzí niekoľkých elektrónvoltov (napríklad pre draslík A= 2,2 eV, pre platinu A= 6,3 eV). Výberom povrchového náteru určitým spôsobom môžete výrazne znížiť pracovnú funkciu. Napríklad, ak na povrch nanesiete volfrám (A= 4,5eV) vrstva oxidu kovu alkalických zemín (Ca, Sr, Ba), potom sa pracovná funkcia zníži na 2 eV.
§ 105. Emisné javy a ich aplikácia
Ak poskytneme elektrónom v kovoch energiu potrebnú na prekonanie pracovnej funkcie, potom časť elektrónov môže kov opustiť, čo má za následok jav elektrónovej emisie, resp. elektronické emisie. V závislosti od spôsobu odovzdávania energie elektrónom sa rozlišujú termionické, fotoelektronické, sekundárne elektróny a emisie poľa.
1. Termionická emisia je emisia elektrónov zohriatymi kovmi. Koncentrácia voľných elektrónov v kovoch je pomerne vysoká, preto aj pri priemerných teplotách, v dôsledku rozloženia elektrónových rýchlostí (energií), majú niektoré elektróny dostatočnú energiu na prekonanie potenciálovej bariéry na hranici kovu. So zvyšujúcou sa teplotou narastá počet elektrónov, ktorých kinetická energia tepelného pohybu je väčšia ako pracovná funkcia, a javí sa fenomén termionickej emisie.
Štúdium zákonov termionickej emisie je možné vykonať pomocou najjednoduchšej dvojelektródovej lampy - vákuová dióda, čo je evakuovaný valec obsahujúci dve elektródy: katódu K a anóda A. V najjednoduchšom prípade je katóda vlákno vyrobené zo žiaruvzdorného kovu (napríklad volfrámu), ktoré sa zahrieva elektrickým prúdom. Anóda má najčastejšie podobu kovového valca obklopujúceho katódu. Ak je dióda pripojená k obvodu, ako je znázornené na obr. 152, potom pri zahriatí katódy a privedení kladného napätia na anódu (vzhľadom na katódu) vzniká v anódovom obvode diódy prúd. Ak zmeníte polaritu batérie B a potom sa prúd zastaví, nech je katóda akokoľvek horúca. V dôsledku toho katóda emituje negatívne častice - elektróny.
Ak udržiavame teplotu vyhrievanej katódy konštantnú a odstraňujeme závislosť anódového prúdu ja a od anódového napätia U A, - prúdovo-napäťová charakteristika(obr. 153), ukazuje sa, že nie je lineárny, to znamená, že pre vákuovú diódu nie je splnený Ohmov zákon. Závislosť termionického prúdu ja od anódového napätia v oblasti malých kladných hodnôt U popísané zákon troch sekúnd(založené ruským fyzikom S. A. Boguslavským (1883-1923) a americkým fyzikom I. Langmuirom (1881-1957)):
Kde IN- koeficient v závislosti od tvaru a veľkosti elektród, ako aj ich vzájomnej polohy.
Keď sa anódové napätie zvyšuje, prúd sa zvyšuje na určitú maximálnu hodnotu ja nás, volali saturačný prúd. To znamená, že takmer všetky elektróny opúšťajúce katódu dosiahnu anódu, takže ďalšie zvýšenie intenzity poľa nemôže viesť k zvýšeniu termionického prúdu. V dôsledku toho hustota saturačného prúdu charakterizuje emisivitu katódového materiálu.
Stanoví sa hustota saturačného prúdu Richardson - Deshmanov vzorec, odvodené teoreticky na základe kvantovej štatistiky:
Kde A - pracovná funkcia elektrónov opúšťajúcich katódu, T - termodynamická teplota, S- konštantné, teoreticky rovnaké dojenie všetkých kovov (toto nie je potvrdené experimentom, čo je zrejme vysvetlené povrchovými efektmi). Zníženie pracovnej funkcie vedie k prudkému zvýšeniu hustoty saturačného prúdu. Preto sa používajú oxidové katódy (napríklad nikel potiahnutý oxidom kovu alkalických zemín), ktorých pracovná funkcia je 1-1,5 eV.
Na obr. 153 ukazuje charakteristiky prúdového napätia pre dve katódové teploty: T 1 a T 2 a T 2 >T 1 . S Keď sa teplota katódy zvyšuje, emisia elektrónov z katódy sa stáva intenzívnejšou a zvyšuje sa aj saturačný prúd. O U a = 0, je pozorovaný anódový prúd, t.j. niektoré elektróny emitované katódou majú dostatočnú energiu na prekonanie pracovnej funkcie a dosiahnutie anódy bez použitia elektrického poľa.
Fenomén termionickej emisie sa využíva v zariadeniach, v ktorých je potrebné získať tok elektrónov vo vákuu, napríklad vo vákuových trubiciach, röntgenových trubiciach, elektrónových mikroskopoch atď. Elektrónky sú široko používané v elektrotechnike a rádiotechnike , automatizácia a telemechanika na usmerňovanie striedavých prúdov, zosilňovanie elektrických signálov a striedavých prúdov, generovanie elektromagnetických kmitov atď. V závislosti od účelu sa vo svietidlách používajú prídavné riadiace elektródy.
2. Fotoelektrónová emisia je emisia elektrónov z kovu pod vplyvom svetla, ako aj krátkovlnného elektromagnetického žiarenia (napríklad röntgenového žiarenia). Hlavné princípy tohto javu budú diskutované pri zvažovaní fotoelektrického javu.
3. Sekundárna emisia elektrónov- je emisia elektrónov z povrchu kovov, polovodičov alebo dielektrík pri bombardovaní zväzkom elektrónov. Sekundárny tok elektrónov pozostáva z elektrónov odrazených od povrchu (elasticky a neelasticky odrazené elektróny) a „skutočných“ sekundárnych elektrónov – elektrónov vyrazených z kovu, polovodiča alebo dielektrika primárnymi elektrónmi.
Pomer sekundárnych elektrónových čísel n 2 k číslu primár n 1 , spôsobujúce emisiu sa nazýva emisný faktor sekundárnych elektrónov:
Koeficient závisí od povahy materiálu povrchu, energie bombardujúcich častíc a ich uhla dopadu na povrch. V polovodičoch a dielektrikách viac ako kovy. Vysvetľuje to skutočnosť, že v kovoch, kde je koncentrácia vodivých elektrónov vysoká, sekundárne elektróny, ktoré sa s nimi často zrážajú, strácajú svoju energiu a nemôžu kov opustiť. V polovodičoch a dielektrikách v dôsledku nízkej koncentrácie vodivých elektrónov dochádza k zrážkam sekundárnych elektrónov s nimi oveľa zriedkavejšie a pravdepodobnosť odchodu sekundárnych elektrónov z emitora sa niekoľkonásobne zvyšuje.
Napríklad na obr. 154 je znázornená kvalitatívna závislosť koeficientu emisie sekundárnych elektrónov z energie E dopadajúce elektróny pre KCl. So zvyšujúcou sa energiou elektrónov sa zvyšuje, keď primárne elektróny prenikajú hlbšie do kryštálovej mriežky, a preto vyraďujú viac sekundárnych elektrónov. Avšak pri určitej energii primárnych elektrónov začína klesať. Je to spôsobené tým, že s rastúcou hĺbkou prieniku primárnych elektrónov je pre sekundárne elektróny čoraz ťažšie uniknúť na povrch. Význam max pre KCl dosahuje12 (pre čisté kovy nepresahuje 2).
Využíva sa jav emisie sekundárnych elektrónov elektrónky fotonásobiča(PMT), použiteľné na zosilnenie slabých elektrických prúdov. Fotonásobič je vákuová trubica s fotokatódou K a anódou A, medzi ktorými je niekoľko elektród - žiariče(obr. 155). Elektróny vytrhnuté z fotokatódy pod vplyvom svetla vstupujú do žiariča E 1 a prechádzajú cez urýchľujúci sa potenciálový rozdiel medzi K a E 1. E 1 je vyrazený z žiariča elektróny. Takto zosilnený tok elektrónov smeruje do žiariča E 2 a proces násobenia sa opakuje na všetkých nasledujúcich žiaričoch. Ak PMT obsahuje nžiariče, potom na anóde A, tzv zberateľ, sa ukáže byť posilnená v n násobok prúdu fotoelektrónov.
4. Autoelektronické emisie je emisia elektrónov z povrchu kovov pod vplyvom silného vonkajšieho elektrického poľa. Tieto javy možno pozorovať vo evakuovanej trubici, ktorej konfigurácia elektród (katóda - hrot, anóda - vnútorný povrch trubice) umožňuje pri napätiach približne 10 3 V získať elektrické polia o sile približne 10 7 V/m. Pri postupnom zvyšovaní napätia, už pri intenzite poľa na povrchu katódy približne 10 5 -10 6 V/m, vzniká slabý prúd v dôsledku elektrónov emitovaných katódou. Sila tohto prúdu sa zvyšuje so zvyšujúcim sa napätím na trubici. Prúdy vznikajú, keď je katóda studená, preto sa opísaný jav nazýva aj tzv studená emisia. Vysvetlenie mechanizmu tohto javu je možné len na základe kvantovej teórie.
Vzorec pre funkciu práce elektrónov
Kovy obsahujú vodivé elektróny, ktoré tvoria elektrónový plyn a podieľajú sa na tepelnom pohybe. Pretože vodivé elektróny sú držané vo vnútri kovu, preto v blízkosti povrchu pôsobia sily na elektróny a smerujú do kovu. Na to, aby elektrón opustil kov za svoje hranice, treba proti týmto silám vykonať určitú prácu A, ktorá je tzv. funkcia práce elektrónov vyrobené z kovu. Táto práca je, prirodzene, odlišná pre rôzne kovy.
Potenciálna energia elektrónu vo vnútri kovu je konštantná a rovná sa:
W p = -eφ , kde j je potenciál elektrického poľa vo vnútri kovu.
Keď elektrón prechádza cez povrchovú elektrónovú vrstvu, potenciálna energia rýchlo klesá pracovnou funkciou a mimo kovu sa stáva nulovou. Rozloženie elektrónovej energie vo vnútri kovu môže byť reprezentované ako potenciálna jama.
Vo vyššie diskutovanej interpretácii sa pracovná funkcia elektrónu rovná hĺbke potenciálovej jamy, t.j.
Aout = eφ
Tento výsledok je v súlade s klasickou elektrónovou teóriou kovov, ktorá predpokladá, že rýchlosť elektrónov v kove sa riadi Maxwellovým distribučným zákonom a je nulová pri absolútnej nulovej teplote. V skutočnosti sa však vodivé elektróny riadia kvantovou štatistikou Fermi-Dirac, podľa ktorej pri absolútnej nule je rýchlosť elektrónov a teda aj ich energia nenulová.
Maximálna hodnota energie, ktorú majú elektróny pri absolútnej nule, sa nazýva Fermiho energia E F . Kvantová teória vodivosti kovov, založená na týchto štatistikách, dáva inú interpretáciu pracovnej funkcie. Funkcia práce elektrónov z kovu sa rovná rozdielu medzi výškou potenciálovej bariéry eφ a Fermiho energiou.
A out = eφ" - E F
kde φ" je priemerná hodnota potenciálu elektrického poľa vo vnútri kovu.
Tabuľka pracovnej funkcie elektrónov z jednoduchých látok
V tabuľke sú uvedené hodnoty funkcie práce elektrónov pre polykryštalické vzorky, ktorých povrch je čistený vo vákuu kalcináciou alebo mechanickou úpravou. Nedostatočne spoľahlivé údaje sú uvedené v zátvorkách.
|
Látka |
Vzorec látky |
Funkcia práce elektrónov (W, eV) |
|
hliník |
||
|
berýlium |
||
|
uhlík (grafit) |
||
|
germánium |
||
|
mangán |
||
|
molybdén |
||
|
paládium |
||
|
prazeodým |
||
|
cín (γ-forma) |
||
|
cín (β forma) |
||
|
stroncium |
||
|
volfrám |
||
|
zirkónium |
Už bolo poznamenané, že pri prechode rozhraním medzi vodičom a vákuom sa intenzita a indukcia elektrického poľa náhle zmení. S tým sú spojené špecifické javy. Elektrón je voľný iba v rámci hraníc kovu. Akonáhle sa pokúsi prekročiť hranicu „kov-vákuum“, medzi elektrónom a nadbytočným kladným nábojom vytvoreným na povrchu vzniká Coulombova sila príťažlivosti (obr. 6.1).
V blízkosti povrchu sa vytvorí elektrónový oblak a na rozhraní sa vytvorí elektrická dvojvrstva s rozdielom potenciálov (). Potenciálne skoky na kovovej hranici sú znázornené na obrázku 6.2.
Potenciálna energetická jama sa vytvára v objeme, ktorý zaberá kov, pretože v rámci kovu sú elektróny voľné a ich interakčná energia s miestami mriežky je nulová. Mimo kovu získava elektrón energiu W 0 Toto je energia príťažlivosti. Aby elektrón opustil kov, musí prekonať potenciálnu bariéru a vykonať prácu
| (6.1.1) |
Táto práca sa nazýva pracovná funkcia elektrónu opúšťajúceho kov
. Aby sa to dosiahlo, musí byť elektrón vybavený dostatočnou energiou. 
Termionická emisia
Hodnota pracovnej funkcie závisí od chemickej povahy látky, od jej termodynamického stavu a od stavu rozhrania. Ak je energia dostatočná na vykonanie pracovnej funkcie odovzdaná elektrónom zahrievaním, potom Proces opúšťania elektrónov z kovu sa nazýva termionická emisia .
V klasickej termodynamike je kov reprezentovaný ako iónová mriežka obsahujúca elektrónový plyn. Predpokladá sa, že spoločenstvo voľných elektrónov sa riadi zákonmi ideálneho plynu. V dôsledku toho, v súlade s Maxwellovým rozdelením, pri teplotách iných ako 0 K, kov obsahuje určitý počet elektrónov, ktorých tepelná energia je väčšia ako pracovná funkcia. Tieto elektróny opúšťajú kov. Ak sa teplota zvýši, zvýši sa aj počet takýchto elektrónov.
Jav emisie elektrónov zohriatymi telesami (emitormi) do vákua alebo iného prostredia sa nazýva tzv termionická emisia . Zahrievanie je potrebné, aby energia tepelného pohybu elektrónu bola dostatočná na prekonanie síl Coulombovej príťažlivosti medzi záporne nabitým elektrónom a ním indukovaným kladným nábojom na povrchu kovu pri jeho odstránení z povrchu (obr. 6.1). Navyše, pri dostatočne vysokej teplote sa nad povrchom kovu vytvorí negatívne nabitý elektrónový oblak, ktorý bráni elektrónu opustiť povrch kovu do vákua. Tieto dva a možno aj ďalšie dôvody určujú pracovnú funkciu elektrónu z kovu.
Fenomén termionickej emisie objavil v roku 1883 Edison, slávny americký vynálezca. Tento jav pozoroval vo vákuovej trubici s dvoma elektródami – anódou s kladným potenciálom a katódou so záporným potenciálom. Katódou výbojky môže byť vlákno zo žiaruvzdorného kovu (volfrám, molybdén, tantal atď.), ohrievané elektrickým prúdom (obr. 6.3). Takáto lampa sa nazýva vákuová dióda. Ak je katóda studená, potom v obvode katóda-anóda nie je prakticky žiadny prúd. Keď sa teplota katódy zvýši, v obvode katóda-anóda sa objaví elektrický prúd, ktorý je tým väčší, čím vyššia je teplota katódy. Pri konštantnej teplote katódy sa prúd v obvode katóda-anóda zvyšuje so zvyšujúcim sa potenciálom U medzi katódou a anódou a dochádza k nejakej stacionárnej hodnote tzv saturačný prúd ja n. V čom všetka termionika emitovaná katódou dosiahne anódu. Anódový prúd nie je úmerný U, a preto Pre vákuovú diódu neplatí Ohmov zákon.
Obrázok 6.3 znázorňuje obvod vákuovej diódy a charakteristiky prúdového napätia (voltampérové charakteristiky) Ja a(Ua). Tu U h – oneskorenie napätie, pri ktorom ja = 0.
Studená a výbušná emisia
Emisia elektrónov spôsobená pôsobením síl elektrického poľa na voľné elektróny v kove sa nazýva studené emisie alebo poľná elektronika . Na to musí byť intenzita poľa dostatočná a musí byť splnená podmienka
| (6.1.2) |
Tu d– hrúbka dvojitej elektrickej vrstvy na rozhraní. Zvyčajne v čistých kovoch a 
získame V praxi sa pozoruje studená emisia pri hodnote sily rádovo Tento nesúlad sa pripisuje nejednotnosti klasických konceptov na popis procesov na mikroúrovni.
Emisie poľa možno pozorovať v dobre evakuovanej vákuovej trubici, ktorej katóda je hrot a anóda je obyčajná elektróda s plochým alebo mierne zakriveným povrchom. Intenzita elektrického poľa na povrchu hrotu s polomerom zakrivenia r a potenciál U vzhľadom na anódu je rovnaký
At a , čo povedie k vzniku slabého prúdu v dôsledku emisie poľa z povrchu katódy. Sila emisného prúdu sa rýchlo zvyšuje so zvyšujúcim sa potenciálom U. V tomto prípade nie je katóda špeciálne zahrievaná, a preto sa emisia nazýva studená.
Pomocou emisie poľa je v princípe možné získať prúdovú hustotu 
ale to si vyžaduje žiariče vo forme kolekcie veľkého počtu hrotov, tvarovo identických (obr. 6.4), čo je prakticky nemožné a navyše zvýšenie prúdu na 10 8 A/cm 2 vedie k explozívnej deštrukcii. hrotov a celého žiariča.
Hustota prúdu AEE pod vplyvom vesmírneho náboja sa rovná (Child-Langmuirov zákon)
Kde 
– koeficient úmernosti určený geometriou a materiálom katódy.
Jednoducho povedané, Childe-Langmuirov zákon ukazuje, že hustota prúdu je úmerná (zákon troch sekúnd).
Prúd poľnej emisie, keď je koncentrácia energie v mikroobjemoch katódy do 10 4 J×m –1 alebo viac (s celkovou energiou 10 -8 J), môže iniciovať kvalitatívne odlišný typ emisie v dôsledku výbuch mikrohrotov na katóde (obr. 6.4).
V tomto prípade sa objaví elektrónový prúd, ktorý je rádovo väčší ako počiatočný prúd - pozorované výbušná emisia elektrónov (VEE). VEE bol objavený a študovaný na Tomskom polytechnickom inštitúte v roku 1966 tímom zamestnancov pod vedením G.A. Mesiace.
VEE je jediný typ emisie elektrónov, ktorý umožňuje získať toky elektrónov s výkonom až 10 13 W s prúdovou hustotou až 10 9 A/cm 2 .
 |  |
|
| Ryža. 6.4 | Ryža. 6.5 |
Prúd VEE má nezvyčajnú štruktúru. Pozostáva z jednotlivých častí elektrónov 10 11 ¸ 10 12 kusov, ktoré majú charakter elektrónových lavín, tzv. ektóny(počiatočné písmená " výbušné centrum") (obr. 6.5). Čas vzniku lavíny je 10 -9 ¸ 10 -8 s.
Výskyt elektrónov v ektóne je spôsobený rýchlym prehriatím mikrorezov katódy a v podstate ide o typ termionickej emisie. Existencia ektónu sa prejavuje vytvorením krátera na povrchu katódy. Zastavenie emisie elektrónov v ektóne je spôsobené ochladením emisnej zóny v dôsledku tepelnej vodivosti, znížením prúdovej hustoty a vyparovaním atómov.
Výbušná emisia elektrónov a ektónov hrá zásadnú úlohu pri vákuových iskrách a oblúkoch, pri nízkotlakových výbojoch, v stlačených a vysokopevnostných plynoch, v mikromedzerách, t.j. kde je na povrchu katódy elektrické pole vysokej intenzity.
Fenomén explozívnej emisie elektrónov slúžil ako základ pre vytvorenie pulzných elektrofyzikálnych inštalácií, ako sú vysokoprúdové elektrónové urýchľovače, výkonné pulzné a röntgenové zariadenia a výkonné relativistické mikrovlnné generátory. Napríklad impulzné elektrónové urýchľovače majú výkon 10 13 W alebo viac s dobou trvania impulzu 10 -10 ¸ 10 - 6 s, elektrónovým prúdom 10 6 A a energiou elektrónov 10 4 ¸ 10 7 eV. Takéto lúče sa široko používajú na výskum v oblasti fyziky plazmy, fyziky žiarenia a chémie, na čerpanie plynových laserov atď.
Fotoelektrónová emisia
Fotoelektrónová emisia (fotoefekt) pozostáva z „vyradenia“ elektrónov z kovu, keď je vystavený elektromagnetickému žiareniu.
Schéma nastavenia na štúdium fotoelektrického efektu a charakteristík prúdového napätia je podobná ako na obrázku. 6.3. Tu je namiesto ohrevu katódy nasmerovaný prúd fotónov alebo γ-kvantov (obr. 6.6).
Zákony fotoelektrického javu sú ešte viac v rozpore s klasickou teóriou ako v prípade studenej emisie. Z tohto dôvodu budeme pri diskusii o kvantových konceptoch v optike uvažovať o teórii fotoelektrického javu.
Vo fyzikálnych prístrojoch, ktoré zaznamenávajú γ - žiarenie, používajú elektrónky fotonásobiča (PMT). Schéma zariadenia je znázornená na obrázku 6.7.
Využíva dva emisné efekty: fotoefekt A emisia sekundárnych elektrónov, ktorá spočíva vo vyrazení elektrónov z kovu, keď je bombardovaný inými elektrónmi. Elektróny sú vyradené svetlom z fotokatódy ( FC). Rýchlosť medzi FC a prvý žiarič ( KS 1), získavajú energiu dostatočnú na vyradenie väčšieho počtu elektrónov z ďalšieho žiariča. K množeniu elektrónov teda dochádza v dôsledku zvýšenia ich počtu počas postupného prechodu potenciálneho rozdielu medzi susednými žiaričmi. Posledná elektróda sa nazýva kolektor. Zaznamenáva sa prúd medzi posledným žiaričom a kolektorom. teda PMT slúži ako prúdový zosilňovač a ten je úmerný žiareniu dopadajúcemu na fotokatódu, ktorá sa používa na hodnotenie rádioaktivity.
NABÍJAČKA. ELEMENTÁRNE ČASTICE.
Nabíjačka q - fyzikálna veličina, ktorá určuje intenzitu elektromagnetickej interakcie.
[q] = 1 Cl (Coulomb).
Atómy sa skladajú z jadier a elektrónov. Jadro obsahuje kladne nabité protóny a nenabité neutróny. Elektróny nesú záporný náboj. Počet elektrónov v atóme sa rovná počtu protónov v jadre, takže celkovo je atóm neutrálny.
Nabíjanie akéhokoľvek tela: q = ±Ne, kde e = 1,6*10 -19 C je elementárny alebo minimálny možný náboj (elektrónový náboj), N- počet prebytočných alebo chýbajúcich elektrónov. V uzavretom systéme zostáva algebraický súčet poplatkov konštantný:
q 1 + q 2 + … + q n = konšt.
Bodový elektrický náboj je nabité teleso, ktorého rozmery sú mnohonásobne menšie ako vzdialenosť od iného elektrifikovaného telesa, ktoré s ním interaguje.
Coulombov zákon
Dva stacionárne bodové elektrické náboje vo vákuu interagujú so silami smerujúcimi pozdĺž priamky spájajúcej tieto náboje; moduly týchto síl sú priamo úmerné súčinu nábojov a nepriamo úmerné druhej mocnine vzdialenosti medzi nimi:
Faktor proporcionality
kde je elektrická konštanta.
kde 12 je sila pôsobiaca z druhého náboja na prvý a 21 - z prvého na druhý.
ELEKTRICKÉ POLE. TENSION
Fakt interakcie elektrických nábojov na diaľku možno vysvetliť prítomnosťou elektrického poľa okolo nich - hmotného objektu, súvislého v priestore a schopného pôsobiť na iné náboje.
Pole stacionárnych elektrických nábojov sa nazýva elektrostatické.
Charakteristickým znakom poľa je jeho intenzita.
Intenzita elektrického poľa v danom bode je vektor, ktorého veľkosť sa rovná pomeru sily pôsobiacej na bodový kladný náboj k veľkosti tohto náboja a smer sa zhoduje so smerom sily.
Sila poľa bodového náboja Q na diaľku r rovná
Princíp superpozície poľa
Intenzita poľa systému nábojov sa rovná vektorovému súčtu intenzity poľa každého z nábojov v systéme:
Dielektrická konštanta prostredie sa rovná pomeru intenzity poľa vo vákuu a v hmote:
Ukazuje, koľkokrát látka oslabuje pole. Coulombov zákon za dva bodové poplatky q A Q, ktorý sa nachádza na diaľku r v médiu s dielektrickou konštantou:
Sila poľa na diaľku r z poplatku Q rovná
POTENCIÁLNA ENERGIA NABITÉHO TELA V HOMOGÉNOM ELEKTROSTATICKOM POLI
Medzi dve veľké dosky, nabité opačnými znamienkami a umiestnené rovnobežne, umiestnime bodový náboj q.
Keďže elektrické pole medzi doskami má rovnomernú intenzitu, sila pôsobí na náboj vo všetkých bodoch F = qE, ktorý pri posunutí náboja na určitú vzdialenosť funguje
Táto práca nezávisí od tvaru trajektórie, teda kedy sa náboj pohybuje q po ľubovoľnej línii L práca bude rovnaká.
Práca elektrostatického poľa na pohyb náboja nezávisí od tvaru trajektórie, ale je určená výlučne počiatočným a konečným stavom systému. Rovnako ako v prípade gravitačného poľa sa rovná zmene potenciálnej energie s opačným znamienkom:
Z porovnania s predchádzajúcim vzorcom je zrejmé, že potenciálna energia náboja v rovnomernom elektrostatickom poli sa rovná:
Potenciálna energia závisí od výberu nulovej úrovne a preto sama o sebe nemá žiadny hlboký význam.
POTENCIÁL ELEKTROSTATICKÉHO POĽA A NAPÄTIE
Potenciál je pole, ktorého činnosť pri pohybe z jedného bodu poľa do druhého nezávisí od tvaru trajektórie. Potenciálne polia sú gravitačné pole a elektrostatické pole.
Práca vykonaná potenciálnym poľom sa rovná zmene potenciálnej energie systému s opačným znamienkom:
Potenciál- pomer potenciálnej energie náboja v poli k veľkosti tohto náboja:
Rovnomerný potenciál poľa sa rovná
Kde d- vzdialenosť meraná od nejakej nulovej úrovne.
Potenciálna energia interakcie náboja q s poľom sa rovná .
Preto práca poľa na presun náboja z bodu s potenciálom φ 1 do bodu s potenciálom φ 2 je:
Množstvo sa nazýva potenciálny rozdiel alebo napätie.
Napätie alebo potenciálny rozdiel medzi dvoma bodmi je pomer práce, ktorú vykoná elektrické pole na presun náboja z počiatočného bodu do konečného bodu k veľkosti tohto náboja:
[U] = 1 J/C = 1 V
SILA POLE A ROZDIEL POTENCIÁLOV
Pri presúvaní náboja q pozdĺž siločiary elektrického poľa intenzity vo vzdialenosti Δ d pole funguje
Keďže podľa definície dostaneme:
Intenzita elektrického poľa je teda rovná
Intenzita elektrického poľa sa teda rovná zmene potenciálu pri pohybe pozdĺž siločiary na jednotku dĺžky.
Ak sa kladný náboj pohybuje v smere siločiary, potom sa smer sily zhoduje so smerom pohybu a práca poľa je kladná:
Potom, to znamená, že napätie smeruje k znižovaniu potenciálu.
Napätie sa meria vo voltoch na meter:
[E] = 1 B/m
Intenzita poľa je 1 V/m, ak je napätie medzi dvoma bodmi elektrického vedenia vo vzdialenosti 1 m 1 V.
ELEKTRICKÁ KAPACITA
Ak meriame náboj nezávisle Q, komunikované s telom a jeho potenciál φ, potom môžeme zistiť, že sú navzájom priamo úmerné:
Hodnota C charakterizuje schopnosť vodiča akumulovať elektrický náboj a nazýva sa elektrická kapacita. Elektrická kapacita vodiča závisí od jeho veľkosti, tvaru, ako aj od elektrických vlastností média.
Elektrická kapacita dvoch vodičov je pomer náboja jedného z nich k potenciálnemu rozdielu medzi nimi:
Kapacita tela je 1 F, ak keď je mu pridelený náboj 1 C, nadobudne potenciál 1 V.
KONDENZÁTORY
Kondenzátor- dva vodiče oddelené dielektrikom, slúžiace na akumuláciu elektrického náboja. Nábojom kondenzátora sa rozumie nábojový modul jednej z jeho dosiek alebo dosiek.
Schopnosť kondenzátora akumulovať náboj je charakterizovaná elektrickou kapacitou, ktorá sa rovná pomeru náboja kondenzátora k napätiu:
Kapacita kondenzátora je 1 F, ak pri napätí 1 V je jeho náboj 1 C.
Kapacita paralelného doskového kondenzátora je priamo úmerná ploche dosiek S, dielektrická konštanta média a je nepriamo úmerná vzdialenosti medzi doskami d:
ENERGIA NABITÉHO KONDENZÁTORA.
Dokazujú to presné experimenty W=CU 2/2
Pretože q = CU, To
Hustota energie elektrického poľa
Kde V = Sd je objem, ktorý zaberá pole vo vnútri kondenzátora. Vzhľadom na to, že kapacita paralelného kondenzátora
a napätie na jeho platniach U = Ed
dostaneme:
Príklad. Elektrón pohybujúci sa v elektrickom poli z bodu 1 do bodu 2 zvýšil svoju rýchlosť z 1000 na 3000 km/s. Určte potenciálny rozdiel medzi bodmi 1 a 2.
