19 Характеристика твёрдого состояния вещества. Кристаллические тела, анизотропия монокристаллов. Виды кристаллических структур. Аморфные тела.

 Агрегатные состояние вещества Таганрогский государственный радиотехнический Университет Реферат по Естествознанию на тему : Агрегатное состояние веществ. Димитров В.И. Группа М-78 Таганрог 1999 г. Агрегатные Состояния вещества(от лат. Aggrego -присоединяю, связываю), состояния одного и того же вещества, переходы между которыми сопровождаются скачкообразным изменением его свободной энергии, энтропии, плотности и других физических свойств. Все вещества (за некоторым исключением) могут существовать в трёх агрегатных состояниях - твёрдом, жидком и газообразном. Так, вода при нормальном давлении p= 10l 325 Па=760 мм ртутного столба и при температуре t=00 С. кристаллизуется в лёд, а при 100°С кипит и превращается в пар. Четвёртым агрегатным состоянием вещества часто считают плазму. Агрегатное состояние вещества зависит от физических условий, в которых оно находится, главным образом от температуры и от давления. Определяющей величиной является отношение средней потенциальной энергии взаимодействия молекул к их средней кинетической энергии. Так, для твёрдого тeла это отношение больше 1, для газов меньше 1, а для жидкостей приблизительно равно 1. Переход из одного агрегатного состояния вещества в другое сопровождается скачкообразным изменением величины данного отношения, связанным со скачкообразным изменением межмолекулярных расстояний и межмолекулярных взаимодействий. В газах межмолекулярные расстояния велики, молекулы почти не взаимодействуют друг с другом и движутся практически свободно, заполняя весь объём. В жидкостях и твёрдых телах -конденсированных средах - молекулы (атомы)расположены значительно ближе друг к другу и взаимодействуют сильнее. Это приводит к сохранению жидкостями и твёрдыми телами своего объёма. Однако, характер движения молекул в твёрдых телах и жидкостях различен, чем и объясняется различие их структуры и свойств. У твёрдых тел в кристаллообразном состоянии атомы совершают лишь колебания вблизи узлов кристаллической решётки; структура этих тел характеризуется высокой степенью упорядоченности - дальним и ближним порядком. Тепловое движение молекул (атомов) жидкости представляет собой сочетание малых колебаний около положений равновесия и частых перескоков из одного положения равновесия в другое. Последние и обусловливают существование в жидкостях лишь ближнего порядка в расположении частиц, а также свойственные им подвижность и текучесть. Плавление - это переход вещества из твердого агрегатного состояния (см. Агрегатные состояния вещества) в жидкое. Этот процесс происходит при нагревании, когда телу сообщают некоторое количество теплоты +Q. Например, легкоплавкий металл свинец переходит из твердого состояния в жидкое, если его нагреть до температуры 327 С. Свинец запросто плавится на газовой плите, например в ложке из нержавеющей стали (известно, что температура пламени газовой горелки - 600-850°С, а температура плавления стали - 1300-1500°С). Если, плавя свинец, измерять его температуру, то можно обнаружить, что сначала он ...  ИЛИ
 Твердые вещества
Твердые вещества состоят из плотноупакованных частиц. Этими частицами могут быть атомы, молекулы или ионы. Большинство твердых веществ находится в кристаллической форме. Это означает, что образующие их частицы предельно упорядочены в регулярной пространственной структуре.
Существуют, однако, и такие твердые вещества, в которых частицы не настолько упорядочены, чтобы образовать регулярную кристаллическую структуру. Такие твердые вещества называют аморфными. Примером аморфного вещества является стекло, в котором частицы расположены беспорядочно. К аморфным веществам относится большинство полимеров. Полимерные молекулы имеют неодинаковые размеры и поэтому не способны плотно упаковаться с образованием упорядоченной структуры.
Одно время считалось, что древесный уголь, кокс и сажа (разные формы углерода) являются аморфными веществами. Однако рентгеноструктурный анализ показал, что все эти формы углерода состоят из мелких графитоподобных кристаллов.
Рассмотрим некоторые свойства, присущие твердым веществам.
По сравнению с двумя другими состояниями (газообразное и жидкое) твердые вещества имеют наибольшую упорядоченность. Именно этой высокой упорядоченностью объясняются многие физические свойства твердых веществ.
Вещества общей химической формулы (например, М Кисл. ост., где М – металл), имеющие кристаллическую решетку одного типа, называются изоморфными. Изоморфизм обнаруживается, например, у нитрата натрия NaNO3 и карбоната кальция СаСО3, находящегося в форме минерала кальцита. Оба этих вещества имеют ромбоэдрическую кристаллическую структуру.
Способность какого-либо соединения (сложного вещества) существовать в двух и более кристаллических формах называют полиморфизмом. Примером полиморфного соединения является кремнезем, или оксид кремния(IV) SiO2. В его каркасной ковалентной структуре каждый атом кремния связан с четырьмя атомами кислорода, образуя тетраэдрическую упаковку. К числу кристаллических форм кремнезема относится кварц, который существует в нескольких полиморфных модификациях. При нагревании гексагональная структура кварца при 870 °С переходит в ромбическую, а затем при 1470 °С в кубическую. При 1710 °С кварц плавится. Температура, при которой одна форма превращается в другую, называется температурой перехода.
Если какой-либо химический элемент может существовать в виде двух или нескольких простых веществ (например, кислород и озон), то считается, что он проявляет аллотропию. Различные формы одного элемента называют аллотропами. Аллотропия может быть обусловлена образованием кристаллов различной модификации (например, алмаз и графит). В этом примере аллотропия – частный случай полиморфизма. Аллотропия известна для приблизительно половины элементов.
Например, углерод существует в виде либо алмаза, либо графита. Сера может находиться в двух кристаллических формах – ромбической и моноклинной – в зависимости от температуры (рис. 8.4). Рис. 8.4. 
Ромбическая (а) и моноклинная (б) 
аллотропные модификации серы 
Обе кристаллические формы серы являются примерами молекулярных кристаллов. Молекулы в них представляют собой гофрированные циклы, в каждом из которых содержится по восемь ковалентно связанных атомов серы: 

Твердая сера может существовать также в третьей аллотропной форме – пластической серы, состоящей из длинных цепочек атомов серы. Эта форма является самой неустойчивой. Уже при комнатной температуре цепочки пластической серы разрушаются, образуя молекулы S8, кристаллизирующиеся в ромбическую структуру серы. 
Фосфор также может существовать в трех аллотропных формах. Красный фосфор имеет каркасную кристаллическую структуру, в которой каждый атом ковалентно связан с тремя другими атомами фосфора. Белый фосфор представляет собой молекулярный кристалл, каждая молекула которого содержит четыре атома фосфора, ковалентно связанных в тетраэдрическую структуру. Третий аллотроп – черный фосфор – образуется из белого и красного при высоких давлениях и существует в виде макромолекулярной слоистой структуры. 
Сжимаемость твердых веществ практически равна нулю. Все твердые вещества имеют определенный объем. Одним из наиболее известных свойств твердых веществ является их способность сохранять свою форму. В отличие от жидкостей и газов твердые вещества способны выдерживать значительные внешние нагрузки. Плотность каждого вещества в твердом состоянии значительно выше, чем в газообразном, и несколько больше, чем в жидком (исключением является вода, которая обладает большей плотностью, чем лед). 
Кристаллические твердые вещества имеют строго определенную температуру плавления. Аморфные вещества, например стекла, размягчаются в интервале температур. 
Все твердые вещества характеризуются давлением пара, хотя оно, как правило, очень мало. Особенно мало давление пара у твердых веществ с ионной кристаллической решеткой. 
Энтальпии (теплоты) плавления твердых веществ намного меньше, чем энтальпии испарения соответствующих жидкостей. 
Твердые вещества могут значительно отличаться друг от друга по своим пластическим свойствам. Некоторые из них, например ионные вещества, обычно раскалываются под большой нагрузкой. Такое свойство называется хрупкостью. Другие, например резина, являются упругими. После удаления внешней нагрузки они приобретают первоначальную форму. 
Многие металлы обладают свойствами ковкости и тягучести. Ковкий металл можно сплющить в тонкий лист, а тягучий вытянуть в тонкую проволоку. 
Различаются твердые вещества и по способности проводить тепло и электрический ток. Металлы обычно обладают хорошей тепло- и электропроводностью. Неметаллические вещества хуже проводят тепло и являются изоляторами. 
Если свойства кристалла зависят от направления в пространстве, то он называется анизотропным. Так, графит проводит электрический ток только вдоль своих слоев. Вещество, свойства которого одинаковы во всех направлениях, называется изотропным. 
Физические свойства твердых веществ в значительной степени зависят от типа химической связи и структуры. Наблюдаемые при этом закономерности отражены в табл.
(от Виктора Косова)

20 Плавление и кристаллизация. Количество теплоты для плавления. Удельная теплота плавления, единицы измерения.

Теория 
Передавая телу энергию, можно перевести его из твердого состояния в жидкое (например, расплавить лед), а из жидкого - в газообразное (превратить воду в пар). Отнимая энергию у газа, можно получить жидкость, а из жидкости - твердое тело. 
Переход вещества из твердого состояния в жидкое называют плавлением. 
Чтобы расплавить тело, нужно сначала нагреть его до определенной температуры. 
Температуру, при которой вещество плавится, называют температурой плавления вещества. 
Одни кристаллические тела плавятся при низкой температуре, другие - при высокой. Лед, например, плавится при температуре 0'С, свинец - при 327'С, олово - при 232'С, а сталь - при 1500'С. 
Переход вещества из жидкого состояния в твердое называют отвердеванием или кристаллизацией. 
Чтобы началась кристаллизация расплавленного тела, оно должно остыть до определенной температуры 
Температуру, при которой вещество отвердевает (кристаллизуется), называют температурой отвердевания или кристаллизации. 
Опыт показывает, что вещества отвердевают при той же температуре, при которой плавятся. Например, вода кристаллизуется (а лед плавится) при 0'С, чистое железо плавится и кристаллизуется при температуре 1539'С. 
Если нагревать какое-либо кристаллическое тело, то можно заметить, что его температура будет повышаться только до момента начала плавления тела, во время процесса плавления температура тела не изменяется. 

Плавление и отвердевание кристаллических тел можно объяснить на основании атомно-молекулярной теории строения вещества. 
Мы знаем, что в кристаллах молекулы (или атомы) расположены в строгом порядке. Этим объясняется, что все кристаллы одного и того же вещества имеют определенную форму. Однако и в кристаллах молекулы или атомы находятся в движении. Но в отличие, например, от газов, где частицы движутся независимо друг от друга, в твердом теле каждая из частиц влияет на движение других. 
От скорости движения молекул, как мы знаем, зависит температура тела. При нагревании тела средняя скорость движения молекул возрастает, - следовательно, возрастает и их средняя кинетическая энергия. Вследствие этого размах колебаний молекул (или атомов) увеличивается, при этом силы, связывающие их, уменьшаются. Когда тело нагреется до температуры плавления, размах колебаний настолько увеличится, что нарушится порядок в расположении частиц в кристаллах. Кристаллы теряют свою форму: вещество плавится, переходя из твердого состояния в жидкое. 
При отвердевании вещества все происходит в обратном порядке: средняя кинетическая энергия и скорость молекул в охлажденном расплавленном веществе уменьшаются. Силы притяжения могут снова удержать медленно движущиеся молекулы друг около друга. Вследствие этого расположение частиц становится упорядоченным. 
Кристаллизация облегчается, если в жидкости с самого начала присутствуют какие-нибудь посторонние частицы, например пылинки. Они становятся центрами кристаллизации. В обычных условиях в жидкости имеется множество центров кристаллизации, около которых и происходит образование кристалликов. (от Виктора Косова)

21 Тепловое расширение тел, коэффициент линейного, объёмного расширения тел. Учёт и использование теплового расширения тел в технике.

Коэффициент теплового расширения — величина, характеризующая относительную величину изменения объёма или линейных размеров тела с увеличением температуры на 1° К, при постоянном давлении. В соответствии с этим различают: 
Коэффициент объёмного теплового расширения 
, °К -1 — относительное изменение объёма тела при нагревании его на dT градусов при постоянном давлении, 
и, для твёрдых тел, 
[править] Коэффициент линейного теплового расширения 
Коэффициент линейного теплового расширения показывает относительное изменение длины тела при нагревании на температуру ΔT: 

— относительное изменение линейного размера тела при нагревании его на dT градусов при постоянном давлении, 
В общем случае, коэффициент линейного теплового расширения может быть различен при измерении вдоль разных направлений: αx, αy, αz. Для изотропных тел αx = αy = αz и αV = 3αL;. 
Например, вода имеет коэффициент объёмного расширения около 10-3. Для железа коэффициент линейного расширения равен 10-5 (от Виктора Косова)

22 Деформация, виды деформации, примеры. Абсолютная и относительная деформация. Механические напряжения. Закон Гука. Модуль упругости.

Деформация. В твердых телах – аморфных и кристаллических – частицы (молекулы, атомы, ионы) совершают тепловые колебания около положений равновесия, в которых энергия их взаимодействия минимальна. При увеличении расстояния между частицами возникают силы притяжения, а при уменьшении – силы отталкивания. Силы взаимодействия между частицами обусловливают механические свойства твердых тел. 

Деформация твердого тела является результатом изменения под действием внешних сил взаимного расположения частиц, из которых состоит тело, и расстояний между ними. 

Существует несколько видов деформаций твердых тел. 

Некоторые виды деформаций твердых тел: 1 – деформация растяжения; 2 – деформация сдвига; 3 – деформация всестороннего сжатия. 
Простейшим видом деформации является деформация растяжения или сжатия. Ее можно характеризовать абсолютным удлинением Δl, возникающим под действием внешней силы Связь между Δl и F зависит не только от механических свойств вещества, но и от геометрических размеров тела (его толщины и длины). 

Отношение абсолютного удлинения Δl к первоначальной длине l образца называется относительным удлинением или относительной деформацией ε: 

ε=ΔL\L 

При растяжении ε > 0, при сжатии ε < 0. 

Если принять направление внешней силы, стремящейся удлинить образец, за положительное, то F > 0 при деформации растяжения и F < 0 – при сжатии. Отношение модуля внешней силы F к площади S сечения тела называется механическим напряжением σ: 

σ=F\S 

За единицу механического напряжения в СИ принят паскаль (Па). Механическое напряжение измеряется в единицах давления. 

Зависимость между ε и σ является одной из важнейших характеристик механических свойств твердых тел. Графическое изображение этой зависимости называется диаграммой растяжения. По оси абсцисс откладывается относительное удлинение ε, а по оси ординат – механическое напряжение σ. 

Типичная диаграмма растяжения для пластичного материала. Голубая полоса – область упругих деформаций. 
При малых деформациях (обычно существенно меньших 1 связь между σ и ε оказывается линейной (участок OA на диаграмме). При этом при снятии напряжения деформация исчезает. Такая деформация называется упругой. Максимальное значение σ = σпр, при котором сохраняется линейная связь между σ и ε, называется пределом пропорциональности (точка A). На линейном участке выполняется закон Гука: 

ε=(1\E)σ 

Коэффициент E в этом соотношении называется модулем Юнга. При дальнейшем увеличении напряжения связь между σ и ε становится нелинейной (участок AB). Однако при снятии напряжения деформация практически полностью исчезает, то есть восстанавливаются размеры тела. Максимальное напряжение на этом участке называется пределом упругости. 

Если σ > σупр, образец после снятия напряжения уже не восстанавливает свои первоначальные размеры и у тела сохраняется остаточная деформация εост. Такие деформации называются пластическими (участки BC, CD и DE). На участке BC деформация происходит почти без увеличения напряжения. Это явление называется текучестью материала. В точке D достигается наибольшее напряжение σmax, которое способен выдержать материал без разрушения (предел прочности). В точке E происходит разрушение материала. 

Материалы, у которых диаграмма растяжения имеет вид, называются пластичными. У таких материалов обычно деформация εmax, при которой происходит разрушение, в десятки раз превосходит ширину области упругих деформаций. К таким материалам относятся многие металлы. 

Материалы, у которых разрушение происходит при деформациях, лишь незначительно превышающих область упругих деформаций, называются хрупкими (стекло, фарфор, чугун). 

Аналогичным закономерностям подчиняется и деформация сдвига. В этом случае вектор силы направлен по касательной к поверхности образца. Относительная деформация определяется безразмерным отношением Δx / l, а напряжение – отношением F / S (сила, действующая на единицу площади поверхности). При малых деформациях 

(Δx\L)=(1\G)(F\S) 

Коэффициент пропорциональности G в этом отношении называется модулем сдвига. Модуль сдвига для большинства твердых материалов в 2–3 раза меньше модуля Юнга. Например, у меди E = 1,1·1011 Н/м2, G = 0,42·1011 Н/м2. Следует помнить, что у жидких и газообразных веществ модуль сдвига равен нулю. 

На рис. 3.7.1 (3) показана деформация всестороннего сжатия твердого тела, погруженного в жидкость. В этом случае механическое напряжение совпадает с давлением p в жидкости. Относительная деформация определяется как отношение изменения объема ΔV к первоначальному объему V тела. При малых деформациях 

(ΔV\V)=(1\B)p 

Коэффициент пропорциональности B в этой формуле называется модулем всестороннего сжатия. 

Всестороннему сжатию могут подвергаться не только твердые тела, но и жидкости и газы. У воды B = 2,2·109 Н/м2, у стали B = 1,6·1011 Н/м2. На дне Тихого океана, на глубине порядка 4 км, давление p приблизительно равно 4·107 Н/м2. В этих условиях относительное изменение ΔV / V объема воды составляет 1,8 %, в то время как для стального тела оно составляет всего лишь 0,025 %, то есть в 70 раз меньше. Твердые тела с их жесткой кристаллической решеткой значительно менее сжимаемы по сравнению с жидкостями, атомы и молекулы которых не так сильно связаны со своими соседями. Сжимаемость газов на много порядков выше, чем у жидкостей и твердых тел. 

Величина модуля всестороннего сжатия определяет скорость звука в данном веществе. (от Вадима Войнова)

23 Электризация тел, два рода зарядов. Взаимодействие зарядов. Закон сохранения зарядов. Закон Кулона. Относительная диэлектрическая проницаемость среды. Единицы измерения заряда в системе СИ.

Существует положительный и отрицательный заряды. С заряженных тел заряд не уходит если нет проводника а лишь изолирующий воздух. Законы взаимодействия атомов и молекул удается понять и объяснить на основе знаний о строении атома, используя планетарную модель его строения. В центре атома находится положительно заряженное ядро, вокруг которого вращаются по определенным орбитам отрицательно заряженные частицы. Взаимодействие между заряженными частицами называется электромагнитным. Интенсивность электромагнитного взаимодействия определяется физической величиной — электрическим зарядом, который обозначается q. Единица электрического заряда — кулон (Кл). 1 кулон — это такой электрический заряд, который, проходя через поперечное сечение проводника за 1 с, создает в нем ток силой 1 А. Способность электрических зарядов как к взаимному притяжению, так и к взаимному отталкиванию объясняется существованием двух видов зарядов. Один вид заряда назвали положительным, носителем элементарного положительного заряда является протон. Другой вид заряда назвали отрицательным, его носителем является электрон. Элементарный заряд равен ответы на экзамен 2004 Заряд частиц всегда представляется числом, кратным величине элементарного заряда. 

Полный заряд замкнутой системы (в которую не входят заряды извне), т. е. алгебраическая сумма зарядов всех тел, остается постоянной: q1 + q2 + ... + qn = const. Электрический заряд не создается и не исчезает, а только переходит от одного тела к другому. Этот экспериментально установленный факт называется законом сохранения электрического заряда. Никогда и нигде в природе не возникает и не исчезает электрический заряд одного знака. Появление и исчезновение электрических зарядов на телах в большинстве случаев объясняется переходами элементарных заряженных частиц — электронов — от одних тел к другим. 

Электризация — это сообщение телу электрического заряда. Электризация может происходить, например, при соприкосновении (трении) разнородных веществ и при облучении. При электризации в теле возникает избыток или недостаток электронов. 

В случае избытка электронов тело приобретает отрицательный заряд, в случае недостатка — положительный. 

Законы взаимодействия неподвижных электрических зарядов изучает электростатика. 

Основной закон электростатики был экспериментально установлен французским физиком Шарлем Кулоном и читается так: модуль силы взаимодействия двух точечных неподвижных электрических зарядов в вакууме прямо пропорционален произведению величин этих зарядов и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними. 
 

г — расстояние между ними, k — коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц, в СИ ответы на экзамен 2004 

Величина, показывающая, во сколько раз сила взаимодействия зарядов в вакууме больше, чем в среде, называется диэлектрической проницаемостью среды Е. Для среды с диэлектрической проницаемостью е закон Кулона записывается следующим образом: 
 

В СИ коэффициент k принято записывать следующим образом: ответы на экзамен 2004 

— электрическая постоянная, численно равная ответы на экзамен 2004 

использованием электрической постоянной закон Кулона имеет вид: 


Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют электростатическим или кулонов-ским взаимодействием. Кулоновские силы можно изобразить графически (рис. 20, 21). (от Руслана Каримова)

24 Электрическое поле. Напряжённость поля. Заряды. Вывод формулы напряжённости поля, точечного заряда. Силовые лини напряжённости. Однородное электрическое поле. Электрическое поле - взаимодействие зарядов 

По материалам книги "Детская энциклопедия" 

Все окружающие нас предметы, растения, животные, несмотря на крайнее разнообразие, построены примерно лишь из 90 видов мельчайших частиц - атомов. Это замечательное единство природы простирается еще дальше. Все атомы, в свою очередь, построены из еще более мелких частиц, называемых элементарными. Число их видов еще меньше. В состав атома, в основном, входят электроны, протоны и нейтроны. Элементарные частицы оказывают друг на друга определенные воздействия. Существование определенных сил между элементарными частицами приводит к тому, что они объединяются в более или менее сложные системы - атомы различных видов. И, наконец, эти же силы взаимодействия вызывают сцепление, атомов друг с другом в веществах. Несмотря на удивительное разнообразие воздействий тел друг на друга в безграничных просторах Вселенной, на нашей планете в любом куске вещества, в живых организмах, в том числе и в организме человека, в атомах и, наконец, в атомных ядрах мы всегда встречаемся с проявлением сил тяготения, электрических, магнитных и ядерных. Учение об электричестве и магнетизме охватывает всю громадную совокупность явлений природы, для течения которых основную роль играют электромагнитные силы. Трудно, почти невозможно указать явление, не связанное с действием электромагнитных сил. Поэтому, изучение их имеет важнейшее значение. Силы всемирного тяготения играют решающую роль только в том случае, когда во взаимодействии участвуют тела космических масштабов. Эти силы управляют движением звезд, поддерживают стройный порядок в нашей солнечной системе. Они же вызывают притяжение всех тел на Земле к ее центру. При взаимодействии элементарных частиц, атомов, молекул, небольших масс вещества силы тяготения совершенно ничтожны, ими вполне можно пренебречь. Ядерные силы обеспечивают устойчивость атомного ядра. Посредством этих сил протоны и нейтроны объединяются в атомные ядра. С расстоянием ядерные силы очень быстро убывают. Вне атомного ядра они практически не сказываются. Электромагнитным силам в природе принадлежит необычайно широкая «арена деятельности». Ими определяется строение атома: электроны, обращающиеся вокруг атомного ядра, удерживаются около него благодаря действию электрических сил. Электромагнитные силы действуют и между отдельными атомами и молекулами. Силы, вызывающие объединение атомов в молекулы,- химические силы - также имеют электромагнитную природу. Таково же происхождение сил сцепления между атомами и молекулами, приводящих к образованию различных веществ. Правда, в этих случаях силы взаимодействия тоже довольно быстро убывают с расстоянием. На расстояниях, превышающих размеры атома в десять раз, они уже почти не сказываются. В атомном ядре между протонами (положительно заряженными частицами) действуют мощные силы электрического отталкивания. Именно они сообщают частицам большие скорости при разрушении ядер в реакторах атомной электростанции и при взрыве атомной бомбы. Наконец, к электромагнитным явлениям относятся свет, тепловое излучение и радиоволны. В повседневной жизни и в технике мы на каждом шагу встречаемся с различными проявлениями электромагнитных сил. Действительно, с какими силами мы имеем дело? В первую очередь это силы упругости. Благодаря силам упругости твердые тела сохраняют свою форму, а жидкие - свой объем. Эти же силы препятствуют уменьшению объема газа. Далее, силы трения и вязкости, которые тормозят движение тел, жидкостей и газов. Наконец, сила наших мышц. Все эти силы, несмотря на все свое различие, имеют общую электромагнитную природу. Общеизвестно и широчайшее применение электромагнитных явлений в технике: электрическое освещение, связь, электродвигатели, сложнейшие радиотехнические устройства, быстродействующие вычислительные машины и т. д. Наш век - это век электричества. Почему электромагнитные силы так широко распространены? Почему они столь разнообразны? Прежде всего дело в том, что все атомы в основном построены из электрически заряженных частиц: электронов и протонов. С другой стороны, эти силы гораздо значительнее сил тяготения и действуют на гораздо больших расстояниях, чем ядерные. Например, в атоме водорода электрическая сила взаимодействия между электроном и ядром в 1042 раз больше силы тяготения между ними. Разнообразие проявлений электромагнитных сил определяется фактом существования электрических зарядов двух типов: положительных и отрицательных. Отрицательный заряд несут на себе в основном легкие элементарные частицы - электроны, а положительный - в 1836 раз более тяжелые протоны. Величина электромагнитных сил зависит не только от расстояния между зарядами, как у сил тяготения, но и от состояния их движения, в частности от скорости. В этом заключается еще одна важная причина разнообразия в проявлении этих сил. Все электромагнитные явления можно объяснить действием сравнительно немногих общих законов. Теперь наш рассказ пойдет о самом главном. Что представляют собой основные законы электромагнитных явлений? Как удалось их открыть? Как с их помощью ученые объясняют различные явления природы? Как используют их для практических целей? Сотни томов посвящены исследованию электромагнитных явлений, и еще сотни будут написаны. Поэтому не удивительно, что многое в нашем кратком рассказе останется незатронутым. (от Вадима Власова)

25 Потенциал. Разность потенциалов - направление, физический смысл напряжения. Вывод формулы связи между напряжением и напряжённостью в однородном электрическом поле. Независимость работы электрического поля от формулы пути. Доказательство.

26 Проводник в электрическом поле. Распределение зарядов на проводнике. Потенциал заряженного проводника.

Вещество или материальное тело, в котором имеются заряды, способные переносить электрический ток, называется проводником. В металлах переносчиками тока служат свободные (т.е. не привязанные к атомам) электроны, в электролитах — ионы, в плазме — и электроны, и ионы. Для электростатических явлений поле внутри проводника равно нулю: 
E→in ≡ 0 . 

Механизм исчезновения электрического поля в проводниках связан со смещением свободных зарядов ровно настолько, чтобы как раз компенсировать внешнее электрическое поле, если таковое имеется. При изменении внешнего поля свободные заряды в проводнике перераспределяются, а в момент перераспределения в проводнике течет ток. 

PIC 
Проводящая пластина в однородном электрическом поле и распределение плотности заряда в объёме проводника. В плазме толщина заряженного слоя на поверхности составляет несколько радиусов Дебая, в металле — несколько длин Ферми. Поскольку E→in = 0, то и плотность заряда внутри проводника также равна нулю: ρin = 1 4π divE→in ≡ 0. Заряды, компенсирующие внешнее поле, могут размещаться только на поверхности проводника. В связи с этим говорят, что проводник квазинейтрален. По аналогии с объёмной плотностью заряда ρ = limΔV →0Δq∕ΔV , поверхностную плотность определяют, как предел отношения заряда на физически малом участке поверхности Δq к площади этого участка ΔS: σ = limΔS→0Δq∕ΔS . Все точки проводника имеют одинаковый потенциал, так как gradϕin = −E→in = 0. Поверхность проводника также эквипотенциальна. Следовательно, электрическое поле перпендикулярно к ней. Этот факт иногда формулируют в виде равенства нулю тангенциальной (касательной к поверхности проводника) проекции внешнего электрического поля E→t = [[n→,E→],n→]: E→t = 0. Здесь и далее n→ обозначает внешнюю нормаль к поверхности проводника. PIC Поток через верхнюю грань параллелепипеда, натянутого на элемент поверхности S, равен En S; поток через остальные грани равен нулю. Сравнивая En S с полным зарядом 4π σ S внутри параллелепипеда, получаем граничное условие En = 4πσ. Нормальная компонента электрического поля на поверхности проводника En = (n→,E→) однозначно связана с поверхностной плотностью зарядов. Применяя теорему Гаусса к параллелепипеду, натянутому на элемент поверхности проводника, получаем: E→n = 4πσ . Обычно распределение зарядов σ по поверхности проводника неизвестно. Если нужно, его находят в результате решения задачи. Однако одну существенную закономерность можно указать из качественных соображений (Б.Франклин, 1747 г.). Так как одноименные заряды (заряды одного знака) отталкиваются, они стремятся разойтись в проводнике как можно дальше. Это приводит к накоплению зарядов на наиболее удаленных участках проводников, например на остриях. Поле вблизи острия можно приближенно представить, как поле заряженной сферы того же радиуса кривизны r. Отсюда можно оценить напряженность электрического поля и поверхностную плотность заряда 4πσ ∼ E ∼ ϕ∕r, где ϕ — потенциал проводника относительно соседних тел. При этом полезно отметить, что полный заряд острия q ∼ πr2σ ∼ ϕr все-таки составляет малую долю заряда всего проводящего тела Q ∼ ϕR, где R — его характерный размер. (от Вадима Войнова)27 Диэлектрик в электрическом поле. Поляризация диэлектрика.Поляризация диэлектрика - прцесс ориентации диполей или появление под действием внешнего электрического поля ориентированных по полю диполей. (ответ не полный)28 Электроёмкость проводника уединённого шара.Заряд распределяется на поверхности шара и чем больше площадь шара тем больше на нём может быть заряд. Заряд на шаре распределяется равномерно.29 Конденсатор. Электроёмкость конденсатора. Формула электроёмкости плоского конденсатора.