Электромагнитная идукция

Электромагнитная идукция — явление возникновения электрического тока, электрического поля или электрической поляризации при изменении во времени магнитного поля или при движении материальной среды в магнитном поле. Электромагнитная индукция была открыта Майклом Фарадеем 29 августа 1831 года.

 

Плазма

ПЛАЗМА (от греч. plasma, букв. — вылепленное, оформленное) — частично или полностью ионизованный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов практически одинаковы.

При достаточно сильном нагревании любое вещество испаряется, превращаясь в газ. Если увеличивать температуру и дальше, резко усилится процесс термической ионизации, то есть молекулы газа начнут распадаться на составляющие их атомы, которые затем превращаются в ионы. Ионизация газа, кроме того, может быть вызвана его взаимодействием с электро-магнитным излучением (фотоионизация) или бомбардировкой газа заряженными частицами.
Свободные заряженные частицы, особенно электроны, легко перемещаются под действием электрического поля. Поэтому в состоянии равновесия пространственные заряды входящих в состав плазмы отрицательных электронов и положительных ионов должны компенсировать друг друга так, чтобы полное поле внутри плазмы было равно нулю.

Именно отсюда вытекает необходимость практически точного равенства плотностей электронов и ионов в плазме — её «квазинейтральности». Нарушение квазинейтральности в объёме, занимаемом плазмой, ведёт к немедленному появлению сильных электрических полей пространственных зарядов, тут же восстанавливающих квазинейтральность. Степенью ионизации плазмы α называется отношение числа ионизованных атомов к полному их числу в единице объёма плазмы. В зависимости от величины α говорят о слабо, сильно и полностью ионизованной плазме.

В условиях термического равновесия степень ионизации плазмы определяется формулой Саха:

15048-24.jpg15048-25.jpg

где I — энергия ионизации,15048-26.jpg — число частиц всех сортов в кубе с ребром, равным тепловой длине волны де Бройля для электронов15048-27.jpg

Средние энергии различных типов частиц, составляющих плазму, могут отличаться одна от другой. В таком случае плазму нельзя охарактеризовать одним значением температуры Т и различают электронную температуру Te, ионную температуру Ti, (или ионные температуры, если в плазме имеются ионы нескольких сортов) и температуру нейтральных атомов Ta (нейтральной компоненты). Подобная плазма называется неизотермической, в то время как плазма, для которой температуры всех компонент равны, называется изотермической.
Применительно к плазме несколько необычный смысл (по сравнению с другими разделами физики) вкладывается в понятия «низкотемпературная» и «высокотемпературная».
Низкотемпературной принято считать плазму с Ti ≤ 105 К, а высокотемпературной — плазму с Ti ≈ 106—108 К и более.
Это условное разделение связано как с возможностью для плазмы достигать чрезвычайно больших температур, так и с особой важностью высокотемпературной плазмы в связи с проблемой осуществления управляемого термоядерного синтеза.
В состоянии плазмы находится подавляющая часть вещества Вселенной — Звёзды, звёздные атмосферы, галактические Туманности и Межзвёздная среда. Около Земли плазма существует в космосе в виде солнечного ветразаполняет магнитосферу Земли, образуя радиационные пояса Земли, и ионосферу. Процессами в околоземной плазме обусловлены магнитные бури и полярные сияния. Отражение радиоволн от ионосферной плазмы обеспечивает возможность дальней радиосвязи на Земле.
В лабораторных условиях и промышленных применениях плазма образуется в электрическом разряде в газах (дуговом, искровом, тлеющем, коронном), в процессах горения и взрыва, используется в плазменных ускорителях, магнитогидродинамических генераторах и во многих других устройствах.
Высокотемпературную плазму получают в установках для исследования возможных путей осуществления управляемого термоядерного синтеза. Многими характерными для плазмы свойствами обладают совокупности электронов проводимости и дырок в полупроводниках, и электронов проводимости (нейтрализуемых неподвижными положительными ионами) в металлах, которые поэтому называются плазмой твёрдых тел. Её отличительная особенность — возможность существования при сверхнизких для «газовой» плазмы температурах — комнатной и ниже, вплоть до температуры абсолютного нуля. Газовую плазму при температурах близких к абсолютному нулю называют криогенной плазмой.
Основные свойства плазмы
В резком отличии свойств плазмы от свойств нейтральных газов определяющую роль играют два фактора. Во-первых, взаимодействие частиц плазмы между собой характеризуется кулоновскими силами притяжения и отталкивания, убывающими с расстоянием гораздо медленнее (т. е. значительно более «дальнодействующими»), чем силы взаимодействия нейтральных частиц. По этой причине взаимодействие частиц в плазме является, строго говоря, не «парным», а «коллективным» — одновременно взаимодействует друг с другом большое число частиц. Во-вторых, электрические и магнитные поля очень сильно действуют на плазму (в то время как они весьма слабо действуют на нейтральные газы), вызывая появление в плазме объёмных зарядов и токов и обусловливая целый ряд специфических свойств плазмы. Эти отличия позволяют рассматривать плазму как особое, четвёртое состояние вещества.
Также к важнейшим свойствам плазмы относится упомянутая выше квазинейтральность.

Электростатическая индукция

Электростатическая индукция — это явление перераспределения электрических зарядов в проводнике, помещённом в электростатическое поле, в результате чего на поверхности проводника возникают электрические заряды.

Больше можно почитать здесь.

Напряженность поля вблизи поверхности проводника зависит только от плотности заряда на его поверхности.

Поверхностная плотность заряда — это скалярная величина, которая равна отношению заряда к площади заряженной поверхности.

Поверхностная плотность зарядов обратно пропорциональна радиусу кривизны поверхности проводника и чем меньше радиус кривизны, тем больше поверхностная плотность зарядов.

Поверхность проводника любой формы можно представить как множество участков сферических поверхностей с различными радиусами кривизны. Тогда плотность зарядов на поверхности заряженного проводника больше там, где меньше радиус кривизны поверхности проводника.

Особенно велика бывает плотность зарядов на остриях. Соответственно, напряженность поля вблизи остриев может быть настолько большой, что ионизируются молекулы воздуха. Ионы противоположного заряду на проводнике знака притягиваются к нему, а одинакового отталкиваются. В результате начинается движение одноименных заряду ионов от проводника, которое увлекает и нейтральные молекулы. Это явление, называемое электрическим ветром, легко наблюдать на опыте (рис. 104). Если закрепленный на изолирующей подставке металлический шар с острием сильно наэлектризовать и поднести к зажженной свечке, то пламя отклонится.

2r3

 

 

Электродвижущая сила источника тока

Ещё почитать можно здесь easyelectronics.ru

Внутри источника тока происходит разделение зарядов — на положительном полюсе источника накапливается положительный заряд, на отрицательном — отрицательный. Из-за этого между полюсами возникает разность потенциалов, и во внешней части цепи возникает электрическое поле, под действием которого во внешней цепи течёт ток.

Вне источника тока свободные заряды движутся под действием сил электростатического поля, но всередине источника они движутся против сил этого поля.

Причины движения зарядов в источнике по своей природе отличаются от природы кулоновских сил. Совокупность причин, из-за которых происходит вынужденное перемещение зарядов внутри источника тока, называют стороннними силами.

Природа сторонних сил разная. Они могут возникать в результате:
1. химических реакций (в гальванических элементах, аккумуляторах);
2. из-за светового воздействия (фотоэлементы);
3. изменения магнитного поля (в электромагнитных генераторах) и т.д.

То есть СТОРОННИЕ СИЛЫ — это любые силы, действующие на электрически заряженные частицы, за исключением сил электростатического происхождения (т.е. кулоновских).

Сторонние силы своей работой замыкают цепь и обеспечивают постоянство тока. Каждый источник тока характеризуется работой действующих в нём сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда, то есть определённой электродвижущей силой (ЭДС).

Электродвижущая сила — это скалярная величина, которая характеризует энергетические свойства источника тока и равна отношению работы сторонних сил по перемещению положительного заряда внутри источника к значению этого заряда.