Реферат: Шпаргалки по физике. Мощность реферат по физике

Работа и мощность. Энергия, виды энергии, Физика

Реферат по предмету: Физика (Пример)

Содержание

Введение

1.Работа силы

1.1. Работа силы тяжести

1.2. Работа силы упругости

2. Мощность

3.Энергия, виды энергии

3.1. Кинетическая энергия

3.2. Потенциальная энергия

Заключение

Литература

Содержание

Выдержка из текста

Это важно, так как изменение потенциальной энергии не зависит от выбранного уровня отсчета.[2,стр103]

Формула (24) позволяет дать общее определение потенциальной энергии: потенциальной энергией системы называется зависящая от положения тел величина, изменение которой равно работе внутренних консервативных сил системы, взятой с противоположным знаком.

Поскольку потенциальная энергия — это энергия, определяемая положением тел, то она относится к системе тел, а не к одному телу. Потенциальная энергия -это энергия взаимодействия по крайней мере двух тел. При наличии нескольких тел в системе полная потенциальная энергия системы равна сумме потенциальных энергий всех пар взаимодействующих тел.

Говоря о потенциальной энергии тела, поднятого над поверхностью Земли, необходимо помнить, что эта энергия взаимодействия системы, состоящей из

двух тел: земли и тела. Для данной системы смещением Земли под действием сил можно пренебречь. Поэтому работа сил взаимодействия между Землей и телом сводится к работе только одной силы тяжести, действующей на груз. Аналогичные рассуждения справедливы при рассмотрении взаимодействия между Землей и растянутой (или сжатой) пружиной, один конец которой соединен с неподвижной Землей.

При определении работы системы тел Земля-пружина учитывается только работа силы упругости.

Выводы.

Кинетическая и потенциальная энергия имеют существенные различия:

Потенциальная энергия зависит только от расстояния между телами, а кинетическая — только от скоростей тел.

Положительная работа сил всегда приводит к увеличению кинетической энергии, а потенциальную энергию системы увеличивает отрицательная работа.

Кинетическая энергия системы тел всегда положительна, а потенциальная энергия может быть как положительной, так и отрицательной и зависит от начального уровня отсчета.

В общем случае тело может обладать одновременно кинетической и потенциальной энергией. Сумма этих энергий образует полную механическую энергию тела:

Закон сохранения полной механической энергии: полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих между собой посредством консервативных сил, остается неизменной при любом движении этих тел.

Е=Ек+Еп=const. (26)

При механическом движении замкнутых систем (тела взаимодействуют только между собой и на них не действуют внешние силы) полная энергия не изменяется по величине, а лишь переходит из одного вида в другой — из потенциальной в кинетическую и обратно.[5,стр.75]

Если система не замкнута и на нее действуют внешние силы, то изменение полной механической энергии системы равно работе внешних сил:

ΔЕ= ΔЕк+ ΔЕп=Авнеш. (27)

Заключение

Вся современная техника основана на широком применении результатов исследований в физике. Физику поэтому считают основой техники, подчеркивая, что физика сегодня — это техника завтра.

Без таких понятий как работа, мощность, энергия невозможно развитие техники.

Работа совершается всегда, когда на какое-либо движущееся тело действует сила или несколько сил. Работа равна произведению силы на перемещение. Работа силы тяжести и силы упругости определяется только начальным и конечным положением тела. Во всякой простой машине (рычаг, блок), движущейся равномерно, работа передается без изменения, то есть работа, которую совершает машина, равна работе силы, приводящей машину в движение.

Для характеристики работы, совершаемой силой за единицу времени в механике введено понятие мощности. Мощность — основной показатель производительности любой машины.

Энергия - это способность совершать работу. Само слово «энергия» происходит от греческого слова «деятельность». Основное свойство энергии, заключается в ее способности к превращению из одного вида в другой в эквивалентных количествах. Известные примеры таких превращений — переход потенциальной энергии в кинетическую при падении тела с высоты, переход кинетической энергии в потенциальную при подъеме брошенного вверх тела, чередующиеся взаимные превращения кинетической и потенциальной энергии при колебании маятника.

Понятие работа используется также и в других разделах физики (термодинамике, электричестве, магнетизме), но в этом реферате мы рассмотрели только фундаментальную механическую работу и механическую энергию.

Литература

Бутиков Е.И., Кондратьев А.С. Физика: Учеб. пособие: В 3 кн. Кн.1. Механика. — М.:Физматлит, 2000.- 352 с.

Гомонова А.И. Физика. Современный курс для поступающих в вузы. — М.: Издательство «Экзамен», 2002.- 384 с.

Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики: Учеб. пособие для студентов вузов. — 4-е изд., испр. — М.: Издат. центр «Академия», 2003.- 720 с.

Савельев И.В. Основы теоретической физики: Учеб. рук-во: для вузов. В 2 т. Т.1. Механика и электродинамика. — 2-е изд., испр. — М.:Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1991.- 496 с.

Самойленко П.И., Сергеев А.В. Физика (для нетехнических специальностей): Учебник. — М.:Мастерство, 2002.- 400 с.

Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. пособие для вузов.-5-е изд., стер. -М.:Высш.шк., 1998.- 542 с.:ил.

Элементарный учебник физики: Учеб. пособие. В 3 т./Под ред. Г. С.Ландсберга:Т.1. Механика. Теплота. Молекулярная физика.-12 изд.-М.:Физматлит, 2000.- 608 с.

Яворский Б.М., Пинский А.А. Основы физики: Учебн. В 2 т. Т.1. Механика. Молекулярная физика. Электродинамика.4-е изд., перераб./Под ред. Ю.И. Дика. — М.:Физматлит, 2000.- 624 с.

h 1

h 2

Δxi

Δx

k*Δx

Δx

Литература

1.Бутиков Е.И., Кондратьев А.С. Физика: Учеб. пособие: В 3 кн. Кн.1. Механика. — М.:Физматлит, 2000.- 352 с.

2.Гомонова А.И. Физика. Современный курс для поступающих в вузы. — М.: Издательство «Экзамен», 2002.- 384 с.

3.Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики: Учеб. пособие для студентов вузов. — 4-е изд., испр. — М.: Издат. центр «Академия», 2003.- 720 с.

4.Савельев И.В. Основы теоретической физики: Учеб. рук-во: для вузов. В 2 т. Т.1. Механика и электродинамика. — 2-е изд., испр. — М.:Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1991.- 496 с.

5.Самойленко П.И., Сергеев А.В. Физика (для нетехнических специальностей): Учебник. — М.:Мастерство, 2002.- 400 с.

6.Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. пособие для вузов.-5-е изд., стер. -М.:Высш.шк., 1998.- 542 с.:ил.

7.Элементарный учебник физики: Учеб. пособие. В 3 т./Под ред. Г. С.Ландсберга:Т.1. Механика. Теплота. Молекулярная физика.-12 изд.-М.:Физматлит, 2000.- 608 с.

8.Яворский Б.М., Пинский А.А. Основы физики: Учебн. В 2 т. Т.1. Механика. Молекулярная физика. Электродинамика.4-е изд., перераб./Под ред. Ю.И. Дика. — М.:Физматлит, 2000.- 624 с.

список литературы

referatbooks.ru

Реферат - Физика лучшее - Физика

--PAGE_BREAK--. Упругая сила, отнесённая к единице площади, называется механическим напряжением (напряжением)

где F упрсила, действующая на площадку S.

Деформацию тел оценивают абсолютной и относительной деформацией. Абсолютной деформацией D Х называют разность конечного Х и начального Х0 размера тела, т.е. <img width=«76» height=«20» src=«ref-1_560128243-254.coolpic» v:shapes="_x0000_i1086">

Абсолютная деформация при растяжении положительная, а при сжатии — отрицательная. Относительной деформациейeназывается отношение абсолютной деформации к первоначальному размеру тела, т.е.

Относительная деформация показывает, на какую часть изменились первоначальные размеры тела. Существуют различные виды деформации:

продольное растяжение (или сжатие), сдвиг, кручение, изгиб. Рассмотрим некоторые из них.

2. Продольное растяжение (или сжатие). Простейшим видом деформации твёрдого тела является продольное растяжение (сжатие). Оно возникает в тонком стержне, один конец которого закреплён, а к другому вдоль его оси приложена сила Г, равномерно распределённая по поперечному сечению стержня В результате этого длина стержня изменяется от <img width=«12» height=«19» src=«ref-1_560128745-191.coolpic» v:shapes="_x0000_i1088"> до <img width=«10» height=«19» src=«ref-1_560128936-188.coolpic» v:shapes="_x0000_i1089"> Гук показал, что при упругой деформации удлинение(сокращение) <img width=«54» height=«19» src=«ref-1_560129124-225.coolpic» v:shapes="_x0000_i1090">стержня пропорционально приложенной силе

<img width=«36» height=«12» src=«ref-1_560129349-212.coolpic» v:shapes="_x0000_i1091"> где k — коэффициент пропорциональности. Это соотношение называютзаконом Гука. Однако удлинение (сжатие) тела зависит не только от приложенной силы, но и от его геометрической формы и размеров, а также от материала, из которого оно сделано. Опытным путём установлено, что чем длиннее стержень, тем он больше удлиняется (сокращается) при данной силе, и чем больше площадь его поперечного сечения, тем его удлинение (сокращение) меньше. Это утверждение можно записать математически следующим образом:

где l0и S — длина и площадь поперечного сечения стержня, Dl — изменение длины стержня под действием силы F, Е — модуль Юнга. Но, усилие, действующее на стержень, равно F/S = р, так как сила равномерно распределена по сечению, и Dl /I0 = e— относительное удлинение (сжатие) стержня Тогда соотношение запишется ввиде<img width=«27» height=«25» src=«ref-1_560129842-217.coolpic» v:shapes="_x0000_i1093">

т.е. в пределах упругости относительная деформация пропорциональна усилию, приложенному к телу.

Усилие, приложенное к телу, одинаково в любом поперечном сечении стержня. Оно вызывает появление внутри стержня напряжении, которые также будут одинаковы по всей его длине и равны усилию по модулю, но противоположны по направлению, т.е. <img width=«39» height=«16» src=«ref-1_560130059-221.coolpic» v:shapes="_x0000_i1094">. С учётом этого выражение запишется:

Таким образом, напряжение упруго-деформированного тела пропорционально его относительной деформации.

Модуль Юнга является важной характеристикой материала, из которого изготовлено тело, независимо от его формы и размеров. Он измеряется в паскалях (Па). Выясним физический смысл модуля Юнга. Из (42.7) следует, что если е = 1 (когда Al = ‘о), то Е = р, т.е. модуль Юнга равен усилию, которое надо приложить к телу, чтобы изменить его длину вдвое при сохранении упругой деформации. В действительности же подавляюще число материалов разрушается значительно раньше, чем это произойдёт. Следовательно, величина Е вычисляется, а не измеряется непосредственно. Наиболее удобным способом исследования механических свойств твёрдого тела является его испытание на растяжение и построение диаграмм растяжения, т.е. зависимости между относительным удлинением eи усилием p. Билет № 26

1. Радиоактивность. Процесс самопроизвольного распада атомных ядер называют радиоактивностью. Радиоактивный распад ядер сопровождается превращением одних нестабильных ядер в другие и испусканием различных частиц. Было установлено, что эти превращения ядер не зависят от внешних условий: освещения, давления, температуры и т.д. Существует два вида радиоактивности: естественная и искусственная. Естественная радиоактивность наблюдается у химических элементов находящихся в природе. Как правило, она имеет место у тяжёлых ядер, располагающихся в конце таблицы Менделеева, за свинцом. Однако имеются и лёгкие естественно-радиоактивные ядра: изотоп калия <img width=«20» height=«17» src=«ref-1_560130509-203.coolpic» v:shapes="_x0000_i1096">, изотоп углерода <img width=«19» height=«19» src=«ref-1_560130712-204.coolpic» v:shapes="_x0000_i1097"> и другие. Искусственная радиоактивность наблюдается у ядер, полученных в лаборатории с помощью ядерных реакций. Однако принципиального различия между ними нет.

Известно, что естественная радиоактивность тяжёлых ядер сопровождается излучением, состоящим из трёх видов: a-, b-, g-лучи. a-лучи — это поток ядер гелия <img width=«22» height=«17» src=«ref-1_560130916-213.coolpic» v:shapes="_x0000_i1098"> обладающих большой энергией, которые имеют дискретные значения. b-лучи - поток электронов, энергии которых принимают всевозможные значения от величины, близкой к нулю до 1,3 МэВ. g-лучи — электромагнитные волны с очень малой длиной волны.

Радиоактивность широко используется в научных исследованиях и технике. Разработан метод контроля качества изделий или материалов – дефектоскопия. Гамма-дефектоскопия позволяет установить глубину залегания и правильность расположения арматуры в железобетоне, выявить раковины, пустоты или участки бетона неравномерной плотности, случаи неплотного контакта бетона с арматурой. Просвечивание сварных швов позволяет выявить различные дефекты. Просвечиванием образцов известной толщины определяют плотность различных строительных материалов; плотность, достигаемую при формировании бетонных изделий или при укладке бетона в монолит, необходимо контролировать, чтобы получит заданную прочность всего сооружения. Степень уплотнения грунтов и дорожных оснований — важный показатель качества работ. По степени поглощения g-лучей высокой энергии можно судить о влажности материалов. Построены радиоактивные приборы для измерения состава газа, причём источником излучения в них является очень небольшое количество изотопа, дающего g-лучи. Радиоактивный сигнализатор позволяет определить наличие небольших примесей газов, образующихся при горении любых материалов. Он подаёт сигнал тревоги при возникновении пожара в помещении. 2. Методы регистрации заряженных частиц. В настоящее время хорошо установлено, что ядро атома имеет сложную структуру и состоит из протонов и нейтронов. Из рассмотрения явления радиоактивности следует, что ядра могут претерпевать существенные изменения. Всё это наводит на мысль, что нуклоны могут превращаться друг в друга и сама структура протонов, нейтронов и даже электронов может быть сложной. Встаёт вопрос о том, существуют ли какие-то кирпичики мироздания (их физики назвали элементарными частицами), из которых построено всё? Ответ оказался очень сложным, и сейчас ещё на него нет окончательного ответа. В настоящее время физикам известны сотни элементарных (или, как говорят, субъядерных) частиц. Изучением их занимаются учёные, работающие в области физики элементарных частиц. Каким же образом можно “увидеть’, зарегистрировать столь малые объекты, которые недоступны никакому микроскопу? для этого разработан целый ряд хитроумных, весьма тонких способов, которые позволяют не только их зарегистрировать, распознать, но и увидеть их взаимные превращения.

Рассмотрим только некоторые наиболее важные и широко используемые методы регистрации излучений. Элементарные частицы удаётся наблюдать благодаря тем следам, которые они оставляют при своем прохождении через вещество. Это связано с тем, что заряженные частицы вызывают ионизацию молекул на своём пути. нейтральные частицы, такие как нейтроны, следов не оставляют, но они могут обнаружить себя в момента спада на заряженные частицы или в момент столкновения с каким – либо ядром.

1. Сцинцилляционные методы. Существует ряд веществ (бензол, нафталин, сернистый цинк с серебром и т.д.), которые дают световую вспышку (сцинцилляцию) при прохождении через них ионизирующего излучения. Эту вспышку можно зарегистрировать как просто глазом, так и соответствующим прибором, преобразующим световой сигнал в электрический.

2. Счётчик Гейгера. Это устройство представляет собой стеклянную трубку, наполненную газом, в которую введены два электрода. Одни является цилиндрической поверхностью, другой тонкой проволокой, проходящей с одного торца к другому, по оси цилиндра. К электродам подводится напряжение. При пролёте через такую трубку заряженной Частицы, молекулы газа ионизируются, образовавшиеся ионы разгоняются электрическим полем и в свою очередь ионизируют другие молекулы, в результате чего образуется лавина ионов. В этот момент по электрической цепи, в которую включена трубка, проходит ток в виде импульса. Процесс повторяется при каждом пролёте частицы, и электронный прибор регистрирует и считает число пролетевших частиц. Счётчик Гейгера играет весьт’4а большую роль при изучении радиоактивности, радиоактивного заражения, при измерении доз, полученных в заражённых зонах.

3. Метод толстослойных фотопластин Заряженные частицы, проходя через фотоэмульсию, вызывают такое же действие, как свет. Поэтому после проявления фотоматериала в эмульсии проявляется видимый след, который можно легко увидеть в микроскоп.

4. Камера Вильсона. Принцип действия камеры основан на явлении конденсации пересыщенного пара при пролёте через него заряженной частицы. дорожку из капелек жидкости можно сфотографировать С нескольких точек и получить данные о пространственном расположении траектории полёта частицы. Если камеру поместить между полюсами электромагнита, то в результате взаимодействия частицы с полем траектории частицы будет искривляться и по этому искривлению можно определить знак заряда частицы и её импульс.

Биологическое действие радиоактивных излучении Излучения радиоактивных веществ оказывают очень сильное воздействие на все живые организмы. Даже сравнительно слабое излучение, которое при полном поглощении повышает температуру тела лишь на 0,00 1 °С, нарушает жизнедеятельность клеток.

Живая клетка — это сложный механизм, не способный продолжать нормальную деятельность даже при малых повреждениях отдельных его участков. Между тем даже слабые излучения способны нанести клеткам существенные повреждения и вызвать опасные заболевания (лучевая болезнь). При большой интенсивности излучения живые организмы погибают. Опасность излучений усугубляется тем, что они не вызывают никаких болевых ощущений даже при смертельных дозах.

Механизм поражающего биологические объекты действия излучения еще недостаточно изучен. Но ясно, что оно сводится к ионизации атомов и молекул и это приводит к изменению их химической активности. Наиболее чувствительны к излучениям ядра клеток, особенно клеток, которые быстро делятся. Поэтому в первую очередь излучения поражают костный мозг, из-за чего нарушается процесс образования крови. Далее наступает поражение клеток пищеварительного тракта и других органов.

Сильное влияние оказывает облучение на наследственность. В большинстве случаев это влияние является неблагоприятным.

Облучение живых организмов может оказывать и определенную пользу. Быстро размножающиеся клетки в злокачественных (раковых) опухолях более чувствительны к облучению, чем нормальные. На этом основано подавление раковой опухоли g-лучами радиоактивных препаратов, которые для этой цели более эффективны, чем рентгеновские лучи.

Доза излучения.Воздействие излучений на живые организмы характеризуется дозой излучения. Поглощенной дозой излученияD называется отношение поглощенной энергии Е ионизирующего излучения к массе гп облучаемого вещества:

В СИ поглощенную дозу излучения выражают в г р э я х(сокращенно: Гр). Гр равен поглощенной дозе излучения, прикоторой облученному веществу массой 1 кг передается энергияионизирующего излучения 1 Дж:

Естественный фон радиации (космические лучи; радиоактивность окружающей среды и человеческого тела) составляет за год дозу излучения около <img width=«32» height=«15» src=«ref-1_560131622-206.coolpic» v:shapes="_x0000_i1101">Гр на человека. Международная комиссия по радиационной защите установила для лиц, работающих с излучением, предельно допустимую за год дозу 0,05 Гр. Доза излучения в 3 – 10 Гр, полученная за короткое время, смертельна.

Защита организмов от излучения.При работе с любым источником радиации (радиоактивные изотопы, реакторы и др.) необходимо принимать меры по радиационной защите всех людей, могущих попасть в зону действия излучения.

Самый простой метод защиты это удаление персонала от источника излучения на достаточно большое расстояние. Даже без учета поглощения в воздухе интенсивность радиации убывает о пропорционально квадрату расстояния от источника. Поэтому ампулы с радиоактивными препаратами не следует брать руками. Надо пользоваться специальными щипцами с длинной ручкой.

В тех случаях, когда удаление от источника излучения на достаточно большое расстояние невозможно, используют для защиты от излучения преграды из поглощающих материалов.

Наиболее сложна защита от g-лучей и нейтронов из-за их большой проникающей способности. Лучшим поглотителем g-лучей является свинец. Медленные нейтроны хорошо поглощаются бором и кадмием. Быстрые нейтроны предварительно замедляются с помощью графита.

Билет № 11

1.Работа в термодинамике.Пусть газ находится в цилиндрическом сосуде с площадью поперечного сечения S, закрытом подвижным поршнем. Нагреем газ, в результате чего его объем увеличивается. Найдем работу, совершаемую газом при его расширении. Она равна работе, которую совершает сила, действующая на поршень, при его перемещении. При движении поршня в общем случае давление газа и сила F, приложенная к поршню, изменяются. Поэтому рассмотрим случай расширения газа, когда его давление остаётся постоянным. Предположим, что поршень переместился на расстояниеl.Механическая работа А находится по формуле <img width=«36» height=«14» src=«ref-1_560131828-222.coolpic» v:shapes="_x0000_i1102">так как угол <img width=«11» height=«11» src=«ref-1_560132050-186.coolpic» v:shapes="_x0000_i1103"> между силой и перемещением равен нулю и cosa= 1. Модуль силы F находим через давление Р, которое оказывает газ на поршень: <img width=«39» height=«14» src=«ref-1_560132236-225.coolpic» v:shapes="_x0000_i1104">. С учётом этого получаем А = PSl. Но DV=Sl — изменениеобъёма газа. Итак,

2. Внутренняя энергия. Одним из важнейших понятий термодинамики является внутренняя энергия. Внутренней энергией термодинамической системы называют сумму кинетической и потенциальной энергии всех частиц, входящих в неё. Следовательно, внутренняя энергия состоит из кинетической энергии молекул (атомов) и потенциальной энергии электронов в молекулах (атомах) и из внутриядерной энергии. Необходимо отметить, что термодинамика изучает лишь такие переходы термодинамической системы из одного состояния в другое, при которых изменяются только кинетическая и потенциальная энергия молекул (или атомов), из которых она состоит. Внутренняя энергия однозначно определяется параметрами состояния и не зависит от пути перехода в это состояние. Выбор состояния системы, в котором внутренняя энергия принимается равной нулю, произволен. Обычно считают, что внутренняя энергия равна нулю при температуре 0 К.

2. В качестве примера найдём внутреннюю энергию идеального одноатомного газа, т.е. газа состоящего из атомов. Такими газами являются гелий, неон, аргон и другие. В идеальном газе притяжение между молекулами отсутствует. Поэтому их потенциальная энергия равна нулю. Тогда внутренняя энергия этого газа будет складываться только из кинетических энергий отдельных молекул. Вычислим сначала внутреннюю энергию одного моля газа. Известно, что число молекул, наход5пцвхся в одном моле вещества, равно числу Авогадро NA. Согласно (24.1), средняя кинетическая энергия молекулы находится по формуле <ek> = (3/2) kТ. Следовательно, внутренняя энергия Umодного моля идеального газа равна <img width=«152» height=«28» src=«ref-1_560132705-391.coolpic» v:shapes="_x0000_i1106">

так как<img width=«49» height=«19» src=«ref-1_560133096-237.coolpic» v:shapes="_x0000_i1107">— универсальная газовая постоянная. Внутренняя энергия U произвольной массы газа m будет равна внутренней энергии одного моля, умноженной на число молей<img width=«50» height=«17» src=«ref-1_560133333-225.coolpic» v:shapes="_x0000_i1108">, где m — молярная масса газа, т.е.

Таким образом, внутренняя энергия данной массы идеального газа зависит только от температуры и не зависит от объёма и давления.

3.Первый закон термодинамики. Внутренняя энергия термодинамической системы под воздействием ряда внешних факторов меняется, о чём, как видно из (27.2), можно судить по изменению температуры этой системы. Например, когда быстро сжать газ, то его температура повышается. Если привести в контакт два тела, имеющих разные температуры, то температура более холодного тела повышается, а более нагретого понижается. В первом случае внутренняя энергия изменяется за счёт работы внешних сил, во втором происходит обмен кинетическими энергиями молекул, в результате чего суммарная кинетическая энергия молекул нагретого тела уменьшается, а менее нагретого — возрастает. Это приводит к передаче энергии от горячего тела к холодному без совершения механической работы. Процесс передачи энергии от одного тела к другому без совершения механической работы получило название теплопередачи или теплообмен,. Передача энергии между телами, имеющими разные температуры, характеризуется величиной, называемой количеством теплоты или теплотой. Количество теплоты — это энергия, переданная путём теплообмена от одной термодинамической системы к другой вследствие разности температур этих систем.

Рассмотрение понятия внутренней энергии и количества теплоты используется в формулировке первого закона термодинамики, играющего первостепенную роль при изучении различного рода термодинамических процессов.

В природе существует закон сохранения и превращения энергии, согласно которому энергия не исчезает и не возникает вновь, а лишь переходит из одного вида в другой. Этот закон применительно к тепловым процессам получил название первого закона термодинамики. Отметим, что тепловыми процессами называют процессы, связанные с изменением температуры термодинамической системы, а также с изменением агрегатного состояния вещества. Если термодинамической системе сообщить некоторое количество теплоты Q, т.е. некоторую энергию, то за счёт этой энергии в общем случае происходит изменение её внутренней энергии DU и система, расширяясь, совершает определённую механическую работу А. Очевидно, что, согласно закону сохранения энергии, должно выполняться равенство:

т.е. количество теплоты, сообщённое термодинамической системе, расходуется на изменение её внутренней энергии и на совершение системой механической работы при её расширении. Соотношение называют первым законом термодинамики.

Первый закон термодинамики обладает большой общностью и универсальностью и может применяться для описания широкого круга явлений.

Применение первого закона термодинамики к различным процессам.

1. Изохорический процесс. Поскольку при изохорическом процессе V = const, то изменение объёма DV= 0, и работа газа <img width=«81» height=«15» src=«ref-1_560134122-255.coolpic» v:shapes="_x0000_i1111">, т.е. при этом процессе газ не совершает механической работы. Тогда первый закон термодинамики запишется

т.е. при изохорическом процессе количество теплоты, сообщённое газу, полностью расходуется на изменение его внутренней энергии. Количество теплоты, переданное или отданное термодинамической системе, определяется через теплоёмкость системы. Теплоёмкость — это физическая величина, равная количеству теплоты, которое необходимо сообщить для нагревания системы на один градус. Очевидно, что теплоемкость системы зависит от её массы. Чем она больше, тем больше теплоёмкость. Поэтому вводят понятие удельной теплоёмкости. Удельная теплоемкость с равна количеству теплоты, которое надо сообщить единице массы вещества для повышения температуры один градус. Количество теплоты Q, которое необходимо сообщить телу массой т для повышения его температуры от Т1 до Т2 находится по формуле

Q=mс(Т2—Т1)

Тогда изменение внутренней энергии тела (термодинамической системы) DU, учитывая, равно

<img width=«83» height=«16» src=«ref-1_560134585-267.coolpic» v:shapes="_x0000_i1113"> продолжение --PAGE_BREAK--

2. Изотермический процесс. Запишем первый закон термодинамики для данного процесса. Внутренняя энергия идеального газа зависит только от температуры. При изотермическом процессе температура постоянна. Поэтому и внутренняя энергия постоянна (U = const) и, следовательноDU = 0. Тогда первый закон термодинамикипринимает вид

т.е. количество теплоты, сообщённое газу при изотермическом процессе. полностью превращается в работу, совершаемую газом.

Выясним условия, необходимые для проведения такого процесса. При изотермическом расширении к газу необходимо непрерывно подводить теплоту, чтобы компенсировать уменьшение внутренней энергии, происходящее вследствие совершения газом работы против внешних сил. И, наоборот, при изотермическом сжатии надо непрерывно отбирать теплоту, чтобы внутренняя энергия, а следовательно, и температура оставались постоянными. Из этого следует, что изотермический процесс необходимо проводить очень медленно, так как в этом случае температура газа будет успевать выравниваться с температурой окружающей среды.

3. Изобарический процесс. Поскольку при данном процессе происходит изменение температуры и объёма газа, то первый закон термодинамики записывается так же, как и в общем случае.

4. Адиабатический процесс. Процесс, протекающий в термодинамической системе без теплообмена с окружающей средой, называется адиабатическим (адиабатным). Для практического осуществления такого процесса газ помещают в сосуд с теплоизоляционными стенками. Поскольку любой материал в той или иной степени проводит теплоту, то всякий процесс отличается от адиабатического процесса. Хорошим приближением к адиабатическому процессу являются быстро протекающие процессы. Кратковременность процесса приводит к тому, что система не успевает обменяться теплотой с окружающей средой.

При адиабатическом процессе газ не отдаёт и не получает количество теплоты, т.е. Q = 0. Тогда первый закон термодинамики запишется <img width=«56» height=«13» src=«ref-1_560135074-225.coolpic» v:shapes="_x0000_i1115"> или <img width=«52» height=«15» src=«ref-1_560135299-224.coolpic» v:shapes="_x0000_i1116">

т.е. работа, совершаемая газом при адиабатическом процессе, производится только за счёт изменения его внутренней энергии. Выясним, как изменяется температура газа при этом процессе. При адиабатном расширении DV = V2 — V1 > 0, где V1 и V2 — начальный и конечный объём газа. Поэтому А = PDV >0. Из формулы следует, что в этом случаеDU <0. Следовательно, внутренняя энергия газа уменьшается и температура понижается. Если же газ сжимается, то А <0 и DU> 0, а его температура повышается. Этим объясняется, например, нагревание воздуха в цилиндре дизельного двигателя при его сжатии. Билет № 12

Электростатика — это раздел электродинамики, изучающий свойства неподвижных зарядов, их взаимодействия друг с другом посредством полей, называемых электростатическими. Условие неподвижности зарядов в той системе отсчёта, в которой они изучаются, является весьма важным, так как в случае движущихся зарядов свойства окружающего пространства кардинально меняются и, в частности, появляется магнитное поле.

1. Известно, что разнородные тела такие, как кожа, стекло, эбонит и т.д., потёртые друг о друга, обладают свойством притягивать к себе лёгкие предметы, например, кусочки бумаги. Для объяснения такого взаимодействия, названного электрическим, и было введено понятие электрического заряда. Заряженные тела могут как притягиваться, так и отталкиваться друг от друга. Этот факт удаётся объяснить, если ввести два типа заряда, условно названных положительными и отрицательными (плюс и минус). Как следует из опыта, заряды с одинаковыми знаками отталкиваются, а с разными — притягиваются. Сила взаимодействия заряженных тел может быть различной. Это зависит от величины зарядов, находящихся на них.

Из этого можно сделать вывод: электрический заряд является количественной мерой способности тел к электрическим взаимодействиям.

Заряд тела не зависит от выбора системы отсчёта, т.е. не зависит от того, движется или покоится тело, на котором он находится. В системе единиц СИ заряд измеряется в кулонах (Кл). 1 Кулон равен заряду, протекающему через поперечное сечение проводника за 1 с при силе постоянного тока в 1А.

2. Возникновение зарядов на телах обусловлено следующим. Все тела построены из атомов. Атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. Заряд ядра обусловлен протонами. Заряды протона и электрона равны по абсолютной величине, но противоположим по знаку. Число протонов и электронов в атоме одинаково. Поэтому атом в целом нейтрален, т.е. алгебраическая сумма зарядов атома(сумма зарядов с учетом знаков) равна нулю, а следовательно, и тело нейтрально. Чтобы зарядить тела, т.е. наэлектризовать их, надо отделить часть отрицательного заряда от связанного с ним положительного заряда. Это осуществляется различными способами: трением тел друг о друга, электростатической индукцией и т.д. Тело, на котором оказывается избыток электронов по сравнению с протонами, заряжается отрицательно, если наоборот — положительно Например, при электризации трением небольшая часть электронов с одного тела переходит на другое. Если теперь раздвинуть тела, то они окажутся заряженными — одно положительно, другое — отрицательно

3. Из обобщения опытных данных установлен закон сохранения электрического заряда: в любой замкнутой электрической системе алгебраическая сумма электрических зарядов является постоянной величиной при любых процессах, происходящих в ней.

Замкнутой называется электрическая система, из которой не выходят и в которую не входят заряды. Так, при электризации тел трением заряды, возникающие на телах, равны по абсолютной величине, но противоположны по знаку. Поэтому их алгебраическая сумма также равна нулю, как и в случае не заряженных тел.

4. В общем случае сила взаимодействия между заряженными телами зависит от Размеров и формы Тел, а также от свойств среды, н которой находятся тела. Наиболее просто сила взаимодействия находится для так называемых точечных зарядов. Точечным зарядом называется заряженное тело, размеры которого пренебрежимо малы по сравнению с расстоянием до других заряженных тел, с которыми оно взаимодействует. Законы взаимодействия точечных зарядов был открыт Кулоном и формулируется следующим образом: модуль Fvсилы взаимодействия между двумя неподвижными точечными зарядами q и q0, находящимися в вакууме, пропорционален произведению этих зарядов, обратно пропорционален квадрату расстояния rмежду ними, т.е.

<img width=«75» height=«32» src=«ref-1_560135523-301.coolpic» v:shapes="_x0000_i1117"> где <img width=«19» height=«24» src=«ref-1_560135824-201.coolpic» v:shapes="_x0000_i1118"> — электрическая постоянная. Эта сила направлена вдоль прямой линии, соединяющей заряды. Электрическая постоянная равна <img width=«125» height=«18» src=«ref-1_560136025-326.coolpic» v:shapes="_x0000_i1119"> или <img width=«67» height=«16» src=«ref-1_560136351-250.coolpic» v:shapes="_x0000_i1120">, где фарад (Ф) – единица электроёмкости. Билет № 13

1. Уединённые проводники обладают крайне малой электроёмкостью. Например, ёмкость Земли всего лишь примерно 0,7 мФ. Однако во многих электронных приборах используются устройства, называемые конденсаторами, в которых накапливаются достаточно большие заряды. Конденсаторы представляют собой два проводника, близко расположенных друг к другу и разделённых слоем диэлектрика. Если этим проводникам (обкладкам) сообщить одинаковые по величине, но противоположные по знаку заряды, то электрическое поле, возникающее между ними, будет практически полностью сосредоточено внутри конденсатора. Поэтому электроёмкость конденсатора мало зависит от расположения окружающих его тел.

Если сообщать конденсатору различные заряды, то и разность потенциалов между его обкладками будет различной. (Под зарядом конденсатора понимается заряд на одной из его обкладок по абсолютной величине). Однако отношение заряда q, находящегося на конденсаторе, к разности потенциалов<img width=«37» height=«17» src=«ref-1_560136601-224.coolpic» v:shapes="_x0000_i1121">, возникающую между его обкладками, остаётся постоянным независимо от величины заряда. Поэтому это отношение принимают за характеристику способности конденсатора накапливать на себе заряды. Её по аналогии с проводником называют электроёмкостью (или ёмкостью) конденсатора и обозначают той же буквой С. Итак,

т.е. емкостью конденсатора называется физическая величина равная отношению заряда конденсатора к разности потенциалов между его обкладками.

Емкость конденсатора не зависит от величины заряда и разности потенциалов между его обкладками и определяется только размерами и формой обкладок конденсатора, а также диэлектрическими свойствами вещества, заполняющего его. Емкость конденсатора, как и ёмкость проводника, измеряется в фарадах (Ф): 1 Ф — это ёмкость такого конденсатора, при сообщении которому заряда в 1 Кл, разность потенциалов между его обкладками изменяется на 1 В.

2.Емкость плоского конденсатора.Рассмотрим плоский конденсатор, заполненный однородным изотропным диэлектриком с диэлектрической проницаемостью e, у которого площадь каждой обкладки S и расстояние между ними d.Емкость такого конденсатора находится по формуле:

Из этого следует, что для изготовления конденсаторов большой ёмкости надо увеличить площадь обкладок и уменьшать расстояние между ними.

Энергия Wзаряженного конденсатор: <img width=«37» height=«29» src=«ref-1_560137371-254.coolpic» v:shapes="_x0000_i1124"> или <img width=«80» height=«28» src=«ref-1_560137625-307.coolpic» v:shapes="_x0000_i1125">

Конденсаторы применяются для накопления электроэнергии и использования её при быстром разряде (фотовспышка), для разделения цепей постоянного и переменного токов, в выпрямителях, колебательных контурах и других радио-электронных устройствах. В зависимости от типа диэлектрика конденсаторы бывают воздушные, бумажные, слюдяные. Билет № 14

1. Работой электрического тока называется работа, которую совершают силы электрического поля, созданного в электрической цепи, по перемещении заряда по этой цепи. Пусть к концам проводника приложена разность потенциалов (напряжение) <img width=«59» height=«17» src=«ref-1_560137932-245.coolpic» v:shapes="_x0000_i1126"> Тогда работа А, совершаемая электростатическим полем по переносу заряда q за некоторое время 4 равна <img width=«97» height=«16» src=«ref-1_560138177-300.coolpic» v:shapes="_x0000_i1127">. Величину протекшего заряда можно найти, используя силу тока I: q = It С учётом этого получаем

Применяя закон Ома для однородного участка цепи U = IR, где R— сопротивление проводника, выражение запишем в виде

2. По определению мощность Р электрического тока равна Р = A/t. Получаем

P=IU.

В системе единиц СИ работа и мощность электрического тока измеряютсясоответственно в джоулях и ваттах. Однако на практике используется внесистемная единица работы — 1 кВт*ч, т.е. работа тока мощностью 1 кВт за время 1 ч

(<img width=«184» height=«17» src=«ref-1_560138932-365.coolpic» v:shapes="_x0000_i1130">).

3. Опытным путём джоуль и, независимо от него, Ленц установили, что при протекании электрического тока по проводнику он нагревается, в результате чего увеличивается его внутренняя энергия. Количество теплоты Q, выделяемое в проводнике пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника Rи времени протекания t, т.е.

Соотношение называют законом Джоуля — Ленца.

2. ЭДС.Возьмём два проводника, заряженные разноимёнными зарядами, и соединим их другим проводником. Тогда в этом проводнике за счёт разности потенциалов на его концах возникает электрическое поле, под действием которого свободные заряды (носители тока) приходят в упорядоченное движение от положительного потенциала к отрицательному (имеется в виду движение положительных зарядов, поскольку за направление тока принимается движение именно этих зарядов), т.е. возникает электрический ток. Однако этот ток очень быстро прекращается вследствие того, что протекание тока приводит к выравниванию потенциалов на концах проводника и к исчезновению внутри него электрического поля.

Для непрерывного протекания тока по проводнику необходимо к его концам подключить устройство, которое бы отводило положительные заряды с конца, обладающего отрицательным потенциалом, к концу — с положительным, производя разделение зарядов и поддерживая разность потенциалов. Такие устройства называются источниками тока. Указанное движение зарядов внутри источника тока (движение от точки 1 к точке 2) возможно лишь в том случае, если на них со стороны источника тока действуют силы не электростатического происхождения, направленные против сил электростатического поля, Их называют сторонними силами. Природа сторонних сил может быть различной. Так, в аккумуляторах они возникают вследствие химических реакций между электродами и электролитом.

Действие сторонник сил характеризуют физической величиной, называемой электродвижущей силой (э.д.с.). Она равна работе, которую совершают сторонние силы по перемещению единичного заряда внутри источника тока, т.е. в области, где действуют сторонние силы. Если при перемещении заряда q сторонние силы совершили работу Аст, то по определению э.д.с. <img width=«14» height=«16» src=«ref-1_560139545-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1132"> равна <img width=«46» height=«33» src=«ref-1_560139739-257.coolpic» v:shapes="_x0000_i1133"> Из этой формулы следует, что э.д.с., как и разность потенциалов, измеряется в вольтах Если цепь, в которой протекает ток, замкнутая, то работа сторонних сил по всей цепи равна работе этих сил внутри источника, поскольку вне источника сторонние силы не действуют. Таким образом, электродвижущая сила равна работе, которую совершают сторонние силы по перемещению единичного заряда по замкнутой цепи. 3. Закон Ома для полной цепи.

Выведем закон Ома для такой цепи. При протекании электрического тока по цепи происходит нагревание резистора и источника тока. Нагревая источника тока свидетельствует о том, что он обладает некоторым внутренним сопротивлением. Обозначим его через т. Очевидно, что нагревание источника тока и резистора R происходит за счёт работы <img width=«26» height=«14» src=«ref-1_560139996-206.coolpic» v:shapes="_x0000_i1134">сторонних сил. Согласно закону сохранения энергий, эта работа будет равняться количеству теплоты, выделяемой в источнике и в резисторе, т.е. <img width=«78» height=«17» src=«ref-1_560140202-279.coolpic» v:shapes="_x0000_i1135">

где <img width=«19» height=«19» src=«ref-1_560140481-208.coolpic» v:shapes="_x0000_i1136"> и <img width=«15» height=«16» src=«ref-1_560140689-201.coolpic» v:shapes="_x0000_i1137">— количество теплоты, выделяемой в резисторе и на внутреннем сопротивлении источника тока. Но <img width=«144» height=«17» src=«ref-1_560140890-345.coolpic» v:shapes="_x0000_i1138">. Здесь I— сила тока, текущего в цепи, t — время протекания тока. С учётом этого получаем<img width=«78» height=«17» src=«ref-1_560141235-267.coolpic» v:shapes="_x0000_i1139">. Разделив последнее равенство на It и учитывая, что q = It, находим

Это соотношение называют законом Ома для замкнутой цепи: сила тока в замкнутой цепи пропорциональна электродвижущей силе источника и обратно пропорциональна общему сопротивлению цепи. Билет № 15

1. Выясним, какие изменения происходят в окружающем заряды пространстве, если они приходят в равномерное движение?

Присоединим два гибких металлических проводника, укреплённых параллельно, к источнику тока. На проводниках появляются равномерно распределённые заряды противоположных знаков, которые создают вокруг себя электростатическое поле. В результате этого возникает сила электростатического притяжения. Если замкнуть ключ, то по проводникам потечёт постоянный ток. При этом, несмотря на силы электростатического притяжения, проводники отталкиваются. Это свидетельствует о том, что между ними возникли силы неэлектростатического происхождения. Их появление можно объяснить, если предположить, что вокруг проводника с током, т.е. вокруг упорядоченно движущихся электрических зарядов, образуется поле, отличающееся от электростатического поля. Его назвали магнитным. Тогда взаимодействие токов объясняется следующим образом. Магнитное поле, создаваемой током, текущим по одному проводнику, действует на ток, проходящий по другому, и наоборот.

Итак, приходим к выводу: вокруг равномерно движущихся электрических зарядов возникает магнитное поле, которое обнаруживается по действию на другие движущиеся в этом поле заряды. Необходимо отметить, что электрическое поле действует как на неподвижные, так и на движущиеся заряды, а магнитное только на движущиеся.

2. Индукция магнитного поля. Магнитное поле характеризуют физической величиной, называемой индукцией магнитного поля, являющуюся вектором. Обозначим её через В.

Подобно тому, как для изучения электрического поля используются пробные электрические заряды, при исследовании магнитного поля применяются пробные контуры. Пробными называют замкнутые контуры, по которым течёт постоянный ток, внесение которых не искажает исследуемого поля. Пробный контур характеризуют магнитным моментом Рм, который является вектором. Его модуль равен

где I- сила тока в контуре, S - площадь контура. Вектор Рм направленперпендикулярно к плоскости контура и связан с направлением тока правилом правого винта: при вращении винта в направлении тока, его поступательное движение показывает направление магнитного момента контура. Из формулы следует, что магнитный момент измеряетсяв ампер*метр2 (Ам2).

При внесении пробного контура в магнитноеполе он устанавливает так, что его магнитныймомент совпадает с направлением вектора индукции магнитного поля в данной точке поля. Есликонтур вывести из положения равновесия, то на него будет действовать момент сил, стремящийся вернуть его в положение равновеся. Этот момент сил будет наибольшим (максимальным), когда магнитный момент контура перпендикулярен к вектору В. Пусть в одну и ту же точку магнитного поля вносятся различные пробные контуры. Тогда на них будут действовать и различные максимальные моменты сил. Однако отношение максимального момента Мmax к магнитному моменту контура Рм остаётсяпостоянным независимо от модуля магнитного момента. Поэтому его принимают за характеристику поля в данной точке. Это и есть индукция магнитного поля, которую обозначают через В, т.е. Таким образом, модуль индукции магнитного поля в некоторой точке равен отношению максимального момента сил, действующего на пробный контур, помещённый в эту точку, к его магнитному моменту, и направление индукции магнитного поля совпадает с направлением магнитного момента свободно ориентирующегося контура.

В системе единиц СИ индукция магнитного поля измеряется в теслах (Тл). Тл — это индукция в такой точке магнитного поля, при внесении в которую пробного контура с магнитным моментом 1 А*м2 на него действует максимальный момент сил, равный 1 Н*м.

Подсчитаем размерность тесла. <img width=«139» height=«27» src=«ref-1_560141965-472.coolpic» v:shapes="_x0000_i1142">

3. Линии магнитной индукции. Для наглядного изображения магнитного поля пользуются линиями магнитной индукции. Линией магнитной индукции называют такую линию, в каждой точке которой индукция магнитного поля (вектор В) направлен но касательной к кривой. Направление этих линий совпадает с направлением поля. Условились линии магнитной индукции проводить так, чтобы число этих линий, отнесённых к единице площади площадки, перпендикулярной к ним, равнялось бы модулю индукции в данной области поля. Тогда по густоте линий судят о магнитном поле. Там, где они гуще, модуль индукции магнитного поля больше. Так же, как и линии напряжённости электрического поля, они не

пересекаются. Линии магнитной индукции всегда замкнуты и охватывают проводник с током в отличие от линий напряжённости электростатического поля, которые разомкнуты (начинаются и заканчиваются на зарядах). Направление этих линий находится по правилу правого винта: если поступательное движение винта совпадает с направлением тока, то его вращение происходит в направлении линий магнитной индукции. В качестве примера приведём картину линий магнитной индукции прямого тока, текущего перпендикулярно к плоскости чертежа от нас за чертёж

4. Закон Ампера. Как известно, на проводник с током, помещённый в магнитное поле, действует сила. Ампер установил, что модуль F силы находится по формуле

<img width=«78» height=«15» src=«ref-1_560142437-258.coolpic» v:shapes="_x0000_i1143"> продолжение --PAGE_BREAK--

где I— сила тока, проходящего попроводнику, В — модуль индукциимагнитного поля в месте расположения участка проводника длиною l, a— угол между направлением тока ивектором В. Направление этой силы, получившей название силы Ампера, определяется по правилу левой руки: если руку расположить так, чтобылинии магнитной индукции входили в ладонь, четыре вытянутых пальцасовпадали с направлением тока, то отогнутый на 90° большой палец даёт направление силы. Сила Ампера перпендикулярна к плоскости, проведённой через 1 и В

5. Сила Лоренца. Поскольку ток представляет собой упорядоченное движение электрических зарядов, то естественно предположить, что сила Ампера является равнодействующей сил, действующих на отдельные заряды, движущиеся в проводнике. Опытным путём установлено, что на заряд, движущийся в магнитном поле, действительно действует сила. Эту силу называют силой Лоренца. Модуль FL силы находится по формуле

где В — модуль индукции магнитного поля, в котором движется заряд, q и v — абсолютная величина заряда и его скорость, a— угол между векторами v и В. Эта сила перпендикулярна к векторам v и В, её направление находится по правилу левой руки: если руку расположить так, чтобы четыре вытянутых пальца совпадали с направлением движения положительного заряда, линии индукции магнитного поля входили в ладонь, то отставленный на 900большой палец показывает направление силы. В случае отрицательной частицы направление силы противоположное. Билет № 16

Полупроводниками называют группу веществ, электропроводность которых занимает промежуточное положение между металлами и диэлектриками. Полупроводники обладают рядом свойств, отличающими их како т металлов, так и диэлектриков. Если с повышением температуры сопротивление металлических проводников увеличивается, то у полупроводников уменьшается. Уменьшается сопротивление полупроводников и при их освещении. На базе полупроводников созданы разнообразные полупроводниковые приборы, используемые в радиоэлектронике, автоматике и вычислительной технике.

1. Собственная проводимость полупроводников. Полупроводниками являются химические элементы четвёртой группы таблицы Менделеева и некоторые другие соединения. Типичными представителями полупроводников являются кристаллы кремния и германия, в которых атомы объединены ковалентной связью Вследствие теплового движения атомы сталкиваются между собой. Это может привести к разрыву некоторых химических связей, в результате чего возникает свободный электрон, который будет хаотически двигаться по кристаллу. Удаление электрона приводит к нарушению химической связи, поскольку она осуществляется лишь одним валентным электроном. Эту неполноценную связь называют дыркой. Дырка обладает положительным зарядом, равным заряду электрона по абсолютной величине, так как в месте, покинутом электроном, будет недостаток электрона. На место дырки может попасть электрон от соседней химической связи. Это приводит к изменению положения дырки. Поэтому дырка будет хаотически перемещаться по кристаллу. Таким образом, в полупроводнике при любой температуре имеется определённая концентрация свободных электронов и дырок, которыми и обусловливается собственная электропроводность полупроводников. С повышением температуры полупроводника возрастает концентрация указанных частиц. Это приводит к тому, что с повышением температуры увеличивается проводимость, а сопротивление полупроводника уменьшается.

2 Примесная проводимость полупроводников. Чистые полупроводники не представляют практического интереса. Для электроники весьма полезными оказались так называемые легированные полупроводники, т.е. полупроводники, в которые введены примеси. Они подразделяются на полупроводники n— и р-типа.

а) Полупроводники n -типа.Если в кристаллическую решётку четырехвалентного полупроводника, например кремния, внедрить пятивалентный атом, например фосфор, то для образования ковалентных связей с соседями ему надо четыре электрона. Пятый же электрон вследствие теплового движения может оторваться от атома. в результате этого атомы примеси превращаются в положительные ионы. И появляются свободные электроны, обусловливающие проводимость полулроводника. Такие примеси называются донорными, а сам полупроводник называют полупроводник n-типа (от слова negative — отрицательный).

б) Полупроводники р-типа. Если внедрить в кристаллическую решетку четырёхвалентного полупроводника (кремния) трёхвалентный атом (бор), то для образования ковалентной связи с соседями ему надо четыре электрона, а у него их только три. Поэтому одна связь оказывается не укомплектованной. Атом бора захватывает один электрон от соседнего атома кремния, так как это энергетически выгодно. В результате этого атомы примеси превращаются в отрицательные ноны, а в полупроводнике возникают дырки, обусловливающие его электропроводность. Проводимость этого типа называется дырочной, примесь — акцепторной, а полупроводник — р-типа (от слова positive — положительный).

З. Полупроводниковый диод. На основе примесных полупроводников созданы устройства, являющиеся важными компонентами современных электронных приборов — диоды, транзисторы и т.д. Их важным преимуществом являются высокая надёжность, большой срок службы и миниатюрность. В настоящее время на 1 см2 удаётся разместить тысячи таких элементов, в связи с чем и, появились, например, персональные ЭВМ, размещающиеся на столе и обладающие огромными вычислительными возможностями. Рассмотрим принцип работы диода. При соединении полупроводников n— и р-типа получается диод с так называемым р-n — переходом. В результате такого соединения небольшое количество электронов около контакта перейдёт изполупроводника n-типа в полупроводник р-типа, где произойдёт их рекомбинация с дырками. Вследствие этого полупроводник n-типа заряжается положительно, а р-типа - отрицательно. Возникает некоторая разность потенциалов, которая препятствует дальнейшему переходу электронов. Если к диоду подключить источник тока, чтобы минус был соединён с полупроводником n-типа, а плюс — с полупроводником р-типа, то под действием внешнего электрического поля электроны и дырки проходят границу раздела полупроводников и рекомбинируют. В то же время источник тока поставляет всё новые электроны и дырки. Поэтому через диод протекает достаточно сильный ток. Если изменить полярность на диоде, то под действием поля электроны и дырки отходят от границы раздела полупроводников и ток через диод не течёт. Таким образом, диод обладает односторонней проводимостью. Это используется для выпрямления тока, т.е. для преобразования переменного тока в постоянный по направлению ток. Для того чтобы получить ток постоянный по величине, используют диоды, включённые в несколько более сложные цепи. Выпрямительные схемы играют важную роль, так как электростанции вырабатывают ток переменный, а для работы большинства электронных устройств (радио, телевизоры, ЭВМ) требуется постоянное напряжение. Билет № 17

Электромагнитная индукция. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца Мы знаем, что электрический ток создаёт магнитное поле. Естественно возникает вопрос: «, Возможно ли появление электрического тока с помощью магнитного поля?». Эту проблему решил Фарадей, открывший явление электромагнитной индукции, которое заключается в следующем: при всяком изменении Магнитного потока, пронизывающего площадь, охватываемую проводящим контуром, в нём возникает электродвижущая сила, называемая э.д.с. индукции. Если контур замкнут, то под действием этой э.д.с. появляется электрический ток, названный индукционньм. Фарадей установил, что э.д.с. индукции не зависит от способа изменения магнитного потока и определяется только быстротой его изменения, т.е.

Соотношение называется законом электромагнитной индукции: э.д.с. индукции в проводнике равна быстроте изменения магнитного потока, пронизывающего площадь, охватываемую проводником. Знак минус в формуле (68.1) является математическим выражением правила Ленца. Известно, что магнитный поток является алгебраической величиной. Примем магнитный поток, пронизывающий площадь контура,

положительным. При увеличении этого потока (<img width=«38» height=«28» src=«ref-1_560143217-242.coolpic» v:shapes="_x0000_i1146">) возникает з.д.с. индукции <img width=«30» height=«17» src=«ref-1_560143459-207.coolpic» v:shapes="_x0000_i1147">, под действием которой появляется индукционный ток, создающий собственное магнитное поле, направленное навстречу внешнему полю, т.е. магнитный поток индукционного тока отрицателен.

Если же поток, пронизывающий площадь контура, уменьшается (<img width=«37» height=«28» src=«ref-1_560143666-241.coolpic» v:shapes="_x0000_i1148">), то <img width=«33» height=«18» src=«ref-1_560143907-208.coolpic» v:shapes="_x0000_i1149">, т.е. направление магнитного поля индукционного тока совпадает с направлением внешнего поля.

Рассмотрим один из опытов, проведённых Фарадеем, по обнаружению индукционного тока, а следовательно, и э.д.с. индукции. Если в соленоид, замкнутый на очень чувствительный электроизмерительный прибор(гальванометр), вдвигать или выдвигать магнит, то при движении магнита наблюдается отклонение стрелки гальванометра, свидетельствующее о возникновении индукционного тока. То же самое наблюдается при движении соленоида относительно магнита. Если же магнит и соленоид неподвижны относительно друг друга, то и индукционный ток не возникает. Из приведённого опыта следует вывод, что при взаимном движении указанных тел происходит изменение магнитного потока через нитки соленоида, что и приводит к появлению индукционного тока, вызванного возникающей э.д.с. индукции.

2.Направление индукционного тока определяется правилом Ленца: индукционный ток всегда имеет такое направление. что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, которое вызывает этот ток. Из этого правила следует, что при возрастании магнитного потока возникающий индукционный ток имеет такое направление, чтобы порождаемое им магнитное поле было направлено против внешнего поля, противодействуя увеличению магнитного потока. Уменьшение магнитного потока, наоборот, приводит к появлению индукционного тока, создающего магнитное поле, совпадающее по направлению с внешним полем. Пусть, например, в однородном магнитном поле находится проволочная квадратная рамка, пронизываемая магнитным полем Предположим, что магнитное поле возрастает. Это приводит к увеличению магнитного потока через площадь рамки. Согласно правилу Ленца, магнитное поле, возникающего индукционного тока, будет направлено против внешнего поля, т.е. вектор В2 этого поля противоположен вектору Ё. Применяя правило правого винта (см. § 65, п. З), находим направление индукционного тока Ii.

З. Явление электромагнитной индукции получило широкое применение в технике: промышленности получение электроэнергии на электростанциях, разогрев и плавление проводящих материалов (металлов) в индукционных электропечах и т.д.

2.Магнитный поток. Магнитным потоком через некоторую поверхность называют число линий магнитной индукции, пронизывающих её. Пусть в однородном магнитном поле находится плоская площадка площадью S, перпендикулярная к линиям магнитной индукции. (Однородным магнитным полем называется такое поле, в каждой точке которого индукция магнитного поля одинакова по модулю и направлению). В этом случае нормаль nк площадке совпадает с направлением поля. Поскольку через единицу площади площадки проходит число линий магнитной индукции, равное модулю В индукции поля, то число линий, пронизывающих данную площадку будет в S раз больше. Поэтому магнитный поток равен <img width=«53» height=«19» src=«ref-1_560144115-246.coolpic» v:shapes="_x0000_i1150">

Рассмотрим теперь случай, когда в однородном магнитном поле находится плоская площадка, имеющая форму прямоугольного параллелепипеда со сторонами а и b, площадь которой S = аb. Нормаль n к площадке составляет угол aс направлением поля, т.е. с вектором индукции В. Число линий индукции, проходящих через площадку S и её проекцию Sпр на плоскость, перпендикулярную к этим линиям, одинаково. Следовательно, поток Ф индукции магнитного поля через них одинаков. Используя выражение, находим Ф = ВSпр Из рис. видно, что Sпр= ab*cos a=Scosa. Поэтому

ф =BScos a. В системе единиц СИ магнитный поток измеряется в веберах (Вб). Изформулы следует <img width=«99» height=«21» src=«ref-1_560144361-303.coolpic» v:shapes="_x0000_i1151">т.е. 1 Вб — это магнитный поток через площадку в 1 м2, расположенную перпендикулярно к линиям магнитно индукции в однородном магнитном поле с индукцией 1 Тл. Найдем размерность вебера: <img width=«196» height=«41» src=«ref-1_560144664-458.coolpic» v:shapes="_x0000_i1152"> Билет № 19

Свободные и вынужденные колебания. Электрические колебания были открыты в известной мере случайно. После того как изобрели лейденскую банку (первый конденсатор) и научились сообщать ей большой заряд от электростатической машины, начали наблюдать электрический разряд банки. Замыкая обкладки лейденской банки с помощью проволочной катушки, обнаружили, что стальные спицы внутри катушки намагничиваются. В это ничего странного не было: электрический ток и должен намагничивать стальной сердечник катушки. Удивительным было то, что нельзя было предсказать, какой конец сердечника катушки окажется северным полюсом, а какой – южным. Повторяя опыт примерно в одних и тех же условиях, получали в одних случаях один результат, а в других другой. Далеко не сразу поняли, что при разряде конденсатора через катушку возникают колебания. За время разрядки конденсатор успевает много раз перезарядиться и ток меняет направление много раз. Из-за этого сердечник может намагничиваться различным образом.

Периодические или почти периодические изменения заряда, силы тока и напряжёния называют электрическими колебаниями.

Получить электрические колебания почти столь же просто, как и заставить тело колебаться, подвесив его на пружине. Но наблюдать электрические колебания уже не так просто. Ведь мы непосредственно не видим ни перезарядки конденсатора, ни тока в катушке. К тому же колебания обычно происходят с очень большой частотой.

Наблюдают и исследуют электрические колебания с помощью электронного осциллографа. На горизонтально отклоняющие пластины электроннолучевой трубки осциллографа подается переменное напряжение развертки Up“пилообразной» формы. Сравнительно медленно напряжение нарастает, а потом оченьрезко уменьшается. Электрическое поле между пластинами заставляет электронный луч пробегать экран в горизонтальном направлении с постоянной скоростью и затем почти мгновенно возвращаться назад. После этого весь процесс повторяется. Еслитеперь присоединить вертикально отклоняющие пластины к конденсатору, то колебания напряжения при его разрядке вызовутколебания луча в вертикальном направлении. В результате наэкране образуется временная «развертка» колебаний, вполне подобная той, которую вычерчивает маятник с песочницей на движущемся листе бумаги. Колебания затухают с течением времени

Эти колебания — свободные. Они возникают после того, как конденсатору сообщается заряд, выводящий систему из состояния равновесия. Зарядка конденсатора эквивалентна отклонению маятника от положения равновесия.

В электрической цепи можно также получить и вынужденные электрические колебания. Такие колебания появляются при наличии в цепи периодической электродвижущей силы. Переменная ЭДС индукции возникает в проволочной рамке из нескольких витков при вращении ее в магнитном поле (рис. 19). При этом магнитный поток, пронизывающий рамку, периодически изменяется, В соответствии с законом электромагнитной индукции периодически меняется и возникающая ЭДС индукции. При замыкании цепи через гальванометр пойдет переменный ток и стрелка начнет колебаться около положения равновесия.

2.Колебательный контурПростейшая система, в которой могут происходить свободные электрические колебания, состоит из конденсатора и катушки, присоединенной к обкладкам конденсатора (рис. 20). Такая система называется колебательным контуром.

Рассмотрим, почему в контуре возникают колебания. Зарядим конденсатор, присоединив его на некоторое время к батарее с помощью переключателя. При этом конденсатор получит энергию <img width=«36» height=«32» src=«ref-1_560145122-267.coolpic» v:shapes="_x0000_i1153"> где qm — заряд конденсатора, а С — его электроемкость. Между обкладками конденсатора возникнет разность потенциалов Um.

Переведем переключатель в положение 2. Конденсатор начнет разряжаться, и в цепи появится электрический ток. Сила тока не сразу достигает максимального значения, а увеличивается постепенно. Это обусловлено явлением самоиндукции. При появлении тока возникает переменное магнитное поле. Это переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое поле в проводнике. Вихревое электрическое поле при нарастании магнитного поля направлено против тока и препятствует его мгновенному увеличению.

По мере разрядки конденсатора энергия электрического поля уменьшается, но одновременно возрастает энергия магнитного поля тока, которая определяется формулой

где i сила тока,. L — индуктивность катушки. В момент, когда конденсатор полностью разрядится (q=0), энергия электрического поля станет равной нулю. Энергия же тока (энергия магнитного поля) согласно закону сохранения энергии будетмаксимальной. Следовательно, в этот момент сила тока также достигнет максимального значения

Несмотря на то что к этому моменту разность потенциалов на концах катушки становится равной нулю, электрический ток не может прекратиться сразу. Этому препятствует явление самоиндукции. Как только сила тока и созданное им магнитное поле начнут уменьшаться, возникает вихревое электрическое поле, которое направлено по току и поддерживает его.

В результате конденсатор перезаряжается до тех пор, пока ток, постепенно уменьшаясь, не станет равным нулю. Энергия магнитного поля в этот момент также будет равна нулю, а энергия электрического поля конденсатора опять станет максимальной.

После этого конденсатор вновь будет перезаряжаться и система возвратится в исходное состояние. Если бы не было потерь энергии, то этот процесс продолжался бы сколь угодно долго. Колебания были бы незатухающими. Через промежутки времени, равные периоду колебаний, состояние системы повторялось бы.

Но в действительности потери энергии неизбежны. Так, в частности, катушка и соединительные провода обладают сопротивлением R, и это ведет к постепенному превращению энергии электромагнитного поля во внутреннюю энергию проводника.

При колебаниях, происходящих в контуре, наблюдается превращение энергии магнитного поля в энергию электрического поля и наоборот. Поэтому эти колебания называют электромагнитными. Период колебательного контура находится по формуле :

<img width=«72» height=«21» src=«ref-1_560145647-273.coolpic» v:shapes="_x0000_i1155"> Билет № 18

1. Индуктивность. Пусть по замкнутому контуру течёт постоянный ток силой I. Этот ток создаёт вокруг себя магнитное поле, которое пронизывает площадь, охватываемую проводником, создавая магнитный поток. Известно, что магнитный поток Ф пропорционален модулю индукции магнитного поля В, а модуль индукции магнитного поля, возникающего вокруг проводника с током, пропорционален силе тока 1. Из этого следует

Коэффициент пропорциональности L между силой тока и магнитным потоком, создаваемым этим током через площадь, ограниченную проводником, называют индуктивностью проводника.

Индуктивность проводника зависит от его геометрических размеров и формы, а также от магнитных свойств среды, в которой он находится. внутри него. Необходимо отметить, что если магнитная проницаемость среды, окружающей проводник, не зависит от индукции магнитного поля, создаваемого током, текущим по проводнику, то индуктивность данного проводника является постоянной величиной при любой силе тока, идущего в нём. Это имеет место, когда проводник находится в среде с диамагнитными или парамагнитными свойствами. В случае ферромагнетиков индуктивность зависит от силы тока, проходящего по проводнику.

В системе единиц СИ индуктивность измеряется в генри (Гн). L = Ф/I и 1 Гн = 1 В6/ 1А, т.е. 1 Гн — индуктивность такого проводника, при протекании по которому тока силой 1А возникает магнитный поток, пронизываю площадь, охватываемую проводником, равный 1Вб.

Явление самоиндукции. Явление возникновения э.д.с. в том же проводнике, по которому течёт переменный ток, называется самоиндукцией, а саму э.д.с. называют э.д.с. самоиндукции. Это явление объясняется следующим. Переменный ток, проходящий по проводнику, порождает вокруг себя переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, создаёт магнитный поток, изменяющийся со временем, через площадь, ограниченную проводником. Согласно явлению электромагнитной индукции, это изменение магнитного потока и приводит к появлению э.д.с. самоиндукции.

Найдём э.д.с. самоиндукции. Пусть по проводнику с индуктивностью L течёт электрический ток. В момент времени t1 сила этого тока равна I1, а к моменту времени t2 она стала равной I2. Тогда магнитный поток, создаваемый током через площадь ограниченную проводником, в моменты времени t1 и t2 соответственно равен Ф1=LI1 и Ф2=LI2, а изменение DФ магнитного потока равно DФ = LI2 — LI1 = L(I2 — I1) = LDI, где DI=I2— I1 — изменение силы тока за промежуток времени Dt=t2-t1. Согласно закону электромагнитной индукции, э.д.с. самоиндукции равна: <img width=«44» height=«24» src=«ref-1_560146133-229.coolpic» v:shapes="_x0000_i1157">Подставляя в это выражения предыдущую формулу, получаем

Итак, э.д.с. самоиндукции, возникающая в проводнике, пропорциональна быстроте изменения силы тока, текущего по нему. Соотношение представляет собой закон самоиндукции.

Под действием э.д.с. самоиндукции создаётся индукционный ток, называемый током самоиндукции. Этот ток, согласно правилу Ленца, противодействует изменению силы тока в цепи, замедляя его возрастание или убывание.

Энергия магнитного поля. При протекании электрического тока по проводнику вокруг него возникает магнитное поле. Оно обладает энергией. Можно показать, что энергия магнитного поля, возникающего вокруг проводника с индуктивностью L, по которому течёт постоянный ток силой I, равна

<img width=«47» height=«27» src=«ref-1_560146602-237.coolpic» v:shapes="_x0000_i1159"> Билет № 20

Фундаментальные законы природы, к числу которых относятся открытые Максвеллом законы электромагнетизма, замечательны в следующем отношении: они могут дать гораздо больше, чем заключено в тех фактах, на основе которых они получены.

Среди бесчисленных, очень интересных и важных следствий, вытекающих из максвелловских законов электромагнитного поля, одно заслуживает особого внимания. Это вывод о том, что электромагнитное взаимодействие распространяется с конечной скоростью.

Согласно теории дальнодействия кулоновская сила, действующая на электрический заряд, сразу же изменится, если соседний заряд сдвинуть с места. Действие передается мгновенно. С точки зрения действия на расстоянии иначе быть не может:

ведь один заряд непосредственно через пустоту <чувствует» присутствие другого.

Согласно же представлению о близкодействии обстоит совершенно иначе и много сложнее. Перемещение заряда меняет электрическое поле вблизи него. Это переменное электрическое поле порождает переменное магнитное поле в соседних областях пространства. Переменное же магнитное поле в свою очередь порождает переменное электрическое поле и т.д.

Перемещение заряда вызывает, таким образом, «всплеск» электромагнитного поля, который, распространяясь, охватывает все большие и большие области окружающего пространства, перестраивая по дороге то поле, которое существовало до смещения заряда. Наконец, этот «всплеск» достигает второго заряда, что и приводит к изменению действующей на него силы. Но произойдет это не в тот момент времени, когда произошло смещение первого заряда. Процесс распространения электромагнитного возмущения, механизм которого был вскрыт Максвеллом, протекает с конечной, хотя и очень большой, скоростью. В этом состоит фундаментальное свойство поля, которое не оставляет сомнений в его реальности.

Максвелл математически показал, что скорость распространения этого процесса равна скорости света в вакууме.

Электромагнитная волна. Представьте себе, что электрический заряд не просто сместился из одной точки в другую, а приведен в быстрые колебания вдоль некоторой прямой. Заряд движется подобно грузу, подвешенному на пружине, но только колебания его происходят со значительно большей частотой. Тогда электрическое поле в непосредственной близости от заряда начнет периодически изменяться. Период этих изменений, очевидно, будет равен периоду колебаний.заряда. Переменное электрическое поле будет порождать периодически меняющееся магнитное поле, а последнее в свою очередь вызовет появление переменного электрического поля уже на большем расстоянии от заряда и т. д.

Мы не будем в деталях рассматривать сложный процесс образования электромагнитного поля, порождаемого колеблющимся зарядом. Приведем лишь конечный результат.

В окружающем заряд пространстве, захватывая все большие и большие области, возникает система взаимно перпендикулярных, периодически изменяющихся электрических и магнитных полей. На рисунке 84 изображен «моментальный снимок» такой системы полей.

Образуется так называемая электромагнитная волна,. бегущая по всем направлениям от колеблющегося заряда.

Не надо думать, что электромагнитная волна, подобно волне на поверхности воды, представляет собой возмущение какой-либо среды. На рисунке изображены в некотором масштабе значения векторов Ё и В в различных точках пространства, лежащих на линии Os, в фиксированный момент времени. Никаких гребней и впадин среды, как в случае механических волн на поверхности воды, здесь нет.

В каждой точке пространства электрические и магнитные поля меняются во времени периодически. Чем дальше расположена точка от заряда, тем позднее достигнут ее колебания полей. Следовательно, на разных расстояниях от заряда колебания происходят с различными фазами.

Колебания векторов Ё и В в любой точке совпадают по фазе. Расстояние между двумя ближайшими точками, в которых колебания происходят в одинаковых фазах, есть длина волны l. В данный момент времени значения векторов Е и В меняются периодически в пространстве с периодом l.

Направления колеблющихся векторов напряженности электрического поля и индукции магнитного поля перпендикулярны к направлению распространения волны. Электромагнитная волна является поперечной.

Таким образом, векторы Ё и Й в электромагнитной волне перпендикулярны друг другу и перпендикулярны направлению распространения волны. Если вращать буравчик с правой нарезкой от вектора Ё к вектору В то поступательное перемещение буравчика будет совпадать с вектором скорости волны с.

Электромагнитные волны излучаются колеблющимися зарядами. При этом существенно, что скорость движения таких зарядов меняется со временем, т. е. что они движутся с ускорением.

Наличие ускорения — главное условие излучения электромагнитных волн. Электромагнитное воле излучается заметным образом не только при колебаниях заряда, но и при любом быстром изменении его скорости, причем интенсивность излученной волы тем больше, чем больше ускорение, с которым движется заряд.

Наглядно это можно представить себе так. При движении заряженной частицы с постоянной скоростью созданные ею электрическое и магнитное поля, подобно развевающемуся шлейфу, сопровождают частицу. При ускорении частицы обнаруживается присущая электромагнитному полю инертность. Поле «отрывается» от частицы и начинает самостоятельное существование в форме электромагнитных волн.

Энергия электромагнитного поля волны в данный момент времени меняется периодически в пространстве с изменением векторов Ё и В. Бегущая волна несет с собой энергию, перемещающуюся со скоростью с вдоль направления распространения волны. Благодаря этому энергия электромагнитной волны в любой области пространства меняется периодически со временем.

Максвелл был глубоко убежден в реальности электромагнитных волн. Но он не дожил до их экспериментального обнаружения. Лишь через 10 лет после его смерти электромагнитные волны были экспериментально получены Герцем.

2. Принцип радиосвязи. Радиопередатчик. Для осуществления радиосвязи необходимы радиопередатчик и радиоприёмник. Рассмотрим принцип действия радиопередатчика, блок-схема которого приведена на рис. ‘77.1. Генератор создаёт высокочастотные электромагнитные гармонические колебания с частотой

v . Пусть перед микрофоном находится звучащий камертон, создающий механические гармонические колебания звуковой частоты Yзв. Эти колебания с помощью микрофона преобразуются в электромагнитные колебания той же частоты (рис. 77.2 6). Частота Yзв этих колебаний значительно меньше частоты Yвысокочастотных электромагнитных колебаний.

Колебания, создаваемые генератороми микрофоном, подаются в модулятор, в котором происходит их сложение, в результате чего возникаютэлектромагнитные колебания с частотой Y, амплитуда которых изменяется с частотой Yзв. Такие колебания называют амплитудно — модулированными (рис. 77.2 в). Затем модулированные колебания усиливаются и подаются на антенну(открытый колебательный контур), которая излучает модулированные электромагнитные волны.

Радиоприёмник. Блок-схема радиоприёмника показана на рис. 77.3. Модулированные электромагнитные волны, излучаемые различными радиостанциями, индуцируют в антенне модулированные электромагнитные колебания разных частот. Изменяя величину ёмкости конденсатора и индуктивности, добиваются совпадения собственной частоты колебательного контура с частотой одной из передающей станции. Это приводит к тому, что в колебательном контуре возникают вынужденные резонансные электромагнитные колебания данной частоты. Амплитуды же колебаний с другими частотами будут очень малы. Эти модулированные колебания рис. 77.2 в) усиливаются и подаются в демодулятор (детектор). После его прохождения сила тока в цепи изменяется со временем по закону, график которого приведён на рис. 77.4. далее происходит преобразование этого тока в ток, сила которого изменяется со временем со звуковой частотой Yзв рис.77.2б). Затем этот ток усиливается и протекает через динамик, который преобразует электромагнитные колебания в звуковые той же частоты. В результате этого динамик воспроизводит механические колебания, происходящие перед микрофоном передающей станции.

Принцип радиопередачи используют в телевидении, радиолокации, в различных видах телефонной (сотовой) связи. Билет № 21

С точки зрения волновой теории свет представляет собой электромагнитные волны с частотой v, лежащей в интервале от <img width=«40» height=«17» src=«ref-1_560146839-218.coolpic» v:shapes="_x0000_i1160"> до <img width=«49» height=«18» src=«ref-1_560147057-229.coolpic» v:shapes="_x0000_i1161">Гц. Диапазон световых волн чаще выражают в длинах волн в вакууме (практически в воздухе). Используя соотношение длины <img width=«15» height=«20» src=«ref-1_560147286-199.coolpic» v:shapes="_x0000_i1162">световой волны с частотой колебания, находим, что длины волн света в вакууме заключены в пределах от 0,75 до 0,4 мкм. Установлено, что цветовое воздействие света на глаз человека обусловлено его частотой. Так, световые волны с частотой <img width=«40» height=«17» src=«ref-1_560146839-218.coolpic» v:shapes="_x0000_i1163"> Гц воспринимаются как красный свет, а с частотой <img width=«48» height=«18» src=«ref-1_560147703-227.coolpic» v:shapes="_x0000_i1164">Гц как фиолетовый. Показано также, что световые волям, отличающиеся подлине волны менее чем на 2 нм, воспринимаются как одноцветные.1. Интерференция волн.Интерференцией волн называют явление усиления и ослабления волн в определённых точках пространства при их наложении. Интерферировать могут только когерентные волны. Когерентными называются такие волны (источники), частоты которых одинаковы и разность фаз колебаний не зависит от времени. Геометрическое место точек, в которых происходит усиление или ослабление волн соответственно называют интерференционным максимумом или интерференционным минимумом, а их совокупность носит название интерференционной картины. В связи с этим можно дать иную формулировку явления. Интерференцией волн называется явление наложения когерентных волн с образованием интерференционной картины.

Пусть волны создаются когерентными источниками O1 и О2. Рассмотрим точку М, находящуюся на расстоянии l1и l2 от источника (рис. 83.1), в которой происходит наложение

волн. Установлено, что волны усиливаютдруг друга, если<img width=«65» height=«19» src=«ref-1_560147930-255.coolpic» v:shapes="_x0000_i1165"> и ослабляют друг друга, когда<img width=«111» height=«19» src=«ref-1_560148185-303.coolpic» v:shapes="_x0000_i1166"> где l— длина волны, <img width=«78» height=«17» src=«ref-1_560148488-246.coolpic» v:shapes="_x0000_i1167"> Величина Dl = l1-l2, т.е. разностьрасстояний от источников до рассматриваемой точки, называется геометрической разностью хода волн. С учётом этого следует, что когерентные волны, раслространяющиеся в одной среде, усиливаются в точках, для которых геометрическая разность хода равна целому числу длин волн, и ослабляется, когда она составляет полуцелое число длин волн.

Явление интерференции света используется для контроля качества обработки поверхностей, просветления оптики, измерения показателей преломления вещества и т.д.

Дифракция света.В однородной среде свет распространяется прямолинейно. Об этом свидетельствуют резкие тени, отбрасываемые непрозрачными предметами при освещении их точечными источниками света. Однако если размеры препятствий становятся сравнимыми с длиной волны, то прямолинейность распространения волн нарушается. Явление огибания волнами препятствий называется дифракцией. Вследствие дифракции свет проникает в область геометрической тени. Дифракционные явления в белом свете сопровождаются появлением радужной окраски вследствие разложения света на составные цвета. Например, окраска перламутра и жемчуга объясняется дифракцией белого света на мельчайших его вкраплениях.

Широкое распространение в научном эксперименте и технике получили дифракционные решётки, представляющие собой систему узких параллельных щелей одинаковой ширины, расположенных на одинаковом расстоянии d друг от друга. Это расстояние называют постоянной решётки. Дифракционные решётки изготавливаются с помощью специальной машины, наносящей штрихи (царапины) на стекле или другом прозрачном материале. Там, где проведена царапина, материал становится непрозрачным, а промежутки между ними остаются прозрачными и играют роль щелей. Это так называемые прозрачные решётки. Существуют и отражательные решётки, которые получают нанесением штрихов на металлическое зеркало. Действие обеих типов решёток практически не отличается, поэтому рассмотрим явления, происходящие только в прозрачных решётках. Пусть на дифракционную решётку ДР, перпендикулярно к ней, падает параллельный пучок монохроматического света (плоская монохроматическая световая волна). Для наблюдения дифракции за ней помещают собираюпхую линзу Л, в фокальной плоскости которой располагают экран Э(рис. 84.1, на котором приведён вид в плоскости, проведённой поперёк щелям перпендикулярно к дифракционной решётке, а также показаны только лучи у краёв щелей). Вследствие дифракции из щелей исходят световые волны во всех направлениях. Выберем одно из них, составляющее угол jс направлением падающего света. Этот угол называют углом дифракции. Свет, идущий из щелей дифракционной решётки под углом р, собирается линзой в точке Р (точнее в полосе, проходящей через эту точку). Геометрическая разность хода Dlмежду соответствующими лучами, выходящими из соседних щелей, как видно из рис. 84.1, равна А! = d~siп9. Прохождение света через линзу не вносит дополнительной разности хода. Поэтому если А! равна целому числу длин волн, т.е.

то в точке Р волны усиливают друг друга. Это соотношение является условием так называемых главных максимумов. Целое число m называют порядком главных максимумов.

Если на решётку падает белый свет, то для всех значений длин волнположение максимумов нулевого порядка (m = О) совпадут; положение жемаксимумов более высоких порядков различны: чем большеl,????//тем больше j при данном значении m. Поэтому центральный максимум имеет вид узкой белой полосы, а главные максимумы других порядков представляют разноцветные полосы конечной ширины — дифракционный спектр. Наиболее интенсивными являются спектры первого порядка (m = 1). Спектрыболее высоких порядков менее ярки. Если решётку освещать немонохроматическим лучом, в составе которого имеется дискретный набор длин волн <img width=«56» height=«20» src=«ref-1_560149008-246.coolpic» v:shapes="_x0000_i1169">(такой свет даёт, например, ртутная лампа), то дифракционный спектр представляет собой совокупность отдельных цветных линий на тёмном фоне: каждой длине волны соответствует своя линия. Таким образом, дифракционная решётка разлагает сложный свет в спектр и поэтому с успехом используется в спектрометрах. Спектрометр — прибор для точного измерения длин волн с помощью дифракционной решётки (или призмы), которая разлагает свет в спектр, т.е. на компоненты с различными длинами волн. Свет от источника(рис. 84.2) через узкую щель направляется в коллиматор, который создаёт параллельный лучок света. далее свет попадает на решётку. Наблюдатель поворачивает трубу и при угле j, соответствующему дифракционному максимуму увидит яркую линию. Угол может быть измерен с высокой точностью. По формуле (84.1) определяют длину волны наблюдаемого света. Значение спектрометров в науке и промышленности огромно, поскольку с их помощью осуществляется анализ элементов, входящих в состав сплавов металлов, анализ газов, жидкостей, твёрдых тел, анализ химического состава звёзд и т.д. Отметим, что элемент гелий впервые был обнаружен спектрально на Солнце, откуда и пошло его название.Дисперсия света.Явление зависимости показателя преломления вещества от частоты света называется дисперсией света. Установлено, что с возрастанием частоты света показатель преломления вещества увеличивается. Пусть на трёхгранную призму падает узкий параллельный пучок белого света на котором показано сечение призмы плоскостью чертежа и одни из лучей). При прохождении через призму он разлагается на пучки света разного цвета от фиолетового до красного. Цветную полосу на экране называют сплошным спектром. Нагретые тела излучают световые волны со всевозможными частотами, лежащими в интервале частот от <img width=«45» height=«19» src=«ref-1_560149254-229.coolpic» v:shapes="_x0000_i1170"> до <img width=«57» height=«21» src=«ref-1_560149483-242.coolpic» v:shapes="_x0000_i1171"> Гц. При разложении этого света и наблюдается сплошной спектр. Возникновение сплошного спектра объясняется дисперсией света. Наибольшее значение показатель преломления имеет для фиолетового света, наименьшее — для красного. Это приводит к тому, что сильнее всего будет преломляться фиолетовый свет и слабее всего —красный. Разложение сложного света при прохождении через призму используется в спектрометрах.1.Поляризация света.Электромагнитная природа света. Свет представляет собой электромагнитные волны, в которых происходит периодическое изменение(колебание) напряжённости Е электрического и индукции В магнитного полей. Направления колебаний векторов Е и В взаимно перпендикулярны

и перпендикулярны к направлению распространения волны. Поэтому световая волна является поперечной. Плоскость, в которой колеблется вектор электрической напряжённости, называют плоскостью поляризации.

Явление поляризации света. Явления интерференции и дифракции, выявлял волновые свойства света, не отвечают на вопрос, являются ли волны продольными или поперечными. Действительно, указанные явления наблюдаются для общих видов волн любой природы. Доказательством поперечности световых волн, а, следовательно, и любых электромагнитных волн, является поляризация света. Выясним, в чём заключается это явление? Опытным путём установлено, что физиологическое, фотохимическое, фотоэлектрическое и другие действия света обусловлены электрическим полем световой волны. Поэтому в дальнейшем будет говориться лишь о напряжённости электрического поля, а об индукции магнитного поля упоминаться не будет.

Световая волна, излучаемая светящимся телом, представляет собой наложение огромного числа волн, испускаемых отдельными атомами. Атомы излучают свет независимо друг от друга. Поэтому плоскости поляризация в таких волнах имеют произвольную ориентацию в пространстве. Это приводит к тому, что в такой световой волне колебания вектора Е происходят во всевозможных плоскостях, пересекающихся на оси распростpaнения волны (рис.86.1, на котором показаны колебания вектора Е в плоскости, перпендикулярной к направлению распространения волны). Световая волна, в которой колебания вектора Ё совершаются во всех плоскостях, называется естественной или неполяризованной. Такой свет излучают солнце, электрические лампы, свечи и т.д. Свет, в котором колебания напряжённости электрического, а следовательно, и индукция магнитного полей упорядочены, называют поляризованным. Если колебания вектора Ё происходят в одной плоскости (в одном направлении), то такой свет называется плоскополяризованным (рис. 86.2). По сути дела на рис. 76.1 также изображена плоскополяризованная волна. Билет № 22

1. После открытия электрона Томсон предложил модель строения атома. Согласно этой модели, атом представляет собой шар, заряженный положительно, внутри которого находятся электроны. Резерфорд, усомнившись в этой модели, провёл опыты по изучению рассеяния a-частиц. Его опыт состоял в следующем. Радиоактивное вещество радий помещалось в контейнер, изготовленный из свинца, в котором просверливался узкий канал. Из этого канала узкий пучок a-частиц (ядер гелия) падал на тонкую металлическую фольгу, за которой находился экран, покрытый люминесцентным составом. Всё это помещалось в сосуд, из которого откачивался воздух. Проходя фольгу, a-частицы попадали на экран, на котором наблюдались световые вспышки в месте попадания частицы. Было обнаружено, что подавляющее большинство частиц пролетает фольгу, не меняя своего направления. Однако некоторые из них отклонялись на большие углы. Такое рассеяние a-частиц нельзя объяснить, исходя из модели атома Томсона. Поэтому Резерфорд предложил другую модель строения атома, названную ядерной продолжение --PAGE_BREAK--. Согласно этой модели, атом состоит из ядра, в котором сосредоточена почти вся масса атома и обладающего положительным зарядом, вокруг которого вращаются электроны, имеющие отрицательный заряд. При этом размеры ядра много меньше размеров атома и заряд ядра равен суммарному заряду электронов по абсолютной величине.

Однако эта модель обладает двумя недостатками.

1. Согласно классической электродинамике, ускоренно движущиеся заряженные частицы излучают электромагнитные волны. В атоме электроны, двигаясь вокруг ядра, обладают центростремительным ускорением. Поэтому они должны бы излучать энергию в виде электромагнитных волн. В результате этого электроны будут двигаться по спиральным траекториям, приближаясь к ядру, и, наконец, упасть на него. После этого атом прекращает своё существование. В действительности же атомы являются устойчивыми образованиями.

2. Известно, что заряженные частицы, двигаясь по окружности, излучают электромагнитные волны с частотой, равной частоте вращения частицы. Электроны в атоме, двигаясь по спиральной траектории, меняют частоту вращения. Поэтому частота излучаемых электромагнитных волн плавно изменяется, и атом должен бы излучать электромагнитные волны в некотором частотном интервале, т.е. спектр атома будет сплошным. В действительности же он линейчатый. Для устранения указанных недостатков Бор пришёл к выводу, что необходимо отказаться от классических представлений. Он постулировал ряда принципов, которые получили название постулатов Бора.

3. Постулаты Бора. Первый постулат. Существуют стационарные состояния атома, находясь в которых, он не излучает энергии. Постулат утверждает, что, несмотря на наличие ускорения у электрона, излучения электромагнитных волн нет. Этим постулатом устранён первый недостаток ядерной модели атома.

Второй постулат.В стационарных состояниях атом обладает определёнными энергиями. Испускание света атомом происходит, когда электрон переходит из одного стационарного состояния с энергией Wm в другое с меньшей энергией Wn . При этом испускается одни световой фотон, энергия которого определяется соотношением <img width=«71» height=«19» src=«ref-1_560149725-276.coolpic» v:shapes="_x0000_i1172">Если происходитпереход из состояния с меньшей энергией в состояние с большей энергией, то наблюдается поглощение энергии (света). Из последней формулыследует, что частота излученного фотона равна <img width=«67» height=«33» src=«ref-1_560150001-292.coolpic» v:shapes="_x0000_i1173">. Поскольку энергии, которые принимает атом имеют дискретные (прерывные) значения, то и частоты электромагнитных волн, испускаемых атомом будут дискретными, т.е. атом излучает линейчатый спектр. Этим постулатом устранён второй недостаток ядерной модели атома.

Линейчатый спектр.Если свет, испускаемый нагретым газом (например, баллоном с водородом, через который пропускается электрический ток), разложить с помощью дифракционной решётки (или призмы) в спектр, то выяснится, что этот спектр состоит из ряда линий. Поэтому такой спектр называется линейчатым. Линейчатость означает, что в спектре содержатся только вполне определенные длины волн <img width=«46» height=«18» src=«ref-1_560150293-229.coolpic» v:shapes="_x0000_i1174">и т.д., а не все, как это имеет место в случае света электрической лампочки.

Спектральный анализ. Линейчатые спектры играют особо важную роль, потому что их характер прямо связан со строением атома. Ведь эти спектры создаются атомами, не испытывающими внешних воздействий. Поэтому, знакомясь с линейчатыми спектрами, мы тем самым делаем первый шаг к изучению строения атомов. Наблюдая эти спектры, ученые получили возможность «заглянуть» внутрь атома. Здесь оптика вплотную соприкасается с атомной физикой.

Главное свойство линейчатых спектров состоит в том, что длины волн (или частоты) линейчатого спектра какого-либо вещества зависят только от свойств атомов этого вещества, но совершенно не зависят от способа возбуждения свечения атомов. Атомы любого химического элемента дают спектр, не похожий на спектры всех других элементов: они способны излучать строго определенный набор длин волн.

На этом основан спектральный анализ метод определения химического состава вещества по его спектру. Подобно отпечаткам пальцев у людей, линейчатые спектры имеют неповторимую индивидуальность. Неповторимость узоров на коже пальца помогает часто найти преступника. Точно так же благодаря индивидуальности спектров имеется возможность определить химический состав тела. С помощью спектрального анализа можно обнаружить данный элемент в составе сложного вещества, если даже его масса не превышает 10-10г. Это очень чувствительный метод.

Количественный анализ состава вещества по его спектру затруднен, так как яркость спектральных линий зависит не только от массы вещества, но и от способа возбуждения свечения. Так, при не очень высоких температурах многие спектральные линии вообще не появляются. Однако при соблюдении стандартных условий возбуждения свечения можно проводить и количественный спектральный анализ.

В настоящее время определены спектры всех атомов и составлены таблицы спектров. С помощью спектрального анализа были открыты многие новые элементы: рубидий, цезий и др. Элементам часто давали названия в соответствии с цветом наиболее интенсивных линий спектра. Рубидий дает темно-красные, рубиновые линии. Слово цезий означает «небесно-голубой». Это цвет основных линий спектра цезия.

Именно с помощью спектрального анализа узнали химический состав Солнца и звезд. другие методы анализа здесь вообще невозможны. Оказалось, что звезды состоят из тех же самых химических элементов, которые имеются и на Земле. Любопытно что гелии первоначально открыли на Солнце и лишь затем нашли в атмосфере Земли. Название этого элемента напоминает об истории его открытия: слово гелий означает в переводе «солнечный».

Благодаря сравнительной простоте и универсальности спектральный анализ является основным методом контроля состава вещества в металлургии, машиностроении, атомной индустрии. С помощью спектрального анализа определяют химический состав руд и минералов.

Состав сложных, главным образом органических, смесей анализируется по их молекулярным спектрам.

Спектральный анализ можно производить не только по спектрам испускания, но и по спектрам поглощения. Именно линии поглощения в спектре Солнца и звезд позволяют исследовать химический состав этих небесных тел. Ярко светящаяся поверхность Солнца — фотосфера дает непрерывный спектр. Солнечная атмосфера поглощает избирательно свет от фотосферы, что приводит к появлению линий поглощения на фоне непрерывного спектра фотосферы.

Но и сама атмосфера Солнца излучает свет. Во время солнечных затмений, когда солнечный диск закрыт Луной, происходит «обращение» линий спектра. На месте линий поглощения в солнечном спектре вспыхивает линии излучения.

В астрофизике под спектральным анализом понимают не только определение химического состава звезд, газовых облаков и т.д., но и нахождение по спектрам многих других физических характеристик этих объектов: температуры, давления, скорости движения, магнитной индукции.

Билет № 23 такой же как и Билет № 22. Билет № 24

1.Фотоэлектрический эффект. Явление вырывания электронов из вещества под действием электромагнитных излучений (в том числе и света) называют фотоэффектом. Различают два вида фотоэффекта: внешний и внутренний. При внешнем фотоэффекте вырванные электроны покидают тело, а при внутреннем —остаются внутри него. Необходимо отметить, что внутренний фотоэффект наблюдается только в полупроводниках и диэлектриках. Остановимся только на внешнем фотоэффекте. для изучения внешнего фотоэффекта используется схема, приведённая на рис. 87.1. Анод А и катод К помещаются в в сосуд, в котором создаётся высокий вакуум. Такой прибор называется фотоэлементом. Если на фотоэлемент свет не падает, то ток в цепи отсутствует, и амперметр показывает ноль. При освещении его светом достаточно высокой частоты амперметр показывает, что в цепи течёт ток. Опытным путём установлены законы фотоэффекта:

1. Число электронов, вырываемых из вещества, пропорционально интенсивности света.

2. Наибольшая кинетическая энергия вылетаю щах электронов пропорциональна частоте света и не зависит ом его интенсивности.

З. Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т.е… наименьшая частота <img width=«14» height=«18» src=«ref-1_560150522-189.coolpic» v:shapes="_x0000_i1175"> света, при которой ещё возможен фотоэффект.

Волновая теория света не в состоянии объяснить законы фотоэффекта. Трудности в объяснении этих законов привели Эйнштейна к созданию квантовой теории света. Он пришёл к выводу, что свет представляет собой поток особых частиц, называемых фотонами или квантами. Энергия фотонов eравна e=hn, где n— частота cвeтa, h — постоянная Планка.

Известно, что для вырывания электрона ему надо сообщить минимальную энергию, называемую работой выхода А электрона. Если энергия фотона больше или равна работе выхода, то электрон вырывается из вещества, т.е. происходит фотоэффект. Вылетающие электроны имеют различные кинетические энергии. Наибольшей энергией обладают электроны, вырываемые с поверхности вещества. Электроны же, вырванные из глубины прежде, чем выйти на поверхность теряют часть своей энергии при соударениях с атомами вещества. Наибольшую кинетическую энергию Wк, которую приобретает электрон, найдём, используя закон сохранения энергии,

где mи Vm – масса и наибольшая скорость электрона. Это соотношение можно записать иначе:

Это уравнение называют уравнением Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. Оно формулируется: энергия поглощённого фотона расходуется на работу выхода электрона и приобретение им кинетической энергии.

Уравнение Эйнштейна объясняет все законы внешнего фотоэффекта. Пусть на вещество падает монохроматический свет. Согласно квантовой теории, интенсивность света пропорциональна энергии, которая переносится фотонами, т.е. пропорциональна числу фотонов. Поэтому с увеличением интенсивности света увеличивается число фотонов, падающих на вещество, а следовательно, и число вырываемых электронов. Это есть первый закон внешнего фотоэффекта. Из формулы (87.1) следует, что наибольшая кинетическая энергия фотоэлектрона зависят от частоты v света и от работы выхода А, но не зависит от интенсивности света. Это второй закон фотоэффекта. И, наконец, из выражения (87.2) вытекает вывод, что внешний фотоэффект возможен, если hv ³А. Энергии фотона должно по крайней мере, хватить хотя бы на вырывание электрона без сообщения ему кинетической энергии. Тогда красную границу v0 фотоэффекта находим из условия hv0= А или v0=А/h. Таким образом объясняется третий закон фотоэффекта.

2.Применение фотоэффекта. Открытие фотоэффекта имело очень большое значение для более глубокого понимания природы света. Но ценность науки состоит не только в том, что она выясняет сложное и многообразное строение окружающего нас мира, но и в том, что она даёт нам в руки средства, используя которые можно совершенствовать производство, улучшать условия материальной и культурной жизни общества.

С помощью фотоэффекта «заговорило» кино и стала возможной передача движущихся изображений (телевидение). Применение фотоэлектронных приборов позволило создать станки, которые без всякого участия человека изготовляют детали по заданным чертежам. Основанные на фотоэффекте приборы контролируют размеры изделий лучше любого человека, вовремя включают и выключают маяки и уличное освещение и т. п.

Все это оказалось возможным благодаря изобретению особых устройств — фотоэлементов, в которых энергия света управляет энергией электрического тока или преобразуется в нее.

Современный фотоэлемент представляет собой стеклянную колбу, часть внутренней поверхности которой покрыта тонким слоем металла с малой работой выхода (рис. 208). Это катод. Через прозрачное «окошко» свет проникает внутрь колбы. В ее центре расположена проволочная петля или диск — анод, который служит для улавливания фотоэлектронов. Анод присоединяют к положительному полюсу батареи. Применяемые фотоэлементы реагируют на видимый свет и даже на инфракрасные лучи.

При попадании света на катод фотоэлемента в цепи возникает электрический ток, который включает или выключает то или иное реле. Комбинация фотоэлемента с реле позволяет конструировать множество различных видящих автоматов. Одним из них является автомат в метро. Он срабатывает (выдвигает перегородку) при пересечении светового пучка, если предварительно не опущена пятикопеечная монета.

Подобного рода автоматы могут предотвращать аварии. На заводе фотоэлемент почти мгновенно останавливает мощный пресс, если рука человека оказывается в опасной зоне.

При попадании света на фотоэлемент в цепи батареи G1 через резистор R идет слабый ток. К концам резистора присоединены база и эмиттер транзистора. Потенциал базы выше потенциала эмиттера, и ток в коллекторной цепи транзистора отсутствует. Когда рука человека попадает в опасную зону, она перекрывает световой поток, падающий на фотоэлемент. Переход эмиттер база открывается для основных носителей, и через обмотку реле, включенного в цепь коллектора, пойдет ток. Реле сработает, и контакты реле замкнут цепь питания механизма, который остановит пресс.

С помощью фотоэлементов осуществляется воспроизведение звука, записанного на кинопленке.

Кроме рассмотренного в этой главе фотоэффекта, называемого внешним фотоэффектом, разнообразные применения находит внутренний фотоэффект в полупроводниках. Это явление используется в фоторезисторах — приборах, сопротивление которых зависит от освещенности. Кроме того, сконструированы полупроводниковые фотоэлементы, непосредственно преобразующие световую энергию в энергию электрического тока. Эти приборы сами могут служить источниками тока. Их можно использовать для измерения освещенности, например в фотоэкспонометрах. На том же принципе основано действие солнечных батарей, устанавливаемых на всех космических кораблях.

Билет № 25

Состав атомного ядра. Эксперименты Резерфорда показали, что атомы имеют очень малое ядро, вокруг которого вращаются электроны. По сравнению с размерами ядра, размеры атомов огромны и, поскольку практически вся масса атома заключена в его ядре, большая часть объёма атома фактически является пустым пространством. Атомное ядро состоит из нейтронов и протонов. Элементарные частицы, образующие ядра (нейтроны и протоны) — называются нуклонами. Протон (ядро атома водорода) обладает положительным зарядом +е, равным заряду электрона и имеет массу в 1836 раз больше массы электрона. Нейтрон — злектрически нейтральная частица с массой примерно равной 1839 масс электрона.

Количество протонов Z в ядре нейтрального атома равно числу электронов в его электронной оболочке и определяет его заряд, равный +Ze. Число Z называется зарядовым числом и определяет порядковый номер химического элемента периодической системы Менделеева. N — число нейтронов в ядре, А — массовое число, равное суммарному количеству протонов Z и нейтронов N в ядре. Ядро атома обозначается тем же символом, что и химический элемент, снабжаясь двумя индексами (например, <img width=«20» height=«20» src=«ref-1_560151774-207.coolpic» v:shapes="_x0000_i1180">), из которых верхний обозначает массовое, а нижний зарядовое число.

Изотопаминазываются ядра с одним и тем же зарядовым числом и различными массовыми числами. Большинство химических элементов имеет несколько изотопов. Они обладают одинаковыми химическими свойствами и занимают одно место в таблице Менделеева. Например, водород имеет три изотопа: протий (<img width=«16» height=«15» src=«ref-1_560151981-197.coolpic» v:shapes="_x0000_i1181">), дейтерий (<img width=«14» height=«13» src=«ref-1_560152178-197.coolpic» v:shapes="_x0000_i1182">) и тритий (<img width=«17» height=«16» src=«ref-1_560152375-200.coolpic» v:shapes="_x0000_i1183">). У кислорода встречаются изотопы с массовыми числами А = 16, 17, 18. В подавляющем большинстве случаев изотопы одного и того же химического элемента обладают почти одинаковыми физическими свойствами (исключение составляют, например, изотопы водорода)

Приближённо размеры ядра были определены в опытах Резерфорда по рассеянию a-частиц. Наиболее точные результаты получаются при изучении рассеяния быстрых электронов на ядрах. Оказалось, что ядра имеют примерно сферическую форму и её радиус зависит от массового числа А по формуле<img width=«81» height=«15» src=«ref-1_560152575-263.coolpic» v:shapes="_x0000_i1184"> м.

Энергия связи ядра.Атомные ядра, состоящие из положительно заряженных протонов и нейтронов, представляют собой устойчивые образования несмотря на то, что между протонами существует сильное отталкивание. Устойчивость ядер свидетельствует, что между нуклонами в ядре действуют силы притяжения, превосходящие силы электростатического отталкивания протонов. Их назвали ядерными силами. Эти силы обладают рядом особенностей:

1) Они являются только силами притяжения и значительно сильнее электростатического отталкивания протонов.

2) Эти силы короткодействующие. Расстояние, на котором ещё действуют ядерные силы, называют радиусом действия этих сил. Он равен примерно <img width=«39» height=«16» src=«ref-1_560152838-215.coolpic» v:shapes="_x0000_i1185">м.

3) Ядерные силы являются зарядово независимыми. Это означает, что взаимодействие двух нуклонов совсем не зависит от того, обладают или не обладают они зарядом. Ядерные силы между двумя протонами, или двумя нейтронами, или протоном и нейтроном одинаковы

4) для ядерных сил характерно насыщение, подобно насыщению сил химической связи валентных электронов атомов в молекуле. Насыщение проявляется в том, что нуклон взаимодействует не со всеми остальными нуклонами ядра, а лишь с некоторыми ближайшими соседями.

Для изучения ядерных сил, казалось бы, надо знать их зависимость от расстояния между нуклонами. Однако изучение связи между нуклонами может быть проведено и энергетическими методами.

О прочности того или иного образования судят по тому, насколько легко или трудно его разрушить: чем труднее его разрушить, тем оно прочнее. Но разрушить ядро — это значит разорвать связи между его нуклонами. для разрыва этих связей, т.е. для расщепления ядра на составляющие его нуклоны, необходимо затратить определённую энергию, называемую энергией связи ядра.

Оценим энергию связи атомных ядер. Пусть масса покоя нуклонов, из которых образуется ядро, равна <img width=«14» height=«16» src=«ref-1_560153053-191.coolpic» v:shapes="_x0000_i1186">, Согласно специальной теории относительности, ей соответствует энергия <img width=«10» height=«14» src=«ref-1_560153244-189.coolpic» v:shapes="_x0000_i1187">, рассчитываемая по формуле <img width=«50» height=«19» src=«ref-1_560153433-230.coolpic» v:shapes="_x0000_i1188">, где с — скорость света в вакууме. После образования ядро обладает энергией <img width=«58» height=«23» src=«ref-1_560153663-250.coolpic» v:shapes="_x0000_i1189">. Здесь М— масса ядра. Измерения показывают, что масса покоя ядра всегда меньше, чем масса покоя частиц в свободном состоянии, составляющих данное ядро. Разность этих масс называют дефектом массы. Поэтому при образовании ядра происходит выделение энергии <img width=«192» height=«19» src=«ref-1_560153913-385.coolpic» v:shapes="_x0000_i1190">. Из закона сохранения энергии можно заключить, что такая же энергия должна быть затрачена на расщепление ядра на протоны и нейтроны. Поэтому энергия связи <img width=«21» height=«24» src=«ref-1_560154298-208.coolpic» v:shapes="_x0000_i1191"> равна <img width=«68» height=«20» src=«ref-1_560154506-246.coolpic» v:shapes="_x0000_i1192">. Если ядро с массой М образовано из Z протонов с массой <img width=«19» height=«21» src=«ref-1_560154752-201.coolpic» v:shapes="_x0000_i1193"> Ииз N = А - Z нейтронов с массой <img width=«15» height=«16» src=«ref-1_560154953-192.coolpic» v:shapes="_x0000_i1194">, то дефект массы равен<img width=«135» height=«18» src=«ref-1_560155145-325.coolpic» v:shapes="_x0000_i1195">

C учетом этого энергия связи находится по формуле:

<img width=«135» height=«18» src=«ref-1_560155470-343.coolpic» v:shapes="_x0000_i1196"> Об устойчивости ядер судят по средней энергии <img width=«17» height=«17» src=«ref-1_560155813-189.coolpic» v:shapes="_x0000_i1197"> связи, приходящейся на один нуклон ядра, которая называется удельной энергией связи. Она равна

На рис.91.1 показана зависимость удельной энергии связи от массового числа А. Видно, что самое большое значение удельной энергии связи имеют нуклоны химических элементов, занимающих середину таблицы

Менделеева (30 <А <140). В них удельная энергия связи близка к 8,7 МэВ (1 МэВ 1,6*1О-13Дж). В то же время нуклоны самых лёгких и самых тяжёлых элементов таблицы имеют меньшее значение удельной энергии связи. для ядер, расположенных в конце таблицы Менделеева(например, для ypана), <img width=«18» height=«19» src=«ref-1_560156245-196.coolpic» v:shapes="_x0000_i1199">приблизительно составляет 7,6 МэВ.

Ход зависимости удельной энергии связи, приведённый на рис. 91.1, позволяет понять механизм выделения ядерной энергии. Из общих соображений ясно, что энергия будет выделяться при таких ядерных реакциях, при которых удельная энергия связи продуктов реакции будет превышать удельную энергию исходных ядер. Это условие может быть выполнено двумя способами: или делением тяжёлых ядер на более лёгкие, лежащие в средней части таблицы Менделеева, или синтезом лёгких ядер, находящихся в начале таблицы, в более тяжёлое ядро. Например, если ядро изотопа урана-235 (у которого удельная энергия связи7,6 МэВ) разделить на два ядра, близких по массовому числу к железу и никелю (у которых удельная энергия связи около 8,75 МэВ), то выделится избыток ядерной энергии, равный 8,75 — 7,6 =1,15 МэВ на каждый нуклон или свыше 200 МэВ на каждое разделившееся ядро урана. При синтезе(соединении) же двух изотопов водорода — дейтерия <img width=«20» height=«19» src=«ref-1_560156441-204.coolpic» v:shapes="_x0000_i1200"> продолжение --PAGE_BREAK--

www.ronl.ru

Реферат - Шпаргалки по физике

1. Механика, Механическое движение, Системы отсчета, Перемещение,

Скорость, Ускорение.

2. Динамика. 1-й закон Ньютона. Масса, Сила, Сила упругости, Модуль

Юнга, Закон Гука, Сила трения, Закон всемирного тяготения, Вес.

3. 2-3 Законы Ньютона, Инерциальные системы отсчета, Импульс тела,

Системы тел, Закон сохранения импульса.

4. Механическая, потенциальная, кинетическая энергии. Закон

сохранения энергии, Мощность, Статика, Молекулярная физика,

Тепловое движение.

5. Идеальный газ. Газовые законы.

6. Эл. Поле, Остроградский, диэлектрики, Диполь.

7. Заряд, Кулон, Электрон, Суперпозиция, Напряженность эл. поля.

Силовые линии.

8. Потенциал.

9. Конденсаторы.

10. Ток, Закон Ома, Сопротивление, Шунтирование, ЭДС.

11. Интерференция и дифракция света, Фотоэффект.

12. Соединение источников тока. Правила Кирхгофа, Тепловое действие

тока, Закон Джоуля-Ленца, Мощность тока, Ток в электролитах,

Электролиз, Закон Фарадея.

13. Законы Столетова для фотоэффекта. Красная граница.

Шкала электромагнитных волн.

14. Магнитное поле. Вектор магнитной индукции, Напряженность

магнитного поля, Закон Ампера, Правило левой руки, Сила Лоренца.

15. Колебания. Резонанс.

16. Магнитный поток, Электромагнитная индукция, Самоиндукция,

Энергия магнитного поля.

17. Интерференция. Когерентность. Электромагнитные колебания и

волны.

Механика изучает механическое движение, условия и причины, вызывающие данное движение, а также условия равновесия тел. Механическим движением называется изменение положения тела или его частей относительно других тел с течением времени. Всякое движение относительно. Характер движения зависит от того, относительно каких тел мы рассматриваем данное движение. Тело, относительно которого мы рассматриваем положение других тел в пространстве, называется телом отсчета. Системой отсчета называют систему координат, связанную с телом отсчета, и выбранный метод отсчета времени, т.е. часы. Выбор системы отсчета зависит от условий данной задачи. Движение реальных тел, как правило, сложное. Поэтому для упрощения рассмотрения движений пользуются законом независимости движений: всякое сложное движение можно представить как сумму независимых простейших движений. К простейшим движениям относятся поступательное и вращательное. В физике широко пользуются моделями, которые позволяют из всего многообразия физических свойств выбрать главное, определяющее данное физическое явление. Одним из первых моделей реальных тел являются материальная точка и абсолютно твердое тело. Материальной точкой называется тело, размером и формой которого можно пренебречь в условиях данной задачи. Абсолютно твердым телом называется тело, расстояние между любыми двумя точками которого остается постоянным при его движении. Эти модели позволяют исключить деформацию тел при движении. Поступательным называется движение, при котором отрезок, соединяющий любые две точки твердого тела, перемещается при движении параллельно самому себе. Из этого следует, что все точки тела при поступательном движении движутся одинаково, т.е. с одинаковыми скоростями и ускорениями. Примером поступательного движения может служить движение кабины “чертова колеса”. Вращательным называется движение, при котором все точки абсолютно твёрдого тела движутся по окружностям, центры которых лежат на одной прямой, называемой осью вращения, причем эти окружности лежат в плоскостях, перпендикулярных оси вращения. Пользуясь законом независимости движений, сложное движение твёрдого тела модно рассматривать как сумму поступательного и вращательных движений. Одним из первых разделов механики является кинематика, изучающая механическое движение тел без выяснения причин, вызывающих данное движение. Перемещение s – вектор, соединяющий начальную и конечную точки траектории, по которой двигалась материальная точка некоторый промежуток времени t. Траектория – линия, описываемая при движении материальной точкой в пространстве. Путь l – сумма длин отрезков траектории. При прямолинейном движении (траектория — прямая линия) модуль перемещения s равен длине пути l , если движение происходит в одном направлении. Быстрота изменения положения материальной точки в пространстве с течением времени характеризуется средней и мгновенной скоростями. Средняя скорость – векторная величина, равная отношению перемещения к промежутку времени, за которое это перемещение произошло: vср = s/t. Мгновенной скоростью называется предел отношения перемещения s к промежутку времени t, за которое это перемещение произошло, при стремлении t к нулю: vмгн = limt-->0s/t. Равномерным прямолинейным движением называется движение, при котором материальная точка за любые равные промежутки времени совершает одинаковые перемещения. При этом движении мгновенная скорость совпадает со средней: vмгн = vср = s/t. Величина, характеризующая быстроту изменения скорости, называется ускорением. Средние ускорение – величина, равная отношению изменения скорости к промежутку времени, за которое это изменение произошло: аср = v/t.

Если v1 и v2 – мгновенные скорости в моменты времени t1 и t2 то v=v2-v1, t=t2-t1. Мгновенное ускорение — ускорение тело в данный момент времени. Это физическая величина, равная пределу отношения изменения скорости к промежутку времени, за которое это изменение

произошло, при стремлении промежутка времени к нулю: aмгн = lim t-->0 v/t.

Второй закон Ньютона. Ускорение, с которым движется тело прямо пропорционально силе, действующей на тело, и обратно пропорционально его массе и совпадает по направлению с действующей силой: a=F/m. Если на тело действуют несколько сил, то под F понимают результирующую всех сил. Движение твердого тела зависит не только от приложенных сил, но и от точки их приложения. Можно показать, что ускорение центра тяжести (центра масс) не зависит от точки приложения сил и справедливо уравнение maцт=F1+F2+F3+..., где m – масса тела, aцт – ускорение его центра тяжести. Если тело движется поступательно, то это уравнение полностью описывает движение тела. Третий закон Ньютона. Всякому действий всегда есть равное и противоположно направленное противодействие. Так, если взаимодействуют два тела A и B с силами F1 и F2, то эти силы равны по величине, противоположны по направлению, направлены вдоль одной прямой и приложены к разным телам.Первый закон Ньютона необходим для того, чтобы определить те системы отсчета, в которых справедлив второй закон Ньютона. Системы отсчета, в которых выполняется 1-й закон Ньютона, называются инерциальными, те системы отсчета, в которых 1-й закон не выполняется, — неинерциальными. В связи с важностью изложенного еще раз сформулируем первый закон Ньютона: существуют такие системы отсчета, называемые инерциальными, в которых тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если на него не действуют силы или действие сил скомпенсировано. Очевидно, что если есть одна инерциальная система отсчета, то любая другая, движущаяся относительно ее равномерно и прямолинейно, является также инерциальной системой отсчета. Импульс тела р – физическая величина, равная произведению массы тела на его скорость: p=mv. Импульс силы – физическая величина, равная произведению силы на промежуток времени, в течении которого эта сила действует, Ft. 2-й закон Ньютона может быть сформулирован следующим образом: Изменение импульса тела равно импульсу подействовавшей на него силы, т.е. p=Ft. Если на тело действуют несколько сил, то в этом случае берется результирующий импульс всех сил, подействовавших на тело. В проекциях на оси координат x,y,z это уравнение может быть записано в виде px=Fxt, py=Fyt, pz=Fzt. Из этого следует, что если, например, Fyt=0 и Fzt=0, то происходит изменение проекции импульса только на одно направление, и обратно, если изменяется проекция импульса только на одну из осей, то, следовательно, импульс силы, действующей на тело, имеет только одну проекцию, отличную от нуля. Совокупность n воздействующих тел называется системой тел. Введем понятие внешних и внутренних сил. Внешними силами называются силы, действующие на тела системы со стороны тел, не входящих в нее. Внутренними силами называются силы называются силы, возникающие в результате взаимодействия тел, входящих в систему. Рассмотрим систему из двух взаимодействующих тел 1 и 2. На тело 1 действует внешняя сила Fвнеш1 и внутренняя сила (со стороны второго тела) Fвнутр1. На второе тело действуют силы Fвнеш2 и Fвнутр2. Изменение импульса тела за промежуток времени равно p1= Fвнутр1t+ Fвнеш1t

изменение импульса второго тела: p2= Fвнутр2t+ Fвнеш2t. Суммарный импульс системы равен p=p1+p2. Сложив левые и правые части уравнений, получим изменение суммарного импульса системы: p=(Fвнутр1+ Fвнутр2)t+(Fвнеш1+ Fвнеш2)t. По третьему закону Ньютона Fвнутр1= — Fвнутр2, откуда p=Fвнешt, где Fвнешt – резонирующий импульс внешних сил, действующих на тела системы. Итак, это уравнение показывает, что импульс системы может измениться только под действием внешних сил. Закон сохранения импульса можно сформулировать следующим образом: Импульс системы сохраняется, если результирующий импульс внешних сил, действующих на тела, входящих в систему, равен нулю. Системы, в которых на тела действуют только внутренние силы, называются замкнутыми. Очевидно, что в замкнутых системах импульс системы сохраняется. Однако и в незамкнутых системах в некоторых случаях можно использовать закон сохранения импульса. Перечислим эти случаи.

1. Внешние силы действуют, но их результирующая равна 0. 2. Проекция внешних сил на какое-то направление равна 0, следовательно, проекция импульса на это направление сохраняется, хотя сам вектор импульса не остается постоянным. 3. Внешние силы много меньше внутренних сил (Fвнешвнутр). Изменение импульса каждого из тел практически равно Fвнутрt.

Динамика – раздел механики, в котором изучается движение тел под действием приложенных к нему сил. В основе динамике лежат три закона Ньютона. Первый закон Ньютона – закон инерции. Всякое тело стремиться сохранить состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока на него не действует сила. Состояние покоя или равномерного прямолинейного движения с точки зрения динамики не различаются (а=0). Масса m является количественной мерой инертности тел. Сила F мера взаимодействия тел. Любое изменение характера движения тела, любое ускорение есть результат действия на тело других тел. Воздействие одного тела на другое может происходить при непосредственном соприкосновении тел или посредством силовых полей. Различают поле тяготения, электрическое и магнитное поля. Рассмотрим основные силы. 1. Сила, вызванная деформацией тел и препятствующая изменению объема тела, называется силой упругости. Деформация называется упругой, если после снятия внешнего воздействия тело возвращается в исходное состояние. При небольших деформациях растяжения или сжатия х сила упругости прямо пропорциональна деформации и направлена в сторону противоположную ей. Fупр = — kx, где k – коэффициент упругости, зависящий от свойств материала и геометрии деформируемого тела. Сила упругости препятствует деформации. Для характеристики упругих свойств вещества вводиться величина E, называемая модулем Юнга. Напряжение , возникающие в твердом теле, равно =F/S, где S площадь поперечного сечения твердого тела, на которое воздействует сила F. Относительная деформация x/l0, где l0 – длина тела до деформации пропорциональна напряжению, возникающему в твёрдом теле (закон Гука). (1/E). Физический смысл модуля Юнга состоит в следующем: величина E численно равна напряжению, возникшему в твердом теле при относительной деформации, равной единице. Из физического смысла модуля Юнга следует, что E является большим по величине. 2.Сила трения. Трение, возникающие при относительном перемещении сухих поверхностей твердого тела, называется сухим трением. Различают три вида сухого трения: трение покоя, скольжения и качения. Если на тело действует сила F, но тело сохраняет состояние покоя (неподвижно относительно поверхности, на которой оно находиться), то это означает, что на тело одновременно действует сила, равная по величине и противоположная по направлению, — сила трения покоя. Сила трения покоя всегда равна по величине и противоположна по направлению внешней действующей силе: Fтр.покоя=-F. Сила трения скольжения определяется из соотношения: Fтр=kN, где k – коэффициент трения, зависящий от шероховатости и от физических свойств соприкасающихся поверхностей, N – сила реакции опоры, эта сила определяет насколько тело прижато к поверхности, по которой оно движется. Сила трения покоя изменяется по величине от 0 до максимального значения. Сила трения скольжения всегда направлена в сторону, противоположную скорости движения тела относительно поверхности, по которой оно движется. Сила трения качения мала по сравнению с силой трения скольжения. При больших скоростях сопротивление перекатыванию резко увеличивается и тогда следует рассматривать силу трения скольжения. 3. Все тела притягиваются друг к другу. Для материальных точек (или шаров) закон всемирного тяготения имеет вид F=Gm1m2/r2, где m1,m2 –массы тел, r — расстояние между материальными точками или центрами шаров, G – гравитационная постоянная. Массы, входящие в этот закон, есть мера гравитационного взаимодействия тел. Опыт показывает, что гравитационная и инертная массы равны. Физический смысл G: гравитационная постоянная численно равна силе притяжения, действующей между двумя материальными точками или шарами массами 1 кг, расположенными на расстоянии 1 м друг от друга, G=6,67*10-11H*м2/кг2. Если тело массы m находиться над поверхностью земли на высоте h, то на него действует сила тяготения, равная F=GmM3/(R3+h)2, где M3 – масса Земли, R3 -радиус Земли. В близи земной поверхности на все тела действует сила, обусловленная притяжением, — сила тяжести. Сила тяжести Fт определяется силой притяжения земли и тем, что Земля вращается вокруг собственной оси. В связи с малостью угловой скоростью вращения Земли (=7,27*10-3с-1) сила тяжести мало отличается от силы тяготения. При h4/R32=9,81 м/с2. Очевидно, что ускорение свободного падения для всех тел одинаково. 4. Весом тела называется сила, с которой тело действует на горизонтальную опору или растягивает вертикальный подвес, и эта сила приложена либо к опоре, либо к подвесу.

Пусть на тело действует постоянная сила F и тело перемещается на s. Механическая работа равна произведению модулей силы и перемещения точки приложения силы на косинус угла между вектором силы и вектором перемещения: A=Fs cos. Проекция силы на вектор перемещения равна Fs=F cos, следовательно, A=Fss. Механическая энергия характеризует способность тела совершать механическую работу. Полная механическая энергия тела складывается из кинетической и потенциальной энергии. Кинетическая энергия – это энергия, которой обладает движущееся тело. Пусть на тело m действует сила F, перемещение тело s. Работа силы F равна A=Fs (cos=1). Согласно 2-му закону Ньютона, F=ma. Если в точках 1 и 2 скорость тела v1 и v2, то s=(v22-v12)/2a. Подставив эти выражения, получим A=( v22/2)- (v12/2).Итак, если на тело действует сила F, работа которой отлична от нуля, А0, то это приводит к изменению величины mv2/2, называемой кинетической энергией: Eкин= mv2/2. Следовательно, изменение кинетической энергии равно работе силы, действующей на тело. Если на тело действуют несколько сил, то изменение кинетической энергии равно алгебраической сумме работ, совершаемых при данном перемещении каждой из сил. Потенциальной энергией обладает система тел, взаимодействующих между собой, если силы взаимодействия консервативны. Консервативной (потенциальной) силой называется сила, работа которой не зависит от формы траектории, а определяется только положением начальной и конечной точек траектории. Потенциальная энергия тела, поднятого на высоту h (hз/r. Потенциальная энергия сжатой или растянутой пружины равна Еп=kx2/2. Согласно третьему закону Ньютона Eмех=Авнеш+Атр, т.е. изменение механической энергии равно работе внешних сил и сил трения. Закон сохранения механической энергии. Механическая энергия системы сохраняется, если работа внешних сил, действующих на тела, входящих в систему, равна нулю и отсутствуют силы трения, т.е. нет перехода механической энергии в другие виды энергии, например, в тепло: Eмех=Еп+Ек=const. Мощность, развиваемая постоянной силой тяги, равна отношению работы этой силы на некотором перемещении к промежутку времени, за которое это перемещение произошло. Мощность определяется по формуле Р=А/t. Статика изучает условия равновесия тела или системы тел. Состояние механической системы называетсяравновесным, если все точки системы покоятся по отношению к выбранной системе отсчета, то такое равновесие называется абсолютным, если система покоится относительно неинерциальной системе отсчета, то равновесие считается относительным. Для равновесия материальной точки необходимо и достаточно, чтобы сумма действующих на нее сил равнялась нулю. Для равновесия твердого тела это условие является необходимым. Например, пусть на тело действуют две равные, но противоположно направленные силы, приложенные в разных его точках. Под действием этих сил тело примет вращательное движение. Все тела состоят из молекул. Молекулярная физика, изучая поведение молекул, объясняет состояние системы и процессы, протекающие в системе. Молекулы находятся в непрерывном движении. Хаотическое движение молекул обычно называется тепловым движением. Интенсивность теплового движения возрастает с увеличением температуры. Молекулы взаимодействуют друг с другом. Между ними действуют силы притяжения и силы отталкивания, которые быстро убывают при увеличении расстояния между молекулами. Силы отталкивания действуют только на очень малых расстояниях. Практически поведение вещества и его агрегатное состояние определятся тем, что является доминирующим: силы притяжения и хаотическое тепловое движение. В твердых телах, где концентрация молекул n (n – число молекул в единице объема) относительно велика, доминирующие силы взаимодействия и твердое тело сохраняет свои размеры и форму. Жидкости, где концентрация меньше, а, следовательно, меньше силы взаимодействия, сохраняют свой объем, но принимают форму сосуда, в котором они находятся. В газах, где концентрация молекул еще меньше, силы взаимодействия малы, поэтому газ занимает весь предоставленный ему объем.

Силы, действующие между молекулами газа, малы и поэтому часто ими можно пренебречь. Кроме того, можно пренебречь объемом, который занимают молекулы. Газ, для которого это справедливо называется идеальным газом. Любой газ при давлениях меньше 10 атм, можно рассматривать как идеальный. Газ характеризуется тремя параметрами: объемом V, давлением Р, и температурой Т. Равновесное состояние – это состояние, при котором температура и давление во всех точках одинаковы. На графиках зависимости P-V, T-V и Р-Т можно изобразить только такие процессы, при которых каждое промежуточное состояние является равновесным. Такие процессы называются обратимыми. Экспериментально исследовались процессы, при которых один из трех параметров и масса газа оставались неизменными. Эти законы называются газовыми законами, и если газ подчиняется газовым законам, его можно считать идеальным. Закон Бойля – Мариотта. Для данной массы газа при постоянной температуре произведение давления на объем остается величиной постоянной: PV= const. Процессы, происходящие при постоянной температуре, называются изотермическими, а кривые, изображающие процессы при Т=const, называются изотермами. Поскольку Р=С/V (С=const), изотермы являются гиперболами. Закон Гей-Люссака. Для данной массы газа при постоянном давлении объем изменяется при увеличении температуры по линейному закону: V=V0(1+t0C), где =1/2730Cподставив это значение, получим V=( V02730C+ t0C)/ 2730C, Введем абсолютную температуру Т=2730C+ t0C, откуда V/T= V0/2730C=const. Закон Гей-Люссака можно сформулировать следующим образом: отношение объема к абсолютной температуре для данной массы газа при постоянном давлении, называются изобарными, а кривые, изображающие изобарный процесс, изобарами. Закон Шарля. Для постоянной массы газа при постоянном объеме отношение давления газа к его температуре остается постоянным: P/T=const при m=const, V=const. Процессы, происходящие при постоянном объеме, называются изохорными, и кривые их изображающие изохорами. Уравнение, устанавливающие связь всех трех параметров при постоянной массе газа, называется объединенным газовым законом. Пусть система, находящаяся в состоянии 1, характеризуется параметрами Р1,V1, Т1, перешла в состояние 2, характеризующееся параметрами Р1,V1, Т1. Переведем систему из состояние 1 в 2 следующим образом: сначала газ изотермически расширяется до объема V2, а затем изохорно нагревается до температуры Т2. Итак, промежуточное состояние газа 1’ характеризуется параметрами Р’,V2, Т1. При изотермическом расширении справедливо выражение P1V1=P’V2 (закон Бойля – Мариотта). При изохорном нагревании P’/T1=P2/T2 (закон Шарля). Выразив P’ и приравняв выражение для P’ получим (P1V1)/T1=(P2V2/T2), т.е. при m=const PV/T=const. Уравнение Клапейрона – Менделеева, или уравнение состояния идеального газа, связывает термодинамические параметры и массу газа. Моль равен количеству вещества, содержавшему столько же молекул, сколько их содержит 0,012 кг углерода (С12). В одном моле любого вещества числа молекул равно числу Авогадро NA=6,022*1023моль-1. Масса моля М равна произведению массы одной молекулы m0 на число Авогадро NA: M=m0NA. Известно, что 1 моль любого газа при нормальных условиях (Р0=1атм=1,013*105Па и t0=00С или Т0=237К) занимает объем V0=22,4. Для одного моля можно записать уравнение:

(PV)/T=(P0V0)/T0=const. Величина R=(P0V0)/T0 называется универсальной (одинаковой для всех газов) газовой постоянной: R=(1атм*22,4л)/(1моль*237К)=0,082атм*л/(моль *К)=8,31 Дж/(моль*К). Итак, RV/T=R, или PV=RT. Если в объеме V содержится m/M молей, то PV=(m/M)RT – равнение Клапейрона – Менделеева. Все выше перечисленные газовые законы являются частным случаем уравнения Клапейрона – Менделеева. Газовая постоянная R связана с числом Авогадро и постоянной Больцмана k: R=kNA, где k=1,28*1023Дж/К. Подставив это выражение, получим PV=NkT, где N — число молекул газа. Величина n0=N/V называется концентрацией молекул. Таким образом, P= n0kT. Эти уравнения называются уравнениями состояния идеального газа.

При определенных условиях тела электризуются, т.е. приобретают некоторый заряд. Существуют заряды только двух видов: отрицательные и положительные, причем это деление чисто условное. Одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются. Единица заряда в СИ – кулон (Кл). По определению, 1 кулон равен заряду, протекающему через поперечное сечение проводника за 1 с при силе тока 1 А. Перечислим свойства зарядов. 1. Существуют заряды двух видов; отрицательные и положительные. Разноименные заряды притягиваются, одноименные отталкиваются. Носителем элементарного, т.е. наименьшего, отрицательного заряда является электрон, заряд которого qe= -1,6*10-19Кл, а масса mе=9,1*10-31кг. Носителем элементарного положительного заряда является протон qр=+1,6*10-19Кл, масса mр=1,67*10-27кг. 2. Электрический заряд имеет дискретную природу. Это означает, что заряд любого тела кратен заряду электрона q=Nqe, где N – целое число. Однако мы, как правило, не замечаем дискретности заряда, так как элементарный заряд очень мал. 3.В изолированной системе, т.е. в системе, тела которой не обмениваются зарядами с внешними по отношению к ней телами, алгебраическая сумма зарядов сохраняется (закон сохранения заряда).Закон Кулона. Ш. Кулон установил, что сила взаимодействия двух точечных электрических зарядов, находящихся в вакууме, прямо пропорциональна произведению этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояний между ними и направлена вдоль прямой, соединяющей заряды. Заряженное тело, размером и формой которого можно пренебречь по сравнению с расстоянием до других заряженных тел, называется точечным зарядом. Закон Кулона справедлив только для точечных зарядов и выражается следующей формулой: F=k|q1||q2|/r2, где q1 и q2 – величины взаимодействующих зарядов, r – расстояние между ними, k – коэффициент, зависящий от выбора системы единиц. В СИ имеем k=1/40 = 9*109Н*м2/Кл2, где 0 –электрическая постоянная, равная 0 =8,85*10-12Ф/м [Ф/м=Кл2/Н*м2]. Если заряды находятся в идеально однородной среде, то сила взаимодействия между ними уменьшается в  раз,  — относительная диэлектрическая проницаемость среды. Тогда закон Кулона в СИ имеет вид F=(1/40)*( |q1||q2|)/r2. Если имеется система точечных зарядов, то сила, действующая на каждый из них, определяется как векторная сумма сил, действующих на данный заряд со стороны всех других зарядов системы. При этом сила взаимодействия данного заряда с каким-то конкретным зарядом рассчитывается так, как будто других зарядов нет (принцип суперпрозиции).Напряженность электрического поля. Заряды, находясь на некотором расстоянии один от другого, взаимодействуют. Это взаимодействие осуществляется посредством электрического поля. Наличие электрического поля можно обнаружить, помещая в различные точки пространства электрические заряды. Если на заряд в данной точке действует электрическая сила, то это означает, что в данной точке пространства существует электрическое поле. Силовой характеристикой электрического поля служит напряженность E. Если на находящийся в некоторой точке заряд q0действует сила F, то напряженность электрического поля Е равна: Е=F/q0. Графически силовые поля изображают силовыми линиями. Силовая линия – это линия, касательная в каждой точке которой совпадает с вектором напряженности электрического поля в этой точке.

Электрическое поле точечного заряда. Пусть в точке О находиться точечный заряд q. Вокруг него существует электрическое поле. Для исследования этого поля поместим пробгый заряд qпр на расстоянии r от него. Сила кулона, действующая на заряд qпр равна F=k*(|q|* |qпр|)/r2. Напряженность электрического поля Е равна E=F/ qпр, откуда E=k*(|q|/r2 )=(1/40)* (|q|/r2 ). Напряженность поля точечного заряда прямо пропорциональна величине заряда и обратно пропорциональна квадрату расстояний от точечного заряда до исследуемой точки. Если поле создается несколькими зарядами, то напряженность электрического поля в данной точке определяется векторной суммой напряженности полей, создаваемых в этой точке каждым зарядом в отдельности. Причем поле каждого источника считается так, как будто других источников поля нет (принцип суперпозиции полей): Е=Е1+Е2+Е3+… Поле, создаваемое непрерывно разделенным зарядом, сложно определить, используя только принцип суперпозиции. Если поля симметричны, то напряженность поля определяется с помощью теоремы Остроградского – Гаусса. Формулы для определения напряженности электрических полей в следующих случаях: 1. Поле равномерно заряженной бесконечной плоскости: E=2/0, где  — поверхностная плотность заряда, равная =q/S, а q –заряд площадки S. 2. Поле проводящей сферы радиуса r0. Заряд q равномерно распределен по поверхности сферы. Внутри сферы при r0E=0. Вне сферы при r> r0E=|q|/40r2. Проводники и диэлектрики в электрическом поле. В проводниках есть свободные электрические заряды, которые перемещаются в сколь угодно слабом электрическом поле. Следовательно, при рассмотрении задач электростатики напряженность электрического поля внутри проводника должна всегда быть равна нулю. При помещении проводника в электрическое поле начинается перемещение свободных электронов. На одной стороне проводника оказываются положительные заряды, на другой – отрицательные. В диэлектриках нет свободных зарядов. Полярные диэлектрики состоят из диполей, которые в отсутствие электрического поля расположены хаотично, и суммарное электрическое поле в диэлектриках равно нулю. Диполь представляет собой совокупность равных по модулю и разноименных зарядов, находящихся на малом расстоянии друг от друга. При наложении внешнего электрического поля диполи ориентируются таким образом, что поле, создаваемое поляризованным зарядом, направлено в сторону, противоположную внешнему электрическому полю. Напряженность электрического поля в диэлектрике равна разности напряжений внешнего поля Е0и поля создаваемого поляризованным зарядом Eп: Е=Ео – Еп. В неполярных диэлектриках в отсутствие внешнего поля молекулы не являются диполями, так как центры положительных и отрицательных зарядов совпадают. При наложении внешнего электрического поля молекулы растягиваются и становятся диполями, при этом поле поляризованного заряда направлено против внешнего поля. Независимо от природы диэлектрика напряженность внешнего поля в нем всегда ослаблена в  раз:  = Ео/Е. Относительная диэлектрическая проницаемость  показывает, во сколько раз напряженность электрического поля в диэлектрики меньше, чем в вакууме.

Потенциал. Разность потенциалов. Кроме напряженности, важной характеристикой электрического поля является потенциал . Потенциал  — это энергетическая характеристика электрического поля, тогда как напряженность E – это его силовая характеристика, потому что потенциал равен потенциальной энергии, которой обладает единичный заряд в данной точке поля, а напряженность равна силе, с которой поле действует на этот единичный заряд.

=Wпот/q, Здесь Wпот – потенциальная энергия заряда q в данной точке поля. Потенциал поля, созданного точечным зарядом — источником q или заряженным шаром с зарядом q, определяется формулой =q/40r. Здесь r –расстояние от точки поля с потенциалом  до точечного заряда или до центра шара. Если r=R, где R – радиус шара, то по этой формуле можно определить потенциал шара на его поверхности. Работа перемещения заряда А в электрическом поле определяется выражением A=q(1-2) или А=qU. Здесь 1-2 разность потенциалов (или падение потенциала , или напряжение U) между точками с потенциалами, 1 и 2. Очевидно, что если заряд перемещают между точками с одинаковыми потенциалом, то работа перемещения заряда равна нулю. Точно так же как равна нулю и работа перемещения заряда по замкнутой траектории, т.е. когда он возвращается в исходную точку с прежним потенциалом. Действительно в этом случае А=q(1-2)=0. в однородном электростатическом поле работа перемещения заряда q может быть определена по формуле A=Eqd, (d=Scos), где E – напряженность этого поля, а d – проекция перемещения заряда q на силовую линию этого поля, угол между направлением перемещения S и вектором Е. Если заряд перемещается по силовой линии, то d – модуль перемещения. Если заряд перемещается перпендикулярно силовым линиям, то =900, соs =0и А=0. В каждой точке однородного электрического поля напряженность одинакова по величине и направлению, а потенциал нет, так как он понижается при переходе от точек, которые ближе к положительным зарядам – источникам, к точкам, которые ближе к отрицательным зарядам источникам. В этом случае связь между разностью потенциалов 1-2 или U и напряженностью Е выражает простое соответствие E=(1-2)/d или E=U/d. Следует отметить, что в электрическом поле можно отыскать точки, потенциалы которых одинаковы. Эти точки располагаются на поверхностях, перпендикулярных линиям вектора E. Такие поверхности называются эквипотенциальными. Работа перемещения заряда q вдоль эквипотенциальной поверхности равна нулю, так как A = q(1-2)=0. Поверхность проводника с неподвижными зарядами тоже является эквипотенциальной, поэтому при перемещении заряда по такому проводнику работы не совершается. Формулу E=(1-2)/d можно применять к полю бесконечной заряженной плоскости и к полю плоского конденсатора, обкладки которого заряжены разноименно (при этом если 1-2 – разность потенциалов между обкладками, то d – расстояние между ними).

Конденсаторы. Если изолированному проводнику сообщить заряд q, то его потенциал увеличиться на , причем отношение q/ остается постоянным: q/=С, где С – электрическая емкость проводника, т.е. величина, численно равная заряду, который надо сообщить проводнику, чтобы повысить его потенциал на единицу (на 1В). Электрическая емкость проводников зависит от их размеров, формы, диэлектрических свойств среды в которую они помещены, и расположения окружающих тел, но не зависит от материала проводника. В СИ за единицу электрической емкости 1 фарад (Ф): [C]=1A=1кл/1В=1А2*с4/кг*м2. Емкость равная 1Ф, очень велика, поэтому на практике чаще пользуются единицами микрофарад (1мкФ=10-6Ф) или пикофарад (1мкФ=10-12Ф). Конденсатор представляет собой систему двух проводников (обкладок) не соединенных друг с другом. Часто между обкладками помещают диэлектрик. При сообщении этим проводникам одинаковым по величине и разноименных зарядов, поле, создаваемое этими проводниками, практически полностью локализовано в пространстве между ними. Конденсаторы являются накопителями электрических зарядов. Отношение заряда на обкладке конденсатора к разности потенциалов между ними – постоянная величина: q/(1-2)=C. Плоский конденсатор состоит из двух пластин площадью S, расположенных на небольшом расстоянии d друг от друга, заряды на пластинах +q и –q. В общем случае, если пространство между пластинами заполнено диэлектриком с диэлектрической проницаемостью , то напряженность электростатического поля между пластинами равна сумме напряженности полей создаваемых каждой из пластин.

Е=/0. Емкость плоского конденсатора равна С=0S/d. Параллельное и последовательное соединение конденсаторов. На практике конденсаторы часто соединяют различными способами. Найти эквивалентную емкость – это значит найти конденсатор такой емкости, который при тот же разности потенциалов будет накапливать тот же заряд q, что и батарея конденсаторов. При последовательном соединении N конденсаторов заряд на обкладках одинаков, напряжение на всей батарее конденсаторов равно сумме напряжений на каждом конденсаторе в отдельности: Uобщ=U1+U2+U3+...+UN, а общая емкость N конденсаторов 1/Собщ=1/С1+1/С2+1/С3+...+1/СN. При параллельном соединении конденсаторов напряжение U на всех конденсаторах одинаково и общая емкость Собщ батареи равна сумме емкостей отдельных конденсаторов, Собщ=С1+С2+С3+...+СN.

Ток – это направленное движение заряженных частиц. В металлах носителями тока являются свободные электроны, в электролитах – отрицательные и положительные ионы, в полупроводниках – электроны и дырки, в газах – ионы и электроны. Количественной характеристикой тока является сила тока. Сила тока I определяется количеством электричества, притекающего через поперечное сечение проводника за 1 с. Если I – постоянная величина, то I=q/t, откуда следует, что за промежуток времени t через поперечное сечение проводника протекает количество электричества, равное q=It. Закон Ома для однородного участка цепи. Если к проводнику приложить разность потенциалов 1-2 то по проводнику потечет электрический ток. Сила тока прямо пропорциональна разности потенциалов (напряжению) на концах проводника, т.е. (1-2)/I=const, 1-2=U, U/I=R, где R – омическое (активное) сопротивление. Сопротивление R зависит от свойств проводника и от его геометрических размеров: R=l/S, где  — удельное сопротивление, т.е. сопротивление проводника длинной 1м с единичной площадью поперечного сечения, l – длинна проводника, S – площадь поперечного сечения. Последовательное и параллельной соединение сопротивлений. Сила тока, текущего через последовательно соединенные сопротивления, одинакова. Разность потенциалов А-В равна сумме падений напряжений на сопротивлениях: А-В=IR1+IR2+IR3+...+IRn, следовательно Rэкв= R1+R2+R3+...+Rn. При параллельном соединении все сопротивления находятся под одной разностью потенциалов, но токи, текущие через сопротивления будут различны. Ток, текущий через эквивалентное сопротивление, должен быть равен сумме токов, текущих через сопротивления: I1+I2+I3+...+In, следовательно (А-В)/ Rэкв=(А-В)/ R1+(А-В)/ R2+(А-В)/ R3+...+(А-В)/Rn, или

1/ Rэкв=1/ R1+1/ R2+1/ R3+...+1/ Rn. Шунтирование приборов. Сила тока в цепи измеряется амперметром. Сопротивление амперметра мало, так как он включается в цепь последовательно и не должен существенно влиять на значение силы тока в цепи. Если сила тока I в цепи больше, чем максимальное значение силы тока, которую может измерить амперметр IAmax, то к амперметру параллельно подключают шунт, так что часть тока Iш начинает течь через шунт. Для существенного увеличения диапазона измерений необходимо, чтобы сопротивлений шунта было много меньше сопротивления амперметра. Если необходимо измерить силу тока, в n раз большую, чем можно измерит данным амперметром, т.е. I/IA=n, то следует подключить шунт с сопротивлением Rш=RA/(n-1). Напряжение на различных участках цепи измеряется вольтметром, который подключается параллельно. Показания вольтметра определяются падением напряжения на сопротивлении вольтметра Uv=IvRv и равны падению напряжения на сопротивлении R. Если надо измерить напряжение больше, чем максимальное напряжение, которое может измерить данный вольтметр, то к вольтметру последовательно подключают добавочное сопротивление. Если нужно измерить напряжение в n раз большее, чем то напряжение, которое может измерить данный вольтметр, т.е. n=U/Uvmax, то необходимо подключить добавочное сопротивление Rдоб=(n-1)Rv. Электродвижущая сила. Закон Ома для полной цепи. Для поддержания постоянного электрического тока в цепи необходимо подключить источник. При этом очевидно, что кулоновские силы не могут поддерживать ток, так как работа этих сил по замкнутому контуру равна нулю, а известно, что когда по цепи течет ток, выделяется тепло. Следовательно, в цепи должны действовать цепи некулоновского происхождения, работа которых по замкнутому контуру не равна нулю. Устройство, в котором такие силы возникают, называется источником. Это могут быть химические силы (гальванические элементы), силы со стороны магнитного поля и т.д. Источники тока характеризуются электродвижущей силой (эдс.). Эдс – физическая величина, равная работе сторонних сил Аст по перемещению единичного положительного заряда по замкнутой цепи: E=Аст/q0. Полная электрическая цепь состоит из источника с эдс E и внутренним сопротивлением R. Сила тока, текущего по цепи, прямо пропорциональна эдс и обратно пропорциональна полному сопротивлению т.е. I= E/(R+r). (Закон Ома для полной цепи).

Последовательное и параллельное соединение источников тока. При последовательном соединении нескольких источников тока полная эдс батареи равна алгебраической сумме эдс всех источников, а суммарное сопротивление равно сумме сопротивлений. При параллельном подключении n источников с одинаковыми эдс и внутренними сопротивлениями суммарная эдс равна эдс одного источника, а внутреннее сопротивление rв=r/n. Если эдс источников различна, то для расчетов значения сил токов в различных участках цепи удобно пользоваться правилами Кирхгофа. Правила Кирхгофа. Первое правило Кирхгофа. Точка соединения нескольких проводников называется узлом. Алгебраическая сумма токов в узле равна нулю. Токи, идущие к узлу, будем считать положительными, от узла отрицательными. Второе правило Кирхгофа. Алгебраическая сумма падений напряжений на замкнутом контуре разветвленной цепи равна алгебраической сумме эдс.Тепловое действие тока. Если через сопротивление R течет ток I, то кулоновские силы совершают положительную работу: A=qU=IUt, где q – количества электричества, протекшее через поперечное сечение проводника за промежуток времени t: q=It. При этом происходит выделение тепла Q. Очевидно, что Q=A, или Q=IUt=I2Rt=(U2/R)/t. (Закон Джоуля – Ленца). Мощность тока – работа, совершаемая за единицу времени и равная P=A/t=IU=I2R=U2/R. Полная мощность P0, развиваемая источником, идет на выделение тепла во внешнем и внутреннем сопротивлениях и равна P0=I2(R+r)=IE=E2(R+r). Мощность, выделяемая во внешнем сопротивлении, называется полезной мощностью и равна Pполез= E2R/(R+r)2. Мощность, выделяемая во внутреннем сопротивлении, использована быть не может и называется теряемой мощностью Ртер=I2r= E2 r /(R+r)2. Ток в электролитах. В электролитах (растворы солей, кислот, щелочей и расплавы солей ) имеются положительные и отрицательные ионы. В растворе устанавливается динамическое равновесие между процессами диссоциации и рекомбинации ионов. Под действием электрического поля ионы приобретают направленное движение – положительные ионы (катионы) движутся к катоду, отрицательные (анионы) — к аноду. При электролизе в растворах солей масса катода увеличивается, так как на катоде осаждаются положительные ионы. Например, если электролитом является раствор медного купороса, и мы берем медные электроды, то масса катода со временем увеличивается. Электролизом называется явление выделения вещества на электродах при прохождении через электролит электрического тока. Для электролиза справедливы два закона Фарадея: 1. Масса вещества, выделившегося при электролизе, прямо пропорциональна протекшему через электролит количеству электричества (заряду): m=kq=kIt, где k – электрохимический эквивалент данного вещества. Физический смысл электрохимического эквивалента состоит в следующем: k численно равен количеству вещества, выделившемуся при прохождении через электролит заряда [k] кг/Кл. 2. Второй закон Фарадея устанавливает связь между электрохимическим и химическим эквивалентом данного вещества: k=x/F, где х – химический эквивалент вещества, равный отношению атомной массы вещества А к его валентности n: x=A/n, F – постоянная Фарадея, не зависящая от свойств электролита, F=9,65*104 Кл/моль. Объединив два закона получим объединенный закон Фарадея m=(1/F)(A/n)It, т.е. масса выделившегося вещества прямо пропорциональна атомной массе, силе тока, и времени и обратно пропорциональна валентности вещества. Если выделившаяся масса вещества численно равна его химическому эквиваленту, то постоянная Фарадея численно равна заряжу, который должен пройти через электролит, чтобы на электроде выделилась масса вещества, численно равная его химическому эквиваленту.

Интерференция света – это явление наложения волн с образованием устойчивой картины максимумов и минимумов. При интерференции света на экране наблюдается чередование светлых и темных полос, если свет монохроматический (излучаются электромагнитные волны одной длины), или цветных полос, если цвет белый или состоит из волн разной длинны. Необходимым условием наблюдения интерференционной картины является когерентность волн. Два различных источника света не могут быть когерентны. Свет излучается возбужденными атомами, время излучения атома длится ~10-8с, период колебаний, возбуждаемых световой волной ~10-15с. Невозможно согласовать излучение двух атомов одного источника, тем более, невозможно согласовать излучение двух разных источников. Каждый атом излучает короткий цуг волн, который можно представить как сумму монохроматических волн с начальной фазой, определяемой моментом излучения. Поэтому интерферировать могут лишь волны, испускаемые в одном и том же акте излучения. Для получения интерференционной картины видимого света необходимо разделить излучения от одного источника на два потока, эти потоки направить по двум разным траекториям, а затем соединить их в некоторой области пространства. В этом случае в данной точке пространства будут сходиться волны, испущенные одним атомом в одном акте излучения, и разность фаз колебаний, возбуждаемых в этой точке этими волнами, будет определятся только разностью хода волн. Например, луч, падающий непосредственно на экран SA, и луч, отразившийся от зеркала, ОА, будут когерентны. Разность геометрических волн в данном случае является разностью хода волн =(SO+OA)-SA. Очевидно, что разность хода волн не должна превышать 3 м. Если >3 м, то в точке A встречаются волны, излученные разными атомами, так как за время 10-8с одним атомом излучается цуг волн длиной l=ct=3 м, где с – скорость света, равная 300000 км/с. Дифракция света. Явление огибания волнами препятствий и попадания света в область геометрической тени называется дифракцией. Пусть плоская волна падает на щель в плоском экране АВ. Согласно принципа Гюйгенса-Френеля, каждая точка волнового фронта является источником вторичных волн, причем все эти различные источники когерентны. Огибающая к фронтам волн от вторичных источников дает положение нового фронта волны. Явление дифракции наблюдается при условии соизмеримости препятствий с длинной волны ~d. Все вторичные источники когерентны и распределение интенсивности есть результат интерференции волн, излучаемых вторичными источниками. Дифракционная решетка состоит из чередующихся прозрачных и непрозрачных полос. Суммарная ширина прозрачной и непрозрачной полосы называется периодом дифракционной решетки d. Пусть на решетку падает плоская волна. Так как ~d, то лучи начинают откланяться от первоначального направления распространения. Щели являются когерентными источниками. Фотоэффект. Фотоэлектрическим эффектом называется испускание электронов с поверхности металла под действием света. Если к электродам откачанной трубки приложить напряжение, ток по цепи не потечет, так как пространстве между катодом и анодом нет носителей тока. Но при облучении катода световым потоком в цепи появится ток. При увеличении напряжения сила тока растет, все большее число электронов, покинувших катод под действием света, достигает анода. Начиная с некоторого значения напряжения U1 сила тока в цепи не изменяется. Это означает, что все электроны, вышедшие из катода за 1 с, достигают анода. Этот ток Iн называется фототоком насыщения. Он позволяет определить количество электронов, покидающих катод за 1 с. При U, равном нулю, фототок отличен от нуля. Это объясняется тем, что электроны вылетают из металлической пластинки с некоторой скоростью и не нужно создавать электрического поля для того, чтобы они достигали анода. Для того, чтобы фототок был равен нулю, надо создать поле, препятствующие движению электронов к аноду. Разность потенциалов, при которой электроны не достигают анода, называется задерживающим напряжением Uз. Изменение кинематической энергии должно быть равно работе электростатических сил поля, созданного между электродами: qeUз=mv2/2, где qe и Uз

Законы Столетова для фотоэффекта. 1. Сила фототока насыщения тем больше, чем больше падающий на катод световой поток (средняя по времени энергия, падающая на поверхность катода за единицу времени). С увеличением падающего потока возрастает количество электронов, покидающих катод. 2. Максимальная начальная скорость фотоэлектронов определяется частотой света и не зависит от его интенсивности. Фотоэффект наблюдается, если длина волны падающего излучения меньше некоторой определенной длины волны, называемой красной границей фотоэффекта, т.е. при кр. Длина волны, соответствующая красной границе фотоэффекта, зависит от свойств металла. Последний закон невозможно объяснить с позиций классической физики. Была выдвинута гипотеза, что свет излучается и поглощается порциями – квантами или фотонами. Энергия фотона =h, где h-постоянная Планка, равная 6,63*10-34Дж*с. Фотон – элементарная частица, движущаяся в вакууме со скоростью с, равной скорости света. Масса покоя фотона равна нулю. Импульс фотона p=mc=h/c. Согласно Эйнштейну, энергия фотона, падающего на металл, идет на работу выхода электрона из металла и на сообщение электрону кинетической энергии. Уравнение Эйнштейна имеет вид h=Aвых+mv2/2 или h =Авых+qU3, где Aвых – работа выхода электрона из металла. Работой выхода Aвых называется минимальная энергия, которую надо сообщить электрону, чтобы он покинул металл. Свободные электроны, выходя за пределы кристаллической решетки металла, образуют вокруг него электронное облако. Между ним и кристаллической решеткой создается электрическое поле, препятствующее дальнейшему выходу электронов из металла. Для того, чтобы электрон покинул металл, он должен обладать достаточной энергией для преодоления этого поля. Скорости электронов в системе различны. Электрону с меньшей энергией надо сообщить большую порцию энергии, чем электрону с меньшей энергией, для того чтобы они покинули металл. Работа выхода Aвых зависит только то химического состава металла и от состояния его поверхности. Из определения работы выхода ясно, что в формуле h=Aвых+mv2/2 mv2/2представляет собой максимальную кинетическую энергию выбитого электрона. Из этой формулы очевидно также, что фотоэффект наблюдается, если кр, где кр= Aвых/h. Соответственно кр=с/кр=сh/Aвых.

Шкала электромагнитных волн. Электромагнитные волны генерируются в широком диапазоне частот. Каждый участок спектра имеет свое названия. Так, видимому свету соответствует довольно узкий диапазон часто и соответственно длин волн: от 4*10-7 до 7,5*107. С коротковолновой стороны от видимой области спектра находиться ультрафиолетовая область, с длинноволновой — инфракрасная. За ультрафиолетовым диапазоном идет рентгеновский, а затем -излучение. -лучи – электромагнитное излучение самой большой частоты 1020 Гц (~10-12м). Радиоволны лежат в диапазоне >10-2м.

Магнитное поле. Вокруг проводников с током и постоянных магнитов существует магнитное поле. Оно возникает вокруг любого направленно движущегося электрического заряда, а также при наличии переменного во времени электрического поля. Магнитное поле можно обнаружить, помещая в него магнитные стрелки или проводники с током, так как оно оказывает на них ориентированное действие. Магнитное поле можно исследовать с помощью замкнутого контура с током. Геометрические размеры контура должны быть настолько малы, чтобы в его пределах поле не изменялось. На контур в магнитном поле действует механический вращательный момент. Отношение максимального вращательного момента Ммах к произведению силы тока I, текущего по контуру, и площади поверхности S, охватываемой этим контуром, величина постоянная: Ммах/IS=const. Этим отношением определяется основная силовая характеристика магнитного поля – вектор магнитной индукции В. Произведение IS называется магнитным моментом контура с током Pм=IS. Направление магнитного момента совпадает с направлением индукции магнитного поля, создаваемого в центре контура текущим по нему током. Направление вектора В определяется по правилу: если направление вращение винта совпадает с направлением тока в контуре, то его поступательное движение укажет направление индукции магнитного поля и, соответственно, магнитного момента (следствие правила правого винта). Итак, вектор магнитной индукции определяется максимальным вращательным моментом, действующим на контур с током, магнитный момент которого равен единице: B= Ммах/Pм. Магнитная индукция измеряется в теслах. (Тл.) Тесла – это индукция такого однородного магнитного поля, которое действует с максимальным вращательным моментом 1Н*м на контур с током, магнитный момент которого равен 1 А*м2. Индукция магнитного поля – экспериментально измеряемая величина, зависящая от токов, создающих поле, и свойств среды, в которой, в которой оно создано. Наряду с вектором магнитной индукции В вводится еще одна силовая характеристика магнитного поля – напряженность магнитного поля Н. Вектор В и Н связаны соотношением B=0Н. Напряженность магнитного поля измеряется в амперах на метр (А/м), 0 — магнитная постоянная, равная 4*10-7Гн/м,  — относительная магнитная проницаемость среды, показывающая, во сколько раз индукция магнитного поля в данной среде больше или меньше, чем в вакууме. Напряженность магнитного поля определяется только конфигурацией проводников, создающих поле, и токами, текущими по этим проводникам, т.е. макроисточниками поля, и не зависит от магнитных свойств среды, в которой поле создается.

Закон Ампера. Поместим в магнитное поле проводник длинной l, по которому течет ток I. На проводник действует сила, прямо пропорциональная силе тока, текущего по проводнику, индукции магнитного поля, длине проводника, и зависящая от ориентации проводника в магнитном поле. |F|=IBlsin, где  — угол между направлением тока в проводнике и направлением вектора магнитной индукции B, Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки: если левую руку расположить так, что магнитные силовые линии входят в ладонь, четыре вытянутых пальца направить по току, то отогнутый большой палец укажет направление силы. Очевидно, что сила Ампера равна нулю, если проводник расположен вдоль силовых линий поля и максимальна, если проводник перпендикулярен силовым линиям. Движение заряженных частиц в магнитном поле. На проводник с током в магнитном поле действует сила Ампера FА IBlsin.Ток, в свою очередь, это направленное движение заряженных частиц. Сила тока равна I=qnvS, где q – заряд частицы, n-концентрация движущихся заряженных частиц, v-средняя скорость их направленного движения, S-площадь поперечного сечения проводника. Подставив I в выражение для FА, получим FА= qnvSBlsin, где nsl=N – общее число частиц, создающих ток. Тогда сила, действующая на отдельный движущийся заряд – сила Лоренца, равна Fл=qvBsin. где  — угол между векторами скорости и магнитной индукции. Направление силы Лоренца определяется для положительно заряженной частицы по правилу левой руки.

Магнитный поток. Магнитным потоком Ф через некоторую поверхность S называется скалярная величина, равная произведению модуля вектора магнитной индукции на площадь этой поверхности и косинус угла между нормалью n к ней и направлением вектора магнитной индукции B: Ф=|B|Scos. Если магнитное поле неоднородно, то поверхность S разбивается на элементарные площадки S в пределах каждой из которых поле можно считать однородным. Тогда полный поток через эту поверхность равен сумме потоков вектора магнитной индукции через элементарные площадки. В СИ единицей магнитного потока является 1 вебер (Вб) – магнитный поток через поверхность 1 м2, расположенную перпендикулярно направлению однородного магнитного поля, индукция которого равна 1 Тл: 1Вб=1В*с. Электромагнитная индукция. Возникновение эдс в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока через эту поверхность, ограниченную этим контуром, называется электромагнитной индукцией. Также эдс индукции, а следовательно, разность потенциалов возникает на концах разомкнутого проводника, движущеося в магнитном поле и пересекающего силовые линии поля. Опыт показывает, что эдм индукции не зависит от причин изменния магнитного потока, а определяется скоростью его изменения. Согласно закону Фарадея, эдс индукции определяется как предел отношения изменения магнитного потока Ф к промежутку времени t к нулю, или производной по времени магнитного потока Eинд=limt-->0Ф/t= -Ф’. Явление самоиндукции. Ток, текущий по проводящему контуру, создает вокруг него магнитное поле. Магнитный поток Ф, сцепленный с контуром, прямопропорционален силе тока в этом контуре: Ф=LI, где L – индуктивность контура. Индуктивность проводника зависит от его формы, размеров, а также от свойств окружающей среды. Так как индукционный ток вызван изменением силы тока в самом проводнике, то данное явление возникновения индукционного тока называется самоиндукцией, а возникающая эдс – эдс самоиндукции. Самоиндукция является частным случаем явления электромагнитной индукции. Если I изменяется со временем по линейному закону, то Ecи = — (Ф/t)= — L(I/t), где I/t – скорость изменения силы тока. Эта формула справедлива только при L=const. Индуктивность – величина, численно равная эдс самоиндукции, возникающей в контуре при изменении силы тока в нем на единицу за единицу времени. В СИ за единицу индуктивности принимают индуктивность такого проводника, в котором при изменении тока на 1А за 1с возникает эдс самоиндукции 1В. Эта единица называется Генри (Гн): 1Гн=1В*с/А. Энергия магнитного поля, созданного током, по закону сохранения энергии равна энергии, затраченной источником на создание тока. При замыкании цепи ток в в цепи вследствии самоиндукции не мразу достигнет максимального значения I0, а посепенно. При размакании цепи ток также изчезает не сразу, а постепенно, при этом в проводнике выделяется тепло. Так как цепь разомкнута, то это тепло не может выделятся за счет работы источника, а может быть только следствием энергии, накопленной в соленоиде, энергии магнитного поля. Энергия магнитного поля соленоида, когда ток полностью прекратиться, переходит в джоулево тепло. Выражение для магнитного поля соленоида имеет вид: Wм=LI2/2.

Колебания. Движения или процессы, обладающие свойством повторяемости во времени, называются колебаниями. Колебания, при которых смещение изменяется по законам синуса или косинуса, называются гармоническими. Любой произвольный колебательный процесс можно представить как сумму гармонических колебаний. Механические колебания. Пусть к пружине с коэффициентом упругости k прикреплен груз массой m, находящийся на идеально гладкой поверхности. При растяжении пружины на тело начинает действовать сила упругости Fупр= -kx. Если тело отпустить, то под действием силы упругости оно начинает двигаться в сторону, противоположную смещению. Проходя положение равновесия, тело будет обладать максимальной скоростью и по инерции продолжит движение сжимая пружину. Под действием силы упругости, возникающей при деформации сжатия, тело остановится и начнет двигаться к положению равновесия и т.д. При этом х — смещение тела от положения равновесия О – изменяется по закону x=Asin(t+0), где As, , 0не зависят от времени. Это уравнение называется уравнением колебаний. Амплитуда А – максимальное смещение от положения равновесия. Циклическая частота  — число полных колебаний, совершаемых системой за промежуток времени 2 с. Частота  — число полных колебаний, совершаемых системой за 1 с. Период колебаний Т – промежуток времени, за который совершается одно полное колебание.

Фаза колебаний (t+0) определяет положение колеблющегося тела в момент времени t=0. Фаза обычно измеряется в радианах. T=1/. Динамика гармонических колебаний. Согласно 2-му закону Ньютона, max=Fрезx, где Fрезx – проекция на ось х результирующей всех сил действующих на тело. Поскольку ах= -2х, Fрезx = -m2х, где Fрезx – проекция на ось х, вдоль которой совершаются колебания. Из этого следует, что равнодействующая всех сил, действующих на тело, совершающее гармоническое колебание, прямо пропорциональна смещению и направлена в сторону, противоположную смещению. Силы, прямо пропорциональные смещению и направленные в сторону противоположную смещению, т.е. удовлетворяющие условию Fx= -kx, но имеющие иную природу, чем упругие силы, называются квазиупругими. Гармонические колебания совершаются по действием упругих или квазиупругих сил. Сложение колебаний, направленных вдоль одной прямой. Пусть материальная точка одновременно участвует в двух колебаниях, происходящих вдоль одной прямой, например вдоль оси х. Частоты колебаний одинаковы, а разность фаз есть . Тогда уравнение колебаний имеют вид x1=A1sint, x2=A2sin(t-). При сложении этих двух колебаний получим x=x1+x2= A1sint+A2sin(t-). Очевидно, что амплитуда результирующего колебания будет зависеть от разности фаз. Так, если = 2n, где n=0,1,2,3,...,n, то х=(А1+А2)sint, т.е. амплитуда результирующего колебания будет равна сумме амплитуд складываемых колебаний. Если = (2n+1) , то х=(А1-А2)sint, т.е амплитуда результирующего колебания будет равна разности амплитуд и колебания происходят с минимальной амплитудой. Если амплитуды складываемых колебаний равны, то в этом случае колебаний вообще происходить не будет. Затухающие колебания. Во всех реальных случаях колебаний помимо силы упругости на тело действует сила сопротивления, которая обычно считается пропорциональной скорости и направленной в сторону противоположную скорости. F2= -rv, где r-постоянный коэффициент. Тогда из 2-го закона Ньютона имеем ma= -kx-rv, причем 02=k/m, 0 – частота собственных колебаний сиситемы в отсутствии затухания, r/m=2, где  — коэффициент затухания. Очевидно, чем больше r и чем меньше m, тем быстрее будут затухать колебания. Вынужденные колебания. Для поддержания колебаний в системе необходимо, чтобы действовала сила, работа которой компенсировала бы уменьшение механической энергии. Эта сила должна быть переменной, так как постоянная сила может только изменить положение равновесия, но не может способствовать поддержанию колебаний в системе. Таким образом, на систему, совершающую колебания должна действовать вынуждающая сила F3=F0sint, где F0 – амплитуда вынуждающей силы,  — ее частота. Помимо вынуждающей силы на тело действует сила упругости F1= -kx и сила сопротивления F2= -rv. Из 2-го закона Ньютона имеем ma= -kx-rv+F0sint. Собственные колебания в системе затухнут, следовательно, вынужденные колебания происходят с частотой вынуждающей силы. Колебания, происходящие под действием вынужденной силы, называются вынужденными колебаниями. Амплитуда и фаза зависят от соотношения между частотой собственных колебаний и частотой вынуждающей силы. При совпадении этих частот амплитуда колебаний будет резко возрастать. Это явление получило название резонанса. Резонансная амплитуда зависит от сопротивления среды.

Интерференция волн. Интерференция – сложение волн с образованием устойчивой картины максимумов и минимумов амплитуды колебаний. Необходимым условием интерференции называется когерентность источников. Когерентными называются источники, вызывающие в каждой точке пространства колебания, разность фаз которых остается постоянной во времени. такие источники излучают когерентные волны. Очевидно, что только источники, возбуждающие колебания с одинаковыми частотами могут быть когерентными, так как, если 12, то разность фаз равна 2-1=2t+02-1t-01=(2-1)t+02-01 и зависит от времени. Если источники не когерентны, то во всех точках пространства будет возбуждаться колебания, разность фаз которых изменяется со временем. Изменяется со временем и амплитуда результирующего колебания, т.е. интерференции не будет. Электромагнитные колебания. Колебательный контур состоит из катушки индуктивности L и конденсатора C. Если зарядить конденсатор до напряжения U0, то в начальный момент времени t1=0 на обкладках конденсатора будут максимальных значения напряжения U0и заряда q0=СU0. Полная энергия системы равна энергии электрического поля конденсатора: W=Wэл= СU02/2= q02/2C. По цепи начинает течь ток, так как обкладки конденсатора замкнуты на индуктивность, однако вследствии самоиндукции конденсатор разряжается не мгновенно, а постепенно. Ток через индуктивность увеличивается, достигая максимального уровня I0. В момент времени t2=T/4 заряд конденсатора станет равным нулю, а ток достигнет максимального значения I0. Когда напряжение обращается в нуль, ток в цепи должен прекратиться, однако в следствии самоиндукции ток будет продолжать течь, что вызовет перезарядку конденсатора. Постепенно ток уменьшится до нуля. Затем конденсатор начнет разряжаться, причем ток через индуктивность течет в обратном направлении и т.д. Через промежуток времени, равный Т, система приходит в исходное состояние. Частота колебания равна =1/((LC)). Период колебаний равен T=2(LC). В колебательном контуре по гармоническому закону изменяется заряд, напряжение на обкладках конденсатора и мила тока в контуре. Электромагнитные волны. Согласно теории Максвелла, переменное магнитное поле вызывает появление переменного вихревого эл. поля, которое, в свою очередь, вызывает появление переменного магнитного поля и т.д. Таким образом происходит распространение электромагнитных возмущений в пространстве т.е. распространяется электромагнитная волна. Основные свойства электромагнитных волн. 1. Электромагнитная волна – поперечная. 2. Скорость электромагнитных волн в вакууме равна v=c=3*108м/с и совпадает со скоростью света. В среде v=c/(), где  и  — диэлектрическая и магнитная проницаемости среды. 3. Электромагнитные волны переносят энергию. 4. Электромагнитные волны отражаются от проводящих поверхностей и преломляются на границе двух диэлектриков. 5. Электромагнитные волны оказывают давление на тела. 6. Если электромагнитная волна оказывает давление на тела, т.е. сообщает им импульс, следовательно, она также обладает импульсом. 7. Наблюдается дифракция, интерференция и поляризация электромагнитных волн.

www.ronl.ru

Реферат - Шпоры по физике 3

--PAGE_BREAK-- 1t 0= 1 t 40 0/(1 — v 52 0/c 52 0) 51/2

1Релятивистское сокращение длины

l 1 0= 1 0l 40 0/(1 — v 52 0/c 52 0) 51/2

1Масса релятивистской частицы

m = m 40 0/(1 — v 52 0/c 52 0) 51/2

1Закон взаимосвязи массы и энергии

Е = mc 52

Формула, выражающая связь между энергией и импульсом релятивист-

ской частицы.

E = m 40 52 0c 54 0 + p 52 0c 52 2МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА. ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ.

1Молекулярная физика - 0 раздел физики, изучающий строение и свойства

вещества, исходя из молекулярно-кинетических представлений о его стро-

ении.

1Основные положения молекулярно-кинетической теории: 0

1). Все тела состоят из частиц - молекул, атомов и ионов.

2). Атомы, молекулы и ионы находятся в непрерывном хаотическом тепло-

вом движении. Скорость этого движения зависит от температуры.

3). Между частицами любого тела существуют силы взаимного притяжения и

отталкивания.

1Броуновское движение - 0 беспорядочное движение малых макроскопи-

ческих частиц, взвешенных в жидкости или газе, присходящее под дейс-

твием ударов со стороны молекул жидкости или газа.

1Диффузия 0 — это явление проникновения молекул одного вещества в

промежутки между молекулами другого вещества.

1Количество вещества 0 — величина, равная числу структурных элемен-

тов (атомов, молекул, ионов), составляющих систему.

7n 0 = N/N 4A,

где N — число частиц, N 4A 0 — постоянная Авогадро.

1Моль - 0 единица количества вещества. Моль равен количеству вещест-

ва системы, содержащей столько же частиц, сколько содержится атомов в

углероде-12 массой 0.012 кг.

1Постоянная Авогадро - 0 число атомов ( молекул или ионов), содержа-

щихся в одном моле различных веществ.

N 4A 0 = 6,022 5. 010 523 0 моль 5-1

1Молярная масса - 0 масса 1 моль вещества

М = m 40 0N 4A 0,

где m 40 0 — масса молекулы.

Единица молярной массы — килограмм на моль (кг/моль)

Число N молекул в теле массой m можно подсчитать по формуле:

N = 7n 0 N 4A 0= 4 0- N 4A 0 ,

— 7 -

где 7 n 0- количество вещества, N 4A 0- число Авогадро, М-молярная масса,

m — масса веществ.

1Идеальный газ 0 - это газ, между молекулами которого отсутствуют

силы взаимного притяжения.

1Основное уравнение 0 1молекулярно-кинетической теории 0идеальных га-

зов

1 2

p = — nm<v 52 0> или p = — n<E>

3 3

где n-число молекул в единице объёма, m — масса молекулы, <v 52 0>- cредний

квадрат скорости. <E> — средняя кинетическая энергия поступательного

движения молекул газа.

1Температура - 0 величина, характеризующая состояние термодинамичес-

кого (теплового) равновесия макроскопической системы.

1Абсолютный нуль температуры 0- это предельная температура, при ко-

торой прекращается поступательное движение молекул.

1Абсолютная (термодинамическая) шкала - 0 это шкала температур, в

которой за начало отсчета принят абсолютный нуль. Единица температуры

в этой шкале — кельвин (К), величина которого совпадает градусом Цель-

сия. В шкале Цельсия абсолютный нуль равен — 273,15 50 0 С. Связь между

абсолютной температурной шкалой и шкалой Цельсия выражается формулой

Т = (t + 273) К

1Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекулы

идеального газа

<E> = — kT ,

где k — постоянная Больцмана. k = 1,38 5. 010 5-23 0 Дж/К

1Зависимость давления газа от концентрации молекул и температуры

p = nkT

1Молярная газовая постоянная 0 R = kN 4A 0. R = 8,31 Дж/(моль 5. 0К)

1Средняя квадратичная 5 1скорость молекул

<v> = (3RT/M) 51/2 0 = (3kT/m) 51/2

1Уравнение Клапейрона 0

PV/T = const

1Уравнение состояния идеального газа 5 0(уравнение Менделеева-Клапей-

рона)

pV = — RT,

где P — давление, V — объём, R — универсальная газовая постоянная,

T — абсолютная температура, M — молярная масса газа.

1Изотермический процесс - 0 процесс, протекающий при постоянной тем-

пературе.

1Закон Бойля-Мариотта: 0 Для данной массы газа произведение давления

на объём при постоянной температуре есть величина постоянная.

pV=const

1Изобарный прцесс - 0 процесс, протекающий при постоянном давлении.

1Закон Гей-Люссака: 0 Для данной массы газа при постоянном давлении

отношение объёма к абсолютной температуре есть величина постоянная.

V/T=const.

1Изохорный процесс 0 1- 0процесс, протекающий при постоянном объёме.

— 8 -

1Закон Шарля: 0 Для данной массы газа при постоянном объёме отноше-

ние давления к абсолютной температуре есть величина постоянная.

p/T=const.

1Закон Дальтона: 0 Давление смеси идеальных газов равно сумме парци-

альных давлений входящих в нее газов.

p=p 41 0+p 42 0+p 43 0+ 5.. 0+p 4n

1Термодинамика 0- раздел физики, изучающий общие свойства макроско-

пических систем, находящихся в состоянии термодинамического равнове-

сия, и процессы перехода между этими состояниями.

1Внутренняя энергия 0 - энергия хаотического движения молекул и

энергия взаимодействия их между собой.

1Внутренняя энергия одноатомного идеального газа

3 3 m

U = — PV = — — RT

2 2 M

1Работа совершаемая газом при изменении его объема

dA = PdV

1Количество теплоты 0 — энергия, которую тело получает или отдаёт

при теплообмене.

1Первое начало термодинамики: 0 Количество теплоты, переданное сис-

теме 1, 0расходуется на 1 0изменение её внутренней энергии и на совершение

ею работы против внешних сил.

Q = 7D 0 U + A. 1Теплоёмкость 0 — физическая величина, численно равная отношению ко-

личества теплоты, сообщаемого телу, к изменению температуры тела.

C=Q/ 7D 0 T.

Теплоёмкость тела измеряется в Дж/К.

1Удельная теплоёмкость 0 — величина численно равная количеству теп-

лоты, которую надо сообщить телу массой 1 кг для изменения его темпе-

ратуры на 1 кельвин.

с = ────

m 7D 0 T

Единица удельной теплоёмкости — Дж/(кг 5. 0К).

1Работа газа при изобарном прцессе

A 1 0= 1 0P(V 42 0-V 41 0), A = mR(T 42 0-T 41 0)/M

1Адиабатный процесс 0 — процесс протекающий без теплообмена с окру-

жающей средой.

1Тепловой двигатель 0 — устройство, которое превращает внутреннюю

энергию топлива в механическую работу.

Тепловой двигатель состоит из трёх частей: нагревателя, холодильника и

рабочего тела.

1Термический коэффициент полезного действия 0 тепловой машины:

A Q 41 0-Q 42

7h 0 = - = ────── 4 ,

Q 41 0 Q 41

где Q 41 0- 4 0количество теплоты, полученной от нагревателя, Q 42 0- количест-

во теплоты, отданной холодильнику, A — механическая работа.

— 9 -

Максимально возможный КПД при данных температурах нагревателя и

холодильника имеет идеальный тепловой двигатель, работающий по циклу

Карно

T 42

7h 0 = 1 — — ,

T 41

где Т 41 0 — температура нагревателя, Т 42 0 — температура холодильника. 1Плавление 0 — процесс перехода вещества из твёрдого состояния в

жидкое при температуре плавления.

1Удельная теплота плавления 0 — количество теплоты, необходимое для

превращения 1 кг твёрдого кристаллического вещества из твёрдого состо-

яния в жидкое при температуре плавления.

7l 0 = Q/m.

1Пар 0 — вещество, находящееся в газообразном состоянии.

1Насыщенный пар 0 — пар, находящийся в равновесии со своей жидкостью.

1Точка росы 0 — температура, при которой пар переходит в состояние

насыщения.

1Парообразование 0 — процесс перехода вещества из жидкого состояния

в газообразное.

1Испарение 0- процесс парообразования, происходящий со свободной

поверхности жидкости при любой температуре.

1Кипение 0 — процесс парообразования, происходящий не только с сво-

бодной поверхности жидкости, но и во всем её объёме внутрь образующих-

ся при этом пузырьков пара.

Для каждой жидкости существует своя температура кипения. Жидкость ки-

пит при такой температуре, при которой давление её насыщенных паров

равно атмосферному давлению.

1Конденсация 0 — процесс перехода вещества из газообразного состоя-

ния в жидкое.

1Удельная теплота парообразования - 0 Количество теплоты, которое

необходимо для превращения единицы массы жидкости в пар 1. 0

r 1 0= 1 0Q/m.

1Кристаллизация 0 - Процесс превращения жидкости в твёрдое кристал-

лическое состояние.

1Кристаллическая решетка 0 — структура, для которой характерно регу-

лярное расположение частиц с переодической повторяемостью в трех изме-

рениях. 1Абсолютная влажность 0 — плотность водяных паров в атмосфере.

Может определятся также парциальным давлением водяного пара.

Единица абсолютной влажности — килограмм на кубический метр или

паскаль.

1Относительная влажность 0 - величина равная отношению абсолютной

влажности к плотности насыщенного пара при данной температуре.

r = 7r 0/ 7r 4н 5. 0100 4 0%.

1Точка росы 0 — температура, при которой водяной пар, содержащийся в

воздухе, становится насыщенным.

1Высота подъема жидкости 0 в капилярной трубке при полном смачивании

h = 2 7s 0 / 7r 0 gr,

где 7 s 0 — коэффициент поверхностного натяжения, 7 r 0 — плотность жидкости,

r — радиус капиляра, g — ускорение свободного падения.

— 10 -

2ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ 2ЭЛЕКТРОСТАТИКА.

1Элекростатика 0 - раздел элекродинамики, изучающий взаимодействия

неподвижных электрических зарядов и свойств постоянного электрического

поля.

1Электрический заряд 0 — величина, характеризующая свойство тел или

частиц, вступать в электромагнитные взаимодействия.

Единица электрического заряда — кулон (Кл)

Существует два вида электрических зарядов — положительные и отрица-

тельные. Заряд, которым обладает электрон называют отрицательным, а

заряд протона — положительным.

Разноимённые заряды притягиваются, а одноимённые отталкиваются. Элект-

рический заряд дискретен, т.е. заряд любого тела составляет целое

кратное от элементарного электрического заряда.

1Элементарный электрический заряд — e = 0 1.6 5. 010 5-19 0 Кл.

1Закон сохранения заряда: 0 алгебраическая сумма элект-

рических зарядов в электрически изолированной системе есть величина

постоянная.

7S 0 q = const.

1Точечный заряд 0- заряд, сосредоточенный на теле, линейные размеры

которого пренебрежимо малы по сравнению с расстоянием до других заря-

женных тел, с которыми он взаимодействует.

1Закон Кулона 0: сила взаимодействия между двумя точечными зарядами

прямо пропорционална произведению модулей этих зарядов и обратно про-

порционален квадрату расстояния между ними.

q 41 0q 42

F = k ────,

r 52

где k = 1/4 7p 0 7e 0 7e 0 40 0 = 9 5. 010 59 0Н 5. 0м 52 0/Кл 52 0, 7 e 0 — диэлектрическая проницаемость

среды в которой находятся заряды, 7e 0 40 0 — электрическая постоянная.

1Электрическая постоянная 7 e 4 0 0 = 8.85 5. 010 5-12 0 Ф/м.

1Электростатическое поле 0 — поле, которое создается неподвижными

электрическими зарядами.

1Напряжённость электрического поля 0 - физическая величина равная

отношению силы, действующей на положительный заряд, помещённый в дан-

ную точку поля, к величине этого заряда.

E=F/q.

Единица напряженности электрического поля — вольт на метр 1В/м = 1Н/Кл

Вектор напряжённости электрического поля совпадает по направлению с

вектором силы, действующей на пробный положительный заряд, помещённый

в данную точку поля.

1Напряжённость электрического поля точечного заряда

E = k — ,

r 52

где k = 1/4 7p 0 7e 0 7e 0 40 0, r- расстояние от заряда до точки поля.

1Линии напряжённости электрического поля 0 — линии, касательные к

которым в любой точке совпадают по направлению с вектором напряжённос-

ти.

Линии напряжённости используются для графического изображения полей.

— 11 -

1Принцип суперпозиции полей 0: напряженность результирующего поля,

создаваемого системой зарядов, равна геометрической сумме напряженнос-

тей полей, создаваемых в данной точке каждым из зарядов в отдельности.

2Е = Е 41 0+ 2 Е 42 0+ 2 Е 43 0+ 5...

1Однородное электрическое поле - 0 электрическое поле, во всех точ-

ках которого вектор напряжённости одинаков по величине и направлению.

1Поверхностная плотность заряда 0-заряд, приходящийся на единицу

поверхности.

7s 0 9= 0 9q/S

1Напряженность поля, создаваемого равномерно заряженной бесконеч-

1ной плоскостью.

Е = 7 s 0/2 7e 4 0

1Напряженность поля в плоском конденсаторе

Е = 7 s 0/ 7ee 4 0 1Диэлектрическая проницаемость диэлектрика 7 0- безразмерная величи-

на, показывающая во сколько раз электрическое поле ослабляется диэ-

лектриком.

7e 0 = E 40 0/E,

где Е 40 0 — напряженность поля в вакууме, Е — напряженность поля в диэ-

лектрике.

1Потенциальная энергия 0 взаимодействия двух точечных зарядов.

q 41 0q 42

W = k ─── ,

где k = 1/4 7p 0 7e 0 7e 0 40 0, r-расстояние между зарядами.

1Потенциал 0 электростатического продолжение --PAGE_BREAK-- поля — величина, равная отношению

потенциальной энергии заряда в данной точке поля, к величине этого за-

ряда.

7f 0 = W/q.

Единица потенциала - вольт (В).

Потенциал — энергетическая характеристика поля.

1Потенциал электростатического поля точнчного заряда 0 на расстоянии

r от заряда

7f 0 = k — ,

где k = 1/4 7p 0 7e 0 7e 0 40

Если поле создано несколькими зарядами, то потенциал результирующего

поля в данной точке равен алгебраической сумме потенциалов полей, соз-

данных отдельными зарядами.

7f 0 = 7f 0 41 0+ 7f 0 42 0+ 7f 0 43 0+ 5.....

1Работа сил электрического поля 0 рвна убыли потенциальной энергии

A 412 0 = W 41 0- 4 0W 42

1Работа сил электрического поля 0 по перемещению заряда из одной

точки поля в другу

A = q( 7f 41 - 7f 4 2 0),

где 7 f 0 41 0 — потенциал поля в начальной точке перемещения, 7 f 0 42 0 — потенци-

ал поля конечной точки перемещения.

1Разность потенциалов 0 между двумя точками поля равна отношению ра-

боты по перемещению заряда из одной точки поля в другую, к величине

этого заряда. 7f 0 41 0 - 7f 0 42 0 = A/q.

— 12 -

1Напряжение 0в электростатическом поле равно разности потенциалов.

U = 7f 41 7 0- 7f 4 2

Разность потенциалов и напряжение измеряются в вольтах (В).

1Напряжение 0 между двумя точками однородного поля и 1напряжённость

связаны между собой соотношением:

E = U/d,

где d-кратчайшее расстояние между эквипотенциальными поверхностями, на

которых находятся точки поля.

1Эквипотенциальные поверхности 0 — поверхности, во всех точках кото-

рых потенциал имеет одно и то же значение.

1Диэлектрики 0 — вещества, практически не проводящие электрический

ток.

1Полярные диэлектрики 0 состоят из молекул, у которых центры распре-

деления положительных и отрицательных зарядов не совпадают.

1Неполярные диэлектрики 0 состоят из молекул и атомов, у которых

центры распределения положительных и отрицательных зарядов совпадают.

1Электрический диполь 0 — система двух равных по модулю разноименных

точечных зарядов, расстояние между которыми значительно меньше рассто-

яния до рассматриваемых точек поля.

1Поляризация 0 диэлектрика — смещение положительных и отрицательных

зарядов диэлектрика в противоположные стороны под действием электри-

ческого поля.

1Электростатическая индукция 0 — явление перераспределения поверх-

ностных зарядов на проводнике во внешнем электростатическом поле.

1Уединенный проводник - 0 проводник, который удален от других про-

водников, тел и зарядов.

1Электроемкость 0 уединенного проводника — величина, равная отношеню

заряда проводника к его потенциалу.

C = q/ 7f 0.

Единица электроёмкости — фарад (Ф).

Фарад — электроёмкость такого проводника, потенциал которого изменяет-

ся на 1 вольт при изменении заряда на 1 Кл.

1Конденсатор - 0 система из двух проводников (обкладок) с одинаковы-

ми по модулю, но противоположными по знаку зарядами, форма и располо-

жение которых таковы, что поле сосредоточено в узком зазоре между обк-

ладками.

1Электроёмкость конденсатора 0 — величина равная отношению заряда

конденсатора к напряжению между его обкладками:

С=q/U

1Электроёмкость плоского конденсатора

7ee 0 40 0S

C = ───,

где 7 e 0 — диэлектрическая проницаемость диэлектрика, 7e 0 40 0 — электрическая

постоянная , S — площадь одной из пластин, d — расстояние между плас-

тинами.

1Емкость батареи конденсаторов:

при последовательном соединении

1/С = 1/С 41 0 + 1/С 42 0 + 1/С 43 0 + 5 ...

при параллельном соединении

С = С 41 0 + С 42 0 + С 43 0 + 5 ...

1Энергия заряженного конденсатора: W = CU 52 0/2 = q 52 0/2C = qU/2

— 13 -

1Объемная плотность энергии электростатического поля - 0 энергия по-

ля в единице объема

7ee 4 0 0E 52

W = ────

2 2ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК

1Электрический ток 0 — упорядоченное (направленное) движение элект-

рических зарядов

За направление тока принято направление движения положительно заряжен-

ных частиц.

1Постоянный ток 0 — ток, сила тока и направление которого не изменя-

ются со временем.

1Сила тока 0- скалярная величина, равная отношению заряда, протек-

шего через поперечное сечение проводника за некоторый промежуток вре-

мени, к величине этого промежутка.

I = q/t.

Единица силы тока — ампер (А).

1Ампер 0 — это сила такого неизменяющегося тока, при припускании ко-

торого по 2 проводникам бесконечной длины и ничтожно малого сечения,

находящимся в вакууме на расстоянии 1 метр друг от друга, вызывает си-

лу взаимодействия между ними 2 5. 010 5-7 0 Н на каждый метр длины.

Для существования электрического тока необходимо выполнение двух

условий:1) Наличие электрического поля ,2) Наличие свободных носителей

зарядов.

1Плотность тока 0 — векторная величина, модуль которой равен отноше-

нию силы тока к площади поперечного сечения проводника. Направление

вектора плотности тока совпадает с направлением упорядоченного движе-

ния положительных зарядов.

j = I/S

Плотность тока связана со скоростью движения носителей заряда со-

отношением:

j = qnv,

где q-заряд носителя зарядов, n-число носителей заряда в единице объ-

ёма, v — средняя скорость носителей заряда.

1Закон Ома для однородного участка цепи 0: Сила тока в однородном

участке цепи прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно

пропорциональна сопротивлению.

I = U/R.

1Сопротивление одногодного линейного проводника

R 1 0= 7r 1 - 0,

где 7r 0 — удельное сопротивление, l — длина проводника, S — площадь по-

перечного сечения.

1Сопротивление проводников при последовательном соединении

R = R 41 0 + R 42 0 + R 43 5... 0.

1Сопротивление проводников при параллельном соединении

1/R 1 0= 1 01/R 41 1 0+ 1 01/R 42 1 0+ 1 01/R 43 0+ 5... 0.

Зависимость сопротивления проводников от температуры

R = R 40 0(1 + 7a 0 t),

где R — сопротивление при температуре t, R 40 0 — сопротивление при 0 50 0 С, 7a — температурный коэффициент сопротивления.

— 14 -

1Сторонние силы 0 — силы неэлектростатического происхождения, дейс-

твующие на заряды со стороны источников тока.

1Электродвижущая сила 0 — физическая величина, равная отношению ра-

боты сторонних сил по перемещению заряда по замкнутой цепи, к величине

этого заряда.

7E 0 = A 4ст 0/q

1Закон Ома для замкнутой цепи 0: Сила тока в замкнутой цепи прямо

пропорциональна ЭДС источника и обратно пропорциональна полному сопро-

тивлению цепи.

I = ─────,

R + r

где r- внутреннее сопротивление источника тока

R-общее сопротивление внешнего участка цепи.

1Работа постоянного тока 0

A = I 5. 0Ut = U 52 0t/R = I 52. 0Rt.

1Мощность тока

N = IU = U 52 0/R = I 52 0R.

1Закон Джоуля-Ленца 0: Количество теплоты, которое выделяется в про-

воднике при пропускании электрического тока равно произведению квадра-

та силы тока, протекающего по проводнику, на сопротивление проводника

и на время протекания электрического тока.

Q = I 52 0Rt.

Короткое замыкание цепи — это такой режим работы источника тока,

при котором сопротивление внешнего участка цепи стремится к нулю.

Сила тока при коротком замыкании равна I 4кз 0 = 7E 0 /r.

1Сверхпроводимость 0 — такое состояние вещества проводника, при ко-

тором его сопротивление становится равным нулю.

1Электролиты 0 — вещества, растворы и расплавы которых проводят

электрический ток. Носителями зарядов в электролитах являются положи-

тельные и отрицательные ионы.

1Электролитическая диссоциация 0 — распад молекул электролита на ио-

ны под влиянием электрических полей молекул растворителя.

1Рекомбинация 0 — процесс образования нейтральных молекул из ионов.

1Электролиз 0 — явление выделения вещества на электродах при пропус-

кании тока через электролит.

1Закон Фарадея для электролиза 0: Масса вещества, выделившегося на

электроде при электролизе, прямо пропорциональна заряду, протекшему

через электролит.

m = kq = kIt,

где k — электрохимический эквивалент вещества, выделяющегося на элет-

роде.

k = M/(eN 4A ╧n), где М- молярная масса, е 0 ╧- элементарный заряд, 0 N 4A 0- число

Авогадро, n — валентность. F = eN 4A 0 — число Фарадея.

1Газовый разряд 4 0- прохождение электрического тока через газ.

1Несамостоятельный газовый разряд 0 — разряд, существующий только

под действием внешнего ионизатора.

1Самостоятельный газовый разряд 0 - разряд в газе, сохраняющийся

после прекращения действия внешнего ионизатора.

1Плазма 0 — сильно ионизированный газ, в котором концентрация поло-

жительных и отрицательных зарядов практически одинакова.

1Вакуум 0 - состояние газа при давлениях значительно ниже атмосфер- ного.

— 15 -

1Термоэлектронная эмиссия 0 — явление вылетания электронов с поверх-

ности металлов и их окислов при нагревании.

1Полупроводники 0 - группа веществ, представители которой по своей

проводимости занимают промежуточное положение между металлами и диэ-

лектриками.

Главное отличие полупроводников от металлов состоит в зависимости

электрического сопротивления от температуры. Сопротивление металлов

при нагревании медленно растёт, а сопротивление полупроводников быстро

уменьшается.

2МАГНИТНОЕ ПОЛЕ 1Магнитное поле 0 — силовое поле в пространстве, окружающем токи и

постоянные магниты. Магнитное поле порождается движущимися зарядами и

обнаруживается по действию на движущиеся заряды с некоторой силой.

1Индукция магнитного поля 0 — векторная величина, равная отношению

максимального вращательного момента сил, действующего на контур с то-

ком, помещённый в магнитное поле, к магнитному моменту контура.

B = M 4макс 0/p 4m

1Магнитный момент контура

p 4m 0 = IS,

где I — сила тока в контуре, S — площадь ограниченная контуром.

За направление вектора магнитной индукции принимается направление от

южного полюса к северному магнитной стрелки, свободно устанавливающей-

ся в магнитном поле.

Единица индукции магнитного поля — тесла (Тл).

1Закон Ампера 0: Сила, действующая на проводник с током, помещённый

в магнитное поле, равна произведению модуля вектора индукции магнитно-

го поля на силу тока в проводнике, на длину проводника и на синус уг-

ла между направлением тока и вектором индукции магнитного поля.

F = BlIsin 7a

Направление силы Ампера можно определить по правилу левой руки:

Левую руку располагаем так, чтобы вектор индукции магнитного поля был

перпендикулярен ладони, четыре пальца были направлены по направлению

тока, тогда, отогнутый на 90 градусов большой палец покажет направле-

ние силы Ампера.

1Силовая линия магнитного поля 0 — линия , касательная к которой в

любой точке совпадает по направлению с вектором 2В 0 индукции магнитного

поля в этой точке.

1Сила Лоренца 0 — сила, действующая на электрический заряд q, движу-

щийся в магнитном поле со скоростью v.

F 4л 0 = qvBsin 7a

Направление силы Лоренца можно определить по правилу левой руки:

Левую руку располагаем так, чтобы вектор индукции магнитного поля 2 В

был перпендикулярен ладони, 4 пальца были направлены по направлению

вектора скорости 2 0v положительно заряженной частицы, тогда отогнутый на

90 градусов большой палец покажет направление силы Лоренца. Если час-

тица имеет отрицательный заряд, то вытянутые пальцы левой руки следует

направить против направления вектора скорости 2 0v.

Радиус окружности, по которой со скоростью v, перпендикулярной В,

движется в магнитном поле заряженная частица

r = mv/qB

— 16 -

Период обращения частицы — время, затрачиваемое ею на один полный

оборот.

T = 2 7p 0 m/qB

1Магнитная проницаемость 0 — величина, показывающая, во сколько раз

индукция магнитного поля в веществе больше или меньше, чем в вакууме.

7m 0 = B/B 40

1Ферромагнетики 0 — вещества, в которых магнитные моменты атомов или

ионов самопроизвольно ориентированы параллельно друг другу.

1Домены 0- области в ферромагнетике, самопроизвольно намагниченные

до насыщения.

1Парамагнетики - 0 вещества, в которых вектор магнитной индукции

собственного магнитного поля имеет одинаковое направление с вектором

индукции намагничивающего поля.

1Диамагнетики - 0 вещества, в которых вектор индукции собственного

магнитного поля направлен противоположно вектору магнитной индукции

намагничивающего поля.

1Соленоид 0 — проводник, свернутый в спираль с большим числом вит-

ков, по которому идет электрический ток.

2ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ

1Электромагнитная индукция 0 — это явление возникновения индукцион-

ного тока в замкнутом проводнике при изменении магнитного поля, пере-

секающего контур, ограниченный этим проводником.

1Магнитный поток 0 - величина, равная произведению модуля вектора

индукции магнитного поля 2 B 0 на площадь поверхности 2 0S, которую пересека-

ет магнитное поле, и на косинус угла 7a 0 между вектором нормали к конту-

ру и вектором индукции магнитного поля.

Ф = ВScos 7a 0.

Единица измерения Магнитного потока - вебер (Вб).

1Закон Фарадея 0: ЭДС индукции, возникающаяя в контуре, прямо про-

порциональна скорости изменения магнитного потока, пересекающего пло-

щадь, ограниченную этим контуром.

72D 0 Ф 72

7E 0 = — ────

7D 0 t

1Правило Ленца 0: Индукционный ток всегда имеет такое направление,

при котором, созданное им магнитное поле противодействует изменению

магнитного потока, вызывающего этот ток.

1Самоиндукция - 0 возникновение ЭДС индукции в проводящем контуре

при изменении в нем силы тока.

1ЭДС самоиндукции: 0 ЭДС самоиндукции, возникающая в электрической

продолжение --PAGE_BREAK--цепи при изменении тока в ней, прямо пропорциональна скорости измене-

ния силы тока.

7E 0 4с 0 = -L 7D 0 I/ 7D 0 t,

где L-индуктивность контура.

1Индуктивность контура - 0 величина, равная отношению полного маг-

нитного потока пронизывающего контур к силе тока, текущего в нем.

L = Ф/I

Единица индуктивности — генри (Гн)

1Магнитный поток, создаваемый током в контуре

Ф = LI

— 17 -

1ЭДС индукции возникающая в движущемся проводнике

7E 0 = Blv sin 7a 0,

где В — модуль вектора магнитной индукции, 7 a 0 — угол между векторами v

и В, l — длина проводника.

1Гипотеза Максвелла 0: во всех случаях, когда электрическое поле из-

меняется со временем, оно порождает магнитное поле.

1Электромагнитное поле 0- это совокупность переменного электричес-

кого поля и неразрывно связанного с ним переменного магнитного поля.

1Энергия магнитного поля 0:

W=LI 52 0/2

2МЕХАНИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ

1Колебания - 0 движения или процессы, которые характеризуются опре-

деленной повторяемостью во времени.

1Свободные колебания 0 — колебания, которые совершаются за счет пер-

воначально сообщенной энергии при последующем отсутствии внешних воз-

действий на колебательную систему.

1Гармонические колебания 0 — колебания, при которых колеблющаяся величина

изменяется со временем по закону синуса или косинуса.

1Уравнение гармонических колебаний 0

x = A cos( 7w 0 t + 7f 0 ),

где х - значение изменяющейся величины в данный момент времени, A -

амплитуда, 7w 0 — циклическая частота, 7f 0 — начальная фаза.

1Амплитуда колебаний - 0 максимальное значение колеблющейся величины.

1Фаза колебаний 0 — переодически изменяющийся аргумент, описывающий

колебательный процесс

( 7w 0 t + 7f 0 ),

1Частота 0 1колебаний 0 7y 0 — число полных колебаний, совершаемых в еди-

ницу времени.

Единица частоты — герц (Гц).

1Циклическая частота 0 7w 0 — число колебаний за 2 7p 0 секунд.

Единица циклической частоты — с 5-1 0.

Связь частоты с циклической частотой

7w 0= 2 7py

1Период колебаний 0 T — время, за которое совершается одно полное

колебание.

Связь периода с частотой

7w 0 = 2 7p 0 /T; 7y 0 = 1/T.

1Скорость колеблющейся точки

v = ── = — A 7w 0 sin( 7w 0t + 7f 0 )

1Максимальная скорость колеблющейся точки

v 4мах 0 = A 7w

1Ускорение колеблющейся точки

1a 0 = ── = A 7w 5 2 0 cos( 7w 0t + 7f 0 )

1Максимальное ускорение колеблющейся точки

1a 4мах 0 = A 7w 5 2

1Сила, действующая на колеблющуюся материальную точку

F = — m 7w 5 2 0x = — kx

— 18 -

1Полная энергия 0 материальной точки, совершающей гармонические ко-

лебания

m 7w 5 2 0A 52

W = 5 0─────

1Пружинный маятник 0 — груз массой m, подвешенный на абсолютно упру-

гой пружине и совершающий колебания под действием упругой силы

1Период колебаний пружинного маятника

────

Т = 2 7p 0 7? 0 m/k 4 0,

где m- масса маятника, k 5 0- жесткость пружины.

1Математический маятник 0 — идеализированная система, состоящая из

материальной точки, подвешенной на невесомой и нерастяжимой нити.

1Период колебаний математического маятника

───

Т=2 7p 0 7? 0 l/g ,

где l — длина математического маятника, g-ускорение свободного падения.

1Затухающие колебания 0 — колебания, амплитуда которых уменьшается с

течением времени.

1Вынужденные колебания 0 — колебания, которые происходят под дейс-

твием внешней периодически изменяющейся силы или внешней периодически

изменяющейся эдс.

1Автоколебания 0 - незатухающие колебания, поддерживаемые внешним

источником энергии, вид и свойства которых определяются самой систе-

мой.

1Резонанс 0 — явление резкого возрастания амплитуды вынужденных ко-

лебаний при приближении частоты вынуждающей силы к собственной частоте

колебаний системы.

1Колебательный контур 0 — электрическая цепь, состоящая из включен-

ных последовательно конденсатора емкостью С, катушки индуктивностью L

и резистора сопротивлением R, в которой могут возникать электромагнит-

ные колебания.

1Формула Томсона 0, устанавливает связь между периодом Т собственных

колебаний в контуре без активного сопротивления, индуктивностью L и

емкостью С контура.

───

T = 2 7p 0 7? 0 L 5. 0C

1Полная электромагнитная энергия контура 0 в любой момент времени

W = LI 52 0/2 + CU 52 0/2

1Переменный ток 0- электрический ток, изменяющийся во времени.

1ЭДС индукции, 0 возникающая при вращении рамки

E = BSN 7w 0 sin 7w 0 t,

где В — индукция магнитного поля, S — площадь рамки, N — число витков

в рамке, 7w 0 — угловая скорость вращения рамки, t — время.

Максимальная ЭДС индукции

E 4мах 0 = BSN 7w

1Действующее значения силы тока и напряжения 0- среднее квадратич-

ное значение силы переменного тока или напряжения за период. Действую-

щее значение силы тока равно силе постоянного тока, выделяющего в про-

воднике то же количество теплоты, что и переменный ток за то же время.

— 19 -

Действующее или эффективное значение силы переменного тока и нап-

ряжения связаны с их максимальными значениями формулами:

__ 5 0 __

I 4д 0 = I 4m 0/ 7? 5 02 7 0, U 4д 0 = U 4м 0/ 7? 5 02 7 0.

1Индуктивное сопротивление

R 4L 0 = 7 w 0 L

1Емкостное сопротивление

1R 4C 0 = 1/ 7w 0 5. 0C

1Импеданс 0 (полное сопротивление электрической цепи при синусои-

дальных напряжениях и токе)

─────────────────────

Z = 7 ? 0 R 52 0 + [ 7w 0 L — 1/( 7w 0 C)] 52 1Закон Ома для цепи переменного тока

I 40 0 = U 40 0/Z,

где I 40 0 и U 40 0 -амплитудные значения силы тока и напряжения.

1Мощность переменного тока

P = IU cos 7f

6Коэффициент мощности

6cos 7f 0 = R/Z

1Трансформатор 0- электротехническое устройство, служащее для повы-

шения или понижения напряжения переменного тока.

1Коэффициент трансформации 0 — отношение числа витков в первичной и

вторичной обмотках трансформатора, показывающее, во сколько раз ЭДС во

вторичной обмотке трансформатора больше (или меньше), чем в первичной.

k = N 41 0/N 42 0 = U 41 0/U 42

При к > 1 трансформатор — понижающий, при к < 1 — повышающий 2ВОЛНЫ

1Волна 0 — процесс распространения колебаний в среде.

1Поперечная волна — 0волна, в которой колебания происходят перпен-

дикулярно направлению распространения волны.

1Продольная волна 0- волна, в которой колебания происходят вдоль

направления её распространения.

1Длина волны - 0 величина, равная расстоянию между точками, фазы ко-

лебаний в которых отличаются на 2 7p 0 , или расстояние, на которое рас-

постраняется волна за время, равное периоду колебаний точки среды.

7l 0 = vT,

где v — скорость волны, Т — период колебаний.

Формула, связывающая длину волны с частотой колебаний

v = 7 ly

1Фронт волны 0 — поверхность, которая отделяет область пространства,

уже вовлечённую в волновой процесс, от области пространства, в которой

колебания ещё не возникли.

1Волновая поверхность 0- геометрическое место точек, колеблющихся в

одинаковой фазе.

1Разность фаз

2 7p

7Df 0= 7 0── (r 42 0 — r 41 0)

— 20 -

1Принцип суперпозиции волн: 0 при распостранении в линейной среде

нескольких волн каждая из них распстраняется так, как будто другие

волны отсутствуют, а результирующее смещение частиц среды в любой мо-

мент времени равно геометрической сумме смещений, которые получают

частицы, участвуя в каждом из слагающих волновых процессов.

1Когерентность 0 — согласованное протекание во времени и пространс-

тве нескольких колебательных или волновых процессов.

1Когерентные волны 0 — волны, разность фаз которых остается постоян-

ной во времени.

Когерентными могут лишь волны, имеющие одинаковую частоту.

1Интерференция волн 0 - сложение когерентных волн, при котором в

разных точках пространства получается усиление или ослабление амплиту-

ды результирующей волны.

1Условия интерференционных максимумов 0: разность хода волн равна

чётному числу длин полуволн или целому числу длин волн.

7D 0 r = 2k 7l 0 /2 = k 7l

где 7 D 0 r — разность хода волн, 7 l 0 — длина волны, k = 0,1,2,...

1Условия интерференционных мимимумов 0: разность хода волн равна не-

чётному числу длин полуволн.

7D 0 r = (2k + 1) 7l 0 /2,

где 7 D 0 r — разность хода волн, 7 l 0 — длина волны, k = 0,1,2,...

1Звуковые (или акустические) волны 0 — распостраняющиеся в среде уп-

ругие волны, частоты которых лежит в диапазоне от 16 Гц до 20 кГц.

Звуковые волны в газах и жидкостях могут быть только продольными.

В твердых телах звуковые волны могут быть как продольными, так и попе-

речными.

1Инфразвук - 0 волны с частотами меньше 16 Гц.

1Ультразвук 0 — волны с частотами больше 20 кГц.

1Интенсивность звука 0 — величина, определяемая средней по времени

энергией, переносимой звуковой волной за 1 с через площадку 1 м 52 0, пер-

пендикулярную направлению распостранению волны.

I = W/St

Интенсивность звука - величина, объективно характеризующая волновой

процесс.

1Громкость звука 0 — субъективная характеристика звука, связанная с

его интенсивностью и зависящая от частоты.

1Высота звука 0 — качество звука, определяемое человеком субъективно

на слух и зависящее от частоты звука. С ростом частоты высота звука

увеличивается.

1Электромагнитная волна 0 — переменное электромагнитное поле, рас-

постраняющееся в пространстве с конечной скоростью. Электромагнитные

волны возникают по той причине, что переменное электрическое поле по-

рождает переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, порождает

переменное электрическое поле.

Электромагнитные волны распространяются в вакууме со скоростью

света.

Электромагнитные волны поперечны: векторы Е и В электрического и

магнитного полей волны взаимно перпендикулярны и лежат в плоскости,

перпендикулярной вектору v скорости распостранения волны.

Электромагнитные волны поглощаются, отражаются и преломляются по-

добно всем другим видам волн.

— 21 -

2ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА

1Свет 0 — электромагнитные волны, длина волны которых лежит в диапа-

зоне от 4,5 5. 010 5-7 0м до 8 5. 010 5-7 0м.

1Геометрическая оптика 0 — раздел оптики, в котором законы распост-

ранения света рассматриваются на основе представления о световых лучах.

1Световой луч — 0линия, вдоль которой распостраняется энергия све-

товых электромагнитных волн.

1Оптически однородная среда - 0 среда, для которой показатель пре-

ломления везде одинаков.

1Закон прямолинейного распостранения света: свет в оптически одно-

1родной среде распостраняется прямолинейно.

1Закон отражения света 0: луч падающий, луч отражённый и перпендику-

ляр опущенный в точку падения к границе раздела сред, лежат в одной

плоскости. Угол падения равен углу отражения.

1Закон преломления 0: луч падающий, луч преломлённый и перпендику-

ляр, опущенный в точку падения к границе раздела сред, лежат в одной

плоскости. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления

есть величина постоянная для данных двух сред и называется относитель-

ным показателем преломления второй среды относительно первой (n 421 0).

sin 7a 0 /sin 7b 0 = n 421 0,

где 7 a 0 — угол падения, 7b 0 — угол преломления.

Углы падения и преломления отсчитываются от перпендикуляра к границе

раздела сред.

1Относительный показатель преломления 0 двух сред равен отношению их

абсолютных показателей преломления.

n 421 0 = n 42 0/n 41

1Абсолютный показатель преломления среды 0 — величина n, равная от-

ношению скорости 1 с 0 электромагнитных волн в вакууме к их скорости v в

среде.

n = c/v

1Полное отражение 0 1света 0 может наблюдаться при переходе луча света

из среды с большим показателем преломления в среду с меньшим показате-

лем преломления.

1Предельный угол полного отражения 0 - угол падения, при котором

угол преломления равен 7 p 0 /2.

sin 7a 0 4пр 0 = n 42 0/n 41 0,

где 7 a 0 4пр 0 — предельный угол полного отражения; n 41 0- показатель преломле-

ния среды, из которой луч света падает на границу раздела сред; n 42 0 -

показатель преломления среды, в которую переходит преломлённый луч.

1Линза 0 — прозрачное тело, ограниченное двумя поверхностями, пре-

ломляющими световые лучи, способное формировать оптические изображения

предметов.

По оптическим свойствам линзы делятся на собирающие и рассеиваю-

щие.

1Тонкая линза 0 — линза, толщина которой значительно меньше по срав-

нению с радиусами поверхностей, ограничивающих линзу.

1Главная оптическая ось 0 — прямая, проходящая через центры кривизны

поверхностей линзы.

1Оптический центр линзы 0 — точка, лежащая на главной оптической оси

и обладающая тем свойством, что лучи проходят сквозь нее не преломля-

ясь.

1Фокус - 0 точка, в которой после преломления собираются все лучи, падающие на линзу, параллельно главной оптической оси.

— 22 -

1Формула тонкой линзы

1/f + 1/d = 1/F,

где d — расстояние от предмета до линзы; продолжение --PAGE_BREAK--

www.ronl.ru

Реферат: Шпаргалки по физике. Мощность реферат по физике

Работа и мощность. Энергия, виды энергии, Физика

Реферат по предмету: Физика (Пример)

Реферат - Физика лучшее - Физика

Реферат - Шпаргалки по физике

Реферат - Шпоры по физике 3

Смотрите также