Fysik TFYA68 (9FY321) Föreläsning 6/15 1
ammanfattning: Elektrisk dipol Kan definiera ett elektriskt dipolmoment! ~p = q ~d dipolmoment [Cm] -q ~ d +q För små d och stora r: V = p ˆr 4 0 r 2 ~E = p (2 cos ˆr +sin ˆ ) 4 0 r3 2
tröm University Physics: Kapitel 25.1-3 (6) OB - Ej kretsar i denna kurs! EMK diskuteras senare i kursen 3
tröm Lämnar elektrostatiken (orörliga laddningar) trömmar av laddning Laddningsbärare: Elektroner, Joner, /+ Hål, + André Marie Ampère (1775-1836) I trömstyrka [ampere = A = C/s] ~J trömtäthet [A/m2] skalär vektor Magnetostatik stationära strömmar (med konstant hastighet) 4
tröm tröm: definierad som ett flöde av positiva laddningar alltid i samma riktning som ~ E ~v d I ~E ~v d I ~E ~v d drifthastighet [m/s] partiklarnas hastighet och riktning 5
Hastighet och drifthastighet Fria elektroners hastighet trömmens drifthastighet ~v d ~1000 km/s ~ 0.1 mm/s Mycket stor skillnad! Del av ledare: Ändringar i strukturen (gitterfel) Föroreningar Temperatureffekter ~E 6= ~0 ~E = ~0 6
trömstyrka och strömtäthet trömmen är ingen vektor! I = dq dt [C/s = A] Del av ledare: trömtätheten är en vektor! ~ J [A/m 2 ] n laddningar per enhetsvolym tvärsnittsyta dt en kort tid v d dt volym längd v d dt n v d dt laddningar i volymen (rättad från dq = q nv d dt ~ J = nq~vd föregående blad!) I = dq Z dt = n q v d I = ~ J d ~ 7
Resistivitet och ledningsförmåga = ~ E resistivitet [Vm -1 /(Am -2 ) = Vm/A = Ωm] ~ J törre resistivitet törre för samma ~E ~ J = 1 ledningsförmåga [(Ωm) -1 ] konduktivitet, Ohms lag är konstanter för ohmska/linjära material ~ J = ~ E = 1~ E killnad mellan isolatorer och metaller ~10 22 8
Resistans och Ohms lag Ledare: längd L tvärsnittsarea ~E Z a =0 b = L I = V = Z a b ~ J d ~ ~E d ~ l I = J V = EL E = J V L = I Vi kan definiera resistans: OB: R måste ej vara konstant! R = V I = L [V/A = Ω] Kallas Ohms lag när den är det V = IR 9
Isolatorer och halvledare Dielektrikum högre resistivitet Halvledare Isolator [ m] Ge 0,6 i 2300 glas 10 10-10 14 trä 10 8-10 11 introducerar nytt element, förorening (liten) Dopning Temperaturökning Bättre ledningsförmåga! Få laddningsbärare ökning av antalet/volymsenhet n 10
Ledare [ m] Metaller, legeringar lägre resistivitet Ag 1,47 x 10-8 Cu 1,72 x 10-8 Al 2,75 x 10-8 stål 20 x 10-8 introducerar nytt element, förorening (liten) Dopning Temperaturökning ämre ledningsförmåga! Många laddningsbärare fler kollisioner 11
upraledare Resistiviteten!0 Inget magnetfält inuti! då en kritisk temperatur Tc ~ B understigs Rekord: ca. 138 K Exempel: magnet Meissnereffekten supraledare YBa2Cu3O7 12 T < Tc
Elektrostatik University Physics: Kapitel 21-24 13
Elektrostatik: olika begrepp Coulombs lag Elektriskt fält Fältlinjer Elektrisk flödestäthet Gauss lag/sats ymmetri kalärfält Vektorfält Gradient Linjeintegral Ytintegral Arbete Potentiell energi Potential Konservativt fält Kapacitans Kondensator Plattkondensator Elektrisk dipol Dipolmoment Polarisation jmf gravitation 14 Metall (ledare) Dielektrikum (isolator) Ytladdning Polarisationsladdning Fri laddning Nettoladdning Källa/sänka, +/
Maxwells ekvationer rättelse: Faradays lag och Amperes lag bytt plats I denna kurs används integralformen av MW ekv. I Gauss sats: ~E d ~ = Q in 0 I Gauss sats (magn.): ~B d ~ =0 I I Faradays lag: C ~E d ~ l = Amperes lag: C ~H d ~ l = Z Z @ ~ B @t d~ = 0 (elektrostatiken) ~ J d ~ + Z @ ~ D @t d~ James Clerk Maxwell (1831-1879) ammanfattning av tidigare kunskap Ett viktigt tillägg! 15 = 0 (magnetostatiken)