Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Электрическое поле- поле создаваемое электрическим зарядом.
Согласно концепции короткодействия (близкодействия), взаимодействия передаются с помощью особых материальных посредников и с конечной скоростью. Например, в случае электромагнитных взаимодействий таким посредником является электромагнитное поле.
В современной физике эти понятия иногда используются в другом смысле, а именно, дальнодействующими полями называют гравитационное и электромагнитное (они подчиняются в классическом пределе закону обратных квадратов), а короткодействующими — поля сильного и слабого взаимодействия, которые быстро спадают с расстоянием на больших масштабах, и поэтому проявляются лишь при малых расстояниях между частицами.
Закон Кулона - Сила взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме направлена вдоль прямой, соединяющей эти заряды, пропорциональна их величинам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Она является силой притяжения, если знаки зарядов разные, и силой отталкивания, если эти знаки одинаковы.
Напряжённость электри́ческого по́ля — векторная физическая величина, характеризующая электрическое поле в данной точке и численно равная отношению силы действующей на неподвижный[1] пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда :
.
2. Дифра́кция Френе́ля — дифракционная картина, которая наблюдается на небольшом расстоянии от препятствия, по условиям, когда основной вклад в интерференционную картину дают границы экрана.
На рисунке схематично изображён (слева) непрозрачный экран с круглым отверстием (апертура), слева от которого расположен источник света. Изображение фиксируется на другом экране - справа. Вследствие дифракции свет, проходящий через отверстие, расходится, поэтому область, которая была затемнена по законам геометрической оптики, будет частично освещённой. В области, которая при прямолинейном распространении света была бы освещённой, наблюдаются колебания интенсивности освещения в виде концентрических колец.
4.
Поляризация света - Возникает, когда свет под определенным углом падает на поверхность, отражается и становится поляризованным. Поляризованный свет также свободно распространяется в пространстве, как и обычный солнечный свет, но преимущественно в двух направлениях - горизонтальном и вертикальном. «Вертикальная» составляющая приносит глазу человека полезную информацию, позволяя распознавать цвета и контраст. А "горизонтальная" составляющая создает "оптический шум" или блеск.
Закон Малюса — физический закон, выражающий зависимость интенсивности линейно-поляризованного света после его прохождения через поляризатор от угла между плоскостями поляризации падающего света и поляризатора.
где — интенсивность падающего на поляризатор света, — интенсивность света, выходящего из поляризатора, — коэффициент пропускания поляризатора.
Установлен Э. Л. Малюсом в 1810 году.
Угол падения, при котором отражённый луч полностью поляризован, называется углом Брюстера[1
Двойно́е лучепреломле́ние — эффект расщепления в анизотропных средах луча света на две составляющие.
6. Магнитное поле- поле создаваемое движущимися электрическими зарядами.
31. В рамках классической механики гравитационное взаимодействие описывается законом всемирного тяготения Ньютона, который гласит, что сила гравитационного притяжения между двумя материальными точками массы и , разделёнными расстоянием , пропорциональна обеим массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния — то есть:
Здесь — гравитационная постоянная, равная примерно 6,67545×10−11 м³/(кг·с²)[1].
Электромагни́тное взаимоде́йствие — одно из четырёх фундаментальных взаимодействий. Электромагнитное взаимодействие существует между частицами, обладающими электрическим зарядом[1]. С современной точки зрения электромагнитное взаимодействие между заряженными частицами осуществляется не прямо, а только посредством электромагнитного поля.
Си́льное ядерное взаимоде́йствие (цветово́е взаимоде́йствие, я́дерное взаимоде́йствие) — одно из четырёх фундаментальных взаимодействий в физике. В сильном взаимодействии участвуют кварки и глюоны и составленные из них частицы, называемые адронами(барионы и мезоны). Оно действует в масштабах порядка размера атомного ядра и менее, отвечая за связь между кварками в адронах и за притяжение между нуклонами (разновидность барионов — протоны и нейтроны) в ядрах.
Слабое взаимодействие, или слабое ядерное взаимодействие, — одно из четырёх фундаментальных взаимодействий в природе. Оно ответственно, в частности, за бета-распад ядра. Это взаимодействие называется слабым, поскольку два других взаимодействия, значимые для ядерной физики (сильное и электромагнитное), характеризуются значительно большей интенсивностью. Однако оно значительно сильнее четвёртого из фундаментальных взаимодействий, гравитационного.
Электрическое поле в веществе. Вещество, внесенное в электрическое поле, может существенно изменить его. Это связано с тем, что вещество состоит из заряженных частиц. В отсутствие внешнего поля частицы распределяются внутри вещества так, что создаваемое ими электрическое поле в среднем по объемам, включающим большое число атомов или молекул, равно нулю. При наличии внешнего поля происходит перераспределение заряженных частиц, и в веществе возникает собственное электрическое поле. Полное электрическое поле складывается в соответствии с принципом суперпозиции из внешнего поля и внутреннего поля , создаваемого заряженными частицами вещества. Вещество многообразно по своим электрическим свойствам. Наиболее широкие классы вещества составляют проводники и диэлектрики. Проводник - это тело или материал, в котором электрические заряды начинают перемещаться под действием сколь угодно малой силы. Поэтому эти заряды называют свободными. В металлах свободными зарядами являются электроны, в растворах и расплавах солей (кислот и щелочей) - ионы. Диэлектрик - это тело или материал, в котором под действием сколь угодно больших сил заряды смещаются лишь на малое, не превышающее размеров атома расстояние относительно своего положения равновесия. Такие заряды называются связанными.
Поляризация диэлектриков — явление, связанное с ограниченным смещением связанных зарядов в диэлектрике и поворотом электрических диполей под воздействием внешнего электрического поля. Поляризацию диэлектриков характеризует вектор электрической поляризации. Физический смысл: поляризованность — это дипольный момент, который приобретают полярные молекулы, в единице объема диэлектрика. Поляризация диэлектрика — состояние диэлектрика, которое характеризуется наличием электрического момента у любого элемента его объема. Типы поляризации Электронная — смещение электронных оболочек атомов под действием внешнего электрического поля. Самая быстрая поляризация (до 10-15 с)
Электрический дипольный момент Простейшая система зарядов, имеющая определенный (не зависящий от выбора начала координат) ненулевой дипольный момент — это диполь (две точечные частицы с одинаковыми по величине разноимёнными зарядами). Электрический дипольный момент такой системы по модулю равен произведению величины положительного заряда на расстояние между зарядами и направлен от отрицательного заряда к положительному. Вектор поляризации направлен от отрицательного заряда к положительному.
Теорема Фарадэя - ЭДС индукции численно равна скорости изменения магнитного потока пронизывающего контур где а
Весь диапазон инфракрасного излучения делят на три составляющих:
коротковолновая область: λ = 0,74—2,5 мкм;
средневолновая область: λ = 2,5—50 мкм;
длинноволновая область: λ = 50—2000 мкм.
Законы теплового излучения – излучение тела обуславливается его нагревом и совершается за счет теплового движения частиц. Основной хар-кой теплового излучения является энергетическая светимость Me [Вт/м2] – количество энергии излучаемое за единицу времени по всем направлениям с единицы площади поверхности тела во всем диапазоне длин волн.
Закон Стефана – Больцмана: Энергетическая светимость абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры 2) Закон смещения Вина: длина волны λ, на которую приходится максимум излучения в спектре абсолютно черного тела, обратно пропорциональна абсолютной температуре.
Теоретически излучение абсолютно черного тела было исследовано и рассчитано Планком в 1900 году, который впервые предположил, что энергия испускается в виде отдельных порций: постулат Планка. Постулат Планка: Е = hv, где
h = 6,626 · 10-34 Дж·с – постоянная Планка.
Формула Планка для расчета спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела имеет вид где c = 3·108 м/с – скорость света в вакууме, k = 1,38·10-23 Дж/К – постоянная Больцмана. h –постоянная планка.
Основываясь на законе о равнораспределении энергии по степеням свободы: на каждое электромагнитное колебание приходится в среднем энергия, складываемая из двух частей kT. Одну половинку вносит электрическая составляющая волны, а вторую — магнитная. Само по себе, равновесное излучение в полости, можно представить как систему стоячих волн. Количество стоячих волн в трехмерном пространстве дается выражением:
.
В нашем случае скорость следует положить равной , более того, в одном направлении могут двигаться две электромагнитные волны с одной частотой, но со взаимно перпендикулярными поляризациями, тогда (1) вдобавок следует помножить на два:
.
Релей и Джинс каждому колебанию приписали энергию . Помножив (2) на ,получим плотность энергии, которая приходится на интервал частот :
,
тогда:
.
Зная связь испускательной способности абсолютно черного тела с равновесной плотностью энергии теплового излучения , для находим:
Выражения (3) и (4), называют формулой Релея-Джинса.
Интерференция в тонкой плёнке. Альфа — угол падения, бета — угол отражения, жёлтый луч отстанет от оранжевого, они сводятся глазом в один и интерферируют.
Основные интерференционные схемы:
1)Метод Юнга
Источником света служит ярко освещенная щель, от которой световая волна падает на две узкие равноудаленные щели, параллельные первой.
Они играют роль двух когерентных источников. Интерференционная картина наблюдается на экране, расположенном на некотором расстояние параллельно двум щелям.
2)Зеркала Френеля
Схема опыта Френеля с зеркалами.
S — точечный источник света;
Z1, Z2 — зеркала;
S1, S2 — мнимые изображения источника света;
E — экран;
D — область перекрытия потоков света от мнимых источников, где наблюдается интерференция;
B — бленда для защиты от засветки экрана источником света.
Для наглядности угол между зеркалами на рисунке утрированно увеличен.
Свет от источника падает расходящимся пучком на два плоских зеркала, расположенных относительно друг друга под углом, лишь немного отличающимся от 180°. Световые пучки, отразившиеся от обоих зеркал, можно считать когерентными и будет наблюдаться интерференционная картина в области их взаимного перекрывания.
3)Бипризма Френеля
Она состоит из двух одинаковых, сложенных основаниями призм с малыми преломляющими углами. Свет от источника преломляется в обоих призмах, в результате чего за бипризмой распространяются световые лучи, являющиеся когерентными. В области экрана происходит их наложение и наблюдается интерференция.
Фотоэффе́кт — это испускание электронов веществом под действием света (или любого другого электромагнитного излучения). В конденсированных веществах (твёрдых и жидких) выделяют внешний и внутренний фотоэффект.
Законы фотоэффекта:
Формулировка 1-го закона фотоэффекта: Сила фототока прямо пропорциональна плотности светового потока.
Согласно 2-му закону фотоэффекта, максимальная кинетическая энергия вырываемых светом электронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности.
3-й закон фотоэффекта: для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, то есть минимальная частота света (или максимальная длина волны λ0), при которой ещё возможен фотоэффект, и если , то фотоэффект уже не происходит.
Теоретическое объяснение этих законов было дано в 1905 году Эйнштейном. Согласно ему, электромагнитное излучение представляет собой поток отдельных квантов (фотонов) с энергией hν каждый, где h — постоянная Планка. При фотоэффекте часть падающего электромагнитного излучения от поверхности металла отражается, а часть проникает внутрь поверхностного слоя металла и там поглощается. Поглотив фотон, электрон получает от него энергию и, совершая работу выхода φ, покидает металл
Эффект Комптона
Эффект Комптона (Комптон-эффект, Комптоновское рассеяние) — некогерентное рассеяние фотонов на свободных электронах.Эффект сопровождается изменением частоты фотонов, часть энергии которых после рассеяния передается электронам. Обнаружен американским физиком Артуром Комптоном в 1923 году в экспериментах с рентгеновским излучением. В 1927 Комптон получил за это открытие Нобелевскую премию по физике.
Иллюстрация к Эфекту комптона. Излучение с длиной волны направлено слева направо. После взаимодействия с электроном оно меняет длину волны на , а направление на угол относительно первоначального направления. Стрелкой указано направление движения электрона, с которым провзаимодействовал фотон.
При рассеянии фотона на покоящемся электроне частоты фотона и (до и после рассеяния соответственно) связаны соотношением:
где — угол рассеяния (угол между направлениями распространения фотона до и после рассеяния).
Перейдя к длинам волн:
где — комптоновская длина волны электрона, равная м.
Уменьшение энергии фотона в результате комптоновского рассеяния называется комптоновским сдвигом. Объяснениеэффекта Комптона в рамках классической электродинамики невозможно, так как рассеяние электромагнитной волны на заряде (томсоновское рассеяние) не меняет её частоты.
Эффект Комптона является одним из доказательств справедливости корпускулярно-волнового дуализма микрочастиц и подтверждает существование фотонов.
В современном обозначении записывается
Т.о. физический смысл первого уравнения Максвелла состоит в том, что магнитное поле в некоторой области пространства связано не только с токами проводимости, протекающими в этой области, но и с изменением электрического поля во времени в этой области(токами смещения).
Это означает, что циркуляция вектора по контуру L равна сумме токов проводимости и смещения.
Подставляя 1.10, 1.11 в 1.9, получим
Уравнение 1.12 называют первым уравнением Максвелла в интегральной форме.
Получим дифференциальную форму уравнения Максвелла. Для этого воспользуемся уравнением Стокса, которое преобразует контурный интеграл вповерхностный:
Применим уравнение 1.13 к левой части уравнения 1.12. Получим
Уравнение 1.14 справедливо, если равны подынтегральные функции, то есть
Уравнение 1.15 есть первое уравнение Максвелла в дифференциальной форме.
Для изотропных сред
Подставим в 1.15
Дифференциальная форма первого уравнения Максвелла используется в том случае, когда производные поля по координатам пространства непрерывны. Интегральная форма 1.12 такого ограничения не имеет.
Второе уравнение Максвелла - это обобщение закона индукции Фарадея для диэлектрической среды в свободном пространстве
где Ф – поток магнитной индукции, пронизывающий проводящий контур и создающий в нем ЭДС. ЭДС создается не только в проводящем контуре, но и в некотором диэлектрическом контуре в виде электрического тока смещения.
(1.17)
Физический смысл второго уравнения Максвелла состоит в том, что электрическое поле в некоторой области пространства связано с изменением магнитного поля во времени в этой области. То есть переменное магнитное поле возбуждает вихревое электрическое поле.
Получим второе уравнение Максвелла в интегральной форме
Уравнение 1.19 – второе уравнение Максвелла в интегральной форме.
Воспользуемся уравнением Стокса 1.13, преобразуем левую часть уравнения 1.19:
Уравнение 1.20 есть второе уравнение Максвелла в дифференциальной форме.
В изотропных средах
Подставим в уравнение 1.21, получим
Третье уравнение Максвелла определяет источники электрического поля. Физический смысл этого уравнения состоит в том, что электрическое поле в некоторой области пространства связано с электрическим зарядом внутри этой поверхности.
Исходным для этого уравнения является уравнение Гаусса, которое говорит о том, что поток вектора через замкнутую поверхность S равен заряду Q, заключенному в данной поверхности:
где ρ – объемная плотность заряда.
Подставим 1.24 в 1.23, получим
Уравнение 1.25 есть третье уравнение Максвелла в интегральной форме.
Для того чтобы получить интегральную форму, воспользуемся теоремой Гаусса-Остроградского, которая устанавливает связь между объемным и поверхностным интегралом:
Применим 1.26 к левой части уравнения 1.25, получим
Данное равенство справедливо только в том случае, когда равны подынтегральные функции:
Уравнение 1.27 – третье уравнение Максвелла в интегральной форме.
Заменим
и получим следующее уравнение
Для переменных полей заряды и токи связаны соотношением
где - сила тока проводимости;
jпр – плотность тока проводимости;
В итоге, с учетом этих соотношений получим
Воспользуемся теоремой Гаусса – Остроградского
Или
Уравнение 1.30 выражает закон сохранения заряда:
Источник тока проводимости – это изменение заряда во времени.
Уравнение 1.30 также является необходимым дополнением к системе уравнений Максвелла, так как в этой системе необходимо было связать ρ и . Это уравнение можно вывести, воспользовавшись уже имеющимися уравнениями Максвелла. Запишем систему уравнений Максвелла
Применим оператор div к первому уравнению Максвелла:
§1.5. Четвертое уравнение Максвелла.
Четвертое уравнение Максвелла устанавливает отсутствие магнитных зарядов и то, что магнитные силовые линии всегда замкнуты. В интегральном виде этот факт записывается в виде уравнения
Поток вектора магнитной индукции через замкнутую поверхность равен нулю, поскольку магнитных зарядов одного знака в природе не обнаружено.
Применяя теорему Гаусса – Остроградского
Или
Уравнение 1.31 – это четвертое уравнение Максвелла в дифференциальной форме
Как классический пример, свет можно трактовать как поток корпускул (фотонов), которые во многих физических эффектах проявляют свойства электромагнитных волн. Свет демонстрирует свойства волны в явлениях дифракции и интерференции при масштабах, сравнимых с длиной световой волны. Например, даже одиночные фотоны, проходящие через двойную щель, создают на экране интерференционную картину, определяемую уравнениями Максвелла[2].
Тем не менее, эксперимент показывает, что фотон не есть короткий импульс электромагнитного излучения, например, он не может быть разделён на несколько пучков оптическими делителями лучей, что наглядно показал эксперимент, проведённый французскими физиками Гранжье, Роже и Аспэ в 1986 году[3]. Корпускулярные свойства света проявляются при фотоэффекте и в эффекте Комптона. Фотон ведет себя и как частица, которая излучается или поглощается целиком объектами, размеры которых много меньше его длины волны (например, атомными ядрами), или вообще могут считаться точечными (например, электрон).
В природе все вещества являются магнетиками, так как обладают способностью намагничиваться во внешнем магнитном поле. В зависимости от знака магнитной восприимчивости χ магнетики делятся на три группы:
Диамагнетиками называются вещества с магнитной восприимчивостью χ < 0, намагничивающиеся во внешнем магнитном поле в направлении, противоположном направлению вектора напряженности внешнего поля: .
Рис. 2. Зависимость J = f(H) для диамагнетиков и парамагнетиков
диамагнетикам относятся вещества, атомы которых имеют полностью заполненные электронные оболочки. Вследствие этого полный магнитный момент атома диамагнетика в отсутствие внешнего магнитного поля равен нулю. Диамагнетиками являются инертные газы, молекулярный водород и азот, цинк, медь, золото, висмут, парафин и др. Магнитная проницаемость диамагнетиков µ < 1.
При внесении во внешнее магнитное поле атомы диамагнетика приобретают индуцированный магнитный момент, который, согласно правилу Ленца, направлен против внешнего поля. В результате диамагнетик намагничивается так, что поле внутри объема диамагнетика ослабляется.
Намагниченность диамагнетиков, индуцированная внешним магнитным полем, зависит от величины напряженности внешнего поля полинейному закону и исчезает при снятии поля (рис. 2).
Парамагнетиками называются вещества с магнитной восприимчивостью χ > 0, намагничивающиеся во внешнем магнитном поле в направлении, совпадающем с направлением вектора напряженности внешнего поля: .
К парамагнетикам относятся вещества, обладающие незаполненными внешними оболочками атомов, а также содержащие нечетное число электронов в валентной оболочке. Поэтому полный магнитный момент атома парамагнетика в отсутствие внешнего магнитного поля отличен от нуля. Парамагнетиками являются переходные и редкоземельные элементы, атом кислорода, у которого имеется четное число электронов, но спиновые магнитные моменты двух из них не скомпенсированы. Магнитная проницаемость парамагнетиков µ > 1.
В отсутствие внешнего магнитного поля парамагнетики намагниченностью не обладают, так как вследствие теплового движения магнитные моменты атомов парамагнетика ориентированы беспорядочно и при их векторном сложении результирующий магнитный момент вещества равен нулю.
При внесении парамагнетиков во внешнее магнитное поле устанавливается преимущественная ориентация магнитных моментов атомов вдоль направления поля. Парамагнетик намагничивается, создавая собственное магнитное поле, совпадающее по направлению с внешним полем . Поэтому внутри объема парамагнетика магнитное поле усиливается. Намагниченность парамагнетиков линейно зависит от величины напряженности внешнего поля (рис. 2).
При уменьшении внешнего магнитного поля до нуля вследствие теплового движения преимущественная ориентация магнитных моментов нарушается и парамагнетик размагничивается.
Диамагнетики и парамагнетики являются слабомагнитными веществами, так как значение их магнитной восприимчивости χ относительно невелико.
Ферромагнетиками называются вещества, обладающие, в отсутствие внешнего магнитного поля, спонтанной намагниченностью в определенном интервале температур.
Ферромагнетизм обнаруживают кристаллы только девяти химических элементов: три 3d-металла (Fe, Co, Ni) и шесть 4f-металла (Gd, Dy, Tb, Ho, Er, Tm). Однако имеется также большое число сплавов и химических соединений, обладающих ферромагнитными свойствами.
Общим признаком для всех ферромагнетиков является наличие атомов с недостроенными d- или f-оболочками. Такие атомы имеют нескомпенсированный магнитный момент. Наличие спонтанной намагниченности свидетельствует о том, что магнитные моменты атомов в определенных областях ферромагнетика ориентированы не случайным образом, как в парамагнетике, а упорядоченно-параллельно друг другу.
Опытами Эйнштейна – де Газа и Барнетта было доказано, что ферромагнетизм связан с упорядочением спиновых магнитных моментов атомов. В ферромагнетике межатомное взаимодействие приводит к появлению сил, выстраивающих спиновые магнитные моменты электронов параллельно друг другу. В результате этого в ферромагнетике образуются области спонтанной намагничеснности, называемые доменами.
Домен – микроскопическая область ферромагнетика размером 10-3 – 10-2 см, которая спонтанно намагничена до насыщения и обладает определенным магнитным моментом.
Направления магнитных моментов у различных доменов различны. Поэтому в отсутствие внешнего магнитного поля суммарный магнитный момент всего объема ферромагнетика равен нулю. Представление о доменах позволяет объяснить закономерности намагничивания ферромагнетиков.
13.
Уравнение Шредингера, примененное к атому водорода, позволяет получить результаты боровской теории атома водорода без привлечения постулатов Бора и условия квантования. Квантование энергии возникает как естественное условие, появляющееся при решении уравнения Шредингера, в некотором смысле аналогичное причине квантования энергии для частицы в потенциальной яме. Применить стационарное уравнение Шредингера (7.3) к атому водорода это значит:
а) подставить в это уравнение выражение для потенциальной энергии взаимодействия электрона с ядром
б) в качестве m подставить me - массу электрона (если пренебречь, как и в лекции N 4, движением ядра).
После этого получим уравнение Шредингера для атома водорода:
Постулаты
Для получения энергетических уровней в атоме водорода в рамках модели Бора записывается второй закон Ньютона для движения электрона по круговой орбите в поле кулоновской силы тот притяжения:
где m — масса электрона, e — его заряд, Z — заряд ядра и k — кулоновская константа, зависящая от выбора системы единиц. Это соотношение позволяет выразить скорость электрона через радиус его орбиты:
Энергия электрона равна разности кинетической энергии движения и его потенциальной энергии:
Используя правило квантования Бора, можно записать:
откуда радиус орбиты выражается через квантовое число n. Подстановка радиуса в выражение для энергии даёт:
≈ 13,6 эВ
называется постоянной Ридберга. Она равна энергии связи электрона в атоме водорода в основном состоянии, т.е. минимальной энергии, необходимой для ионизации атома водорода в низшем (стабильном) энергетическом состоянии
14. Электромагнитные колебания. Правила Кирхгофа для квазистационарных токов
Правила кирхгофа
Первое правило Кирхгофа гласит, что алгебраическая сумма токов в каждом узле любой цепи равна нулю. При этом втекающий в узел ток принято считать положительным, а вытекающий — отрицательным:
Иными словами, сколько тока втекает в узел, столько из него и вытекает. Это правило следует из фундаментального закона сохранения заряда.
Второе правило Кирхгофа (правило напряжений Кирхгофа) гласит, что алгебраическая сумма падений напряжений на всех ветвях, принадлежащих любому замкнутому контуру цепи, равна алгебраической сумме ЭДС ветвей этого контура. Если в контуре нет источников ЭДС (идеализированных генераторов напряжения), то суммарное падение напряжений равно нулю:
для постоянных напряжений
для переменных напряжений
Это правило вытекает из 3-го уравнения Максвелла, в частном случае стационарного магнитного поля.
Иными словами, при полном обходе контура потенциал, изменяясь, возвращается к исходному значению. Частным случаем второго правила для цепи, состоящей из одного контура, является закон Ома для этой цепи. При составлении уравнения напряжений для контура нужно выбрать положительное направление обхода контура. При этом падение напряжения на ветви считают положительным, если направление обхода данной ветви совпадает с ранее выбранным направлением тока ветви, и отрицательным — в противном случае (см. далее).
Правила Кирхгофа справедливы для линейных и нелинейных линеаризованных цепей при любом характере изменения во времени токов и напряжений.
Электромагнитные колебания
Электромагнитными колебаниями называются периодические изменения напряженности Е и индукции В.
Электромагнитными колебаниями являются радиоволны, микроволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи, гамма-лучи.
15. Частица в бесконечно глубокой потенциальной яме.
|
Уравнение Шрёдингера для частицы в одномерной потенциальной яме. Пусть частица массой m движется в потенциальном поле, вид которого изображен на рисунке 7.4.2. Движение частицы одномерное и ограничено непроницаемыми «стенками», говорят, что объект изучения находится в глубокой одномерной потенциальной «яме». Потенциальная энергия частицы вне и внутри потенциальной «ямы» имеет следующие значения: U = 0 для ; U= для . |
|
Рисунок 7.4.2. – Вид потенциального поля, называемого одномерной глубокой «потенциальной ямой» |
|
Уравнение Шрёдингера (стационарное) для одномерной задачи имеет вид: |
16 Ядерные реакции
Ядерными реакциями называют процессы превращения атомных ядер, вызванные их взаимодействием друг с другом или с элементарными частицами.
При записи ядерной реакции слева пишется сумма исходных частиц, затем ставится стрелка, а за ней сумма конечных продуктов. Например,
Эту же реакцию можно записать в более короткой символической форме
При рассмотрении ядерных реакций используются точные законы сохранения: энергии, импульса, момента импульса, электрического заряда и другие. Если в качестве элементарных частиц в ядерной реакции фигурируют только нейтроны, протоны и γ – кванты, то в процессе реакции сохраняется и число нуклонов. Тогда должны соблюдаться баланс нейтронов и баланс протонов в начальном и конечном состояниях. Для реакции получим:
- число протонов 3 + 1 = 0 + 4;
- число нейтронов 4 + 0 = 1 + 3.
Пользуясь этим правилом можно идентифицировать одного из участников реакции, зная остальных. Достаточно частыми участниками ядерных реакций являются α – частицы ( - ядра гелия), дейтроны ( - ядра тяжелого изотопа водорода, содержащие кроме протона по одному нейтрону) и тритоны ( - ядра сверхтяжелого изотопа водорода, содержащие кроме протона два нейтрона).
Разность энергий покоя начальных и конечных частиц определяет энергию реакции. Она может быть как больше нуля, так и меньше нуля. В более полной форме рассмотренная выше реакция записывается так:
где Q – энергия реакции. Для ее расчета с помощью таблиц свойств ядер сравнивают разность суммарной массы исходных участников реакции и суммарной массы продуктов реакции. Затем полученная разность масс (обычно выраженную в а.е.м.) пересчитывается в энергетические единицы (1 а.е.м. соответствует 931,5 МэВ).
17 Элементы зонной теории кристаллов. Металлы, диэлектрики и полупроводники
Зонная теория твердых тел позволила с единой точки зрения истолковать существование металлов, диэлектриков и полупроводников, объясняя различие в их электрических свойствах, во-первых, неодинаковым заполнением электронами разрешенных зон и, во-вторых, шириной запрещенных зон.
Степень заполнения электронами энергетических уровней в зоне определяется заполнением соответствующих атомных уровней. Если при этом какой-то энергетический уровень полностью заполнен, то образующаяся энергетическая зона также заполнена целиком. В общем случае можно говорить о валентной зоне, которая полностью заполнена электронами и образована из энергетических уровней внутренних электро нов свободных атомов, и о зоне проводимости (свободной зоне), которая либо частично заполнена электронами, либо свободна и образована из энергетических уровней внеш них «коллективизированных» электронов изолированных атомов.
В зависимости от степени заполнения зон электронами и ширины запрещенной зоны возможны четыре случая, изображенные на рис. 314. На рис. 314, а самая верхняя зона, содержащая электроны, заполнена лишь частично, т. е. в ней имеются вакантные уровни. В данном случае электрон, получив сколь угодно малую энергетическую «добавку» (например, за счет теплового движения или электрического поля), сможет перейти на более высокий энергетический уровень той же зоны, т. е. стать свободным и участвовать в проводимости. Внутризонный переход вполне возможен, так как, например, при 1 К энергия теплового движения kT»10–4 эВ, т. е. гораздо больше разности энергий между соседними уровнями зоны (примерно 10–22 эВ). Таким образом, если в твердом теле имеется зона, лишь частично заполненная электронами, то это тело всегда будет проводником электрического тока. Именно это свойственно металлам.
Твердое тело является проводником электрического тока и в том случае, когда валентная зона перекрывается свободной зоной, что в конечном счете приводит к не полностью заполненной зоне (рис. 314, б). Это имеет место для щелочноземельных элементов, образующих II группу таблицы Менделеева (Be, Mg, Ca, Zn, ...). В данном случае образуется так называемая «гибридная» зона, которая заполняется валентными электронами лишь частично. Следовательно, в данном случае металлические свойства щелочноземельных элементов обусловлены перекрытием валентной и свободной зон.
Помимо рассмотренного выше перекрытия зон возможно также перераспределение электронов между зонами, возникающими из уровней различных атомов, которое может привести к тому, что вместо двух частично заполненных зон в кристалле окажутся одна полностью заполненная (валентная) зона и одна свободная зона (зона проводимости). Твердые тела, у которых энергетический спектр электронных состоя ний состоит только из валентной зоны и зоны проводимости, являются диэлектриками или полупроводниками в зависимости от ширины запрещенной зоны DЕ.
Если ширина запрещенной зоны кристалла порядка нескольких электрон-вольт, то тепловое движение не может перебросить электроны из валентной зоны в зону прово димости и кристалл является диэлектриком, оставаясь им при всех реальных тем пературах (рис. 314, в). Если запрещенная зона достаточно узка (DЕпорядка 1 эВ), то переброс электронов из валентной зоны в зону проводимости может быть осуществлен сравнительно легко либо путем теплового возбуждения, либо за счет внешнего источника, способного передать электронам энергию DЕ, и кристалл является полупровод ником (рис. 314, г).
Различие между металлами и диэлектриками с точки зрения зонной теории состоит в том, что при 0 К в зоне проводимости металлов имеются электроны, а в зоне проводимости диэлектриков они отсутствуют. Различие же между диэлектриками и полупроводниками определяется шириной запрещенных зон: для диэлектриков она довольно широка (например, для NaCl DЕ=6 эВ), для полупроводников — достаточно узка (например, для германия DЕ=0,72 эВ). При температурах, близких к 0 К, полупроводники ведут себя как диэлектрики, так как переброса электронов в зону проводимости не происходит. С повышением температуры у полупроводников растет число электронов, которые вследствие теплового возбуждения переходят в зону проводимости, т. е. электрическая проводимость проводников в этом случае увеличивается.
18. Квантовые статистики Бозе-Энштейна и Ферми-Дирака.
Одним из важнейших «объектов» изучения квантовой статистики, как и классической, является идеальный газ. Это связано с тем, что во многих случаях реальную систему можно в хорошем приближении считать идеальным газом. Состояние системы невзаимодействующих частиц задается с помощью так называемых чисел заполнения Ni - чисел, указывающих степень заполнения квантового состояния (характеризуется данным набором i квантовых чисел) частицами системы, состоящей из многих тождест венных частиц. Для систем частиц, образованных бозонами - частицами с нулевым или целым спином (см. § 226), числа заполнения могут принимать любые целые значения: 0, 1, 2, ... (см. § 227). Для систем частиц, образованных фермионами - частицами с полуцелым спином (см. § 226), числа заполнения могут принимать лишь два значения: 0 для свободных состояний и 1 для занятых (см. § 227). Сумма всех чисел заполнения должна быть равна числу частиц системы. Квантовая статистика позволяет подсчитать среднее число частиц в данном квантовом состоянии, т. е. определить средние числа заполнения áNiñ.
Идеальный газ из бозонов - бозе-газ - описывается квантовой статистикой Бозе - Эйнштейна*. Распределение бозонов по энергиям вытекает из так называемого большого канонического распределения Гиббса (с переменным числом частиц) при условии, что число тождественных бозонов в данном квантовом состоянии может быть любым (см. § 227):
(235.1)
Это распределение называется распределением Боэе - Эйнштейна. Здесь áNiñ - среднее число бозонов в квантовом состоянии с энергией Ei, k - постоянная Больцмана, T-термодинамическая температура, m -химический потенциал; m не зависит от энергии, а определяется только температурой и плотностью числа частиц. Химический потенциал находится обычно из условия, что сумма всех áNiñ равна полному числу частиц в системе. Здесь m £ 0, так как иначе среднее число частиц в данном квантовом состоянии отрицательно, что не имеет физического смысла. Он определяет изменение внутренней энергии системы при добавлении к ней одной частицы при условии, что все остальные величины, от которых зависит внутренняя энергия (энтропия, объем), фиксированы.
Идеальный газ из фермионов - фермн-газ - описывается квантовой статистикой Ферми - Дирака**. Распределение фермионов по энергиям имеет вид
(235.2)
где áNiñ - среднее число фермионов в квантовом состоянии с энергией Еi, m - химический потенциал. В отличие от (235.1) m может иметь положительное значение (это не приводит к отрицательным значениям чисел áNiñ). Это распределение называется распределением Ферми - Дирака.
(235.3) (235.4)
Таким образом, при высоких температурах оба «квантовых» газа ведут себя подобно классическому газу.
Система частиц называется вырожденной, если ее свойства существенным образом отличаются от свойств систем, подчиняющихся классической статистике. Поведение как бозе-газа, так и ферми-газа отличается от классического газа, они являются вырожденными газами. Вырождение газов становится существенным при весьма низких температурах и больших плотностях. Параметром вырождения называется величина А. При A << 1, т. е. при малой степени вырождения, распределения Бозе - Эйнштейна (235.1) и Ферми - Дирака (235.2) переходят в классическое распределение Максвелла - Больцмана (235.3).
Температурой вырождения Т0 называется температура, ниже которой отчетливо проявляются квантовые свойства идеального газа, обусловленные тождественностью частиц, т. е. T0 - температура, при которой вырождение становится существенным. Если Т >> T0, то поведение системы частиц (газа) описывается классическими законами.
19. Теплоемкость кристаллов. Теория Дебая.
ДЕБАЯ ТЕОРИЯ твёрдого тела - теория, описывающая колебания кристаллич. решётки и обусловленные ими термодинамич. свойства твёрдого тела; предложена П. Дебаем в 1912 в связи с задачей о теплоёмкости кристалла. Д. т. основана на упрощённом представлении твёрдого тела как изотропной упругой среды, атомы к-рой совершают колебания в конечном диапазоне частот.
Кристаллич. решётка, состоящая из N элементарных ячеек по v атомов в каждой, имеет колебат. степеней свободы. С механич. точки зрения, такую систему можно описывать как совокупность независимых осцилляторов, каждый из к-рых соответствует отд. нормальному колебанию системы (см. Колебания кристаллической решётки). Вычисление статистической суммы и, следовательно, термодинамич. ф-ций такой системы в общем виде невозможно, т. к. результат существенно зависит от конкретного распределения частот по спектру колебаний твёрдого тела, т. е. от плотности колебат. состояний , где - частота колебаний. Однако в предельном случае низких темп-р задача упрощается, т. к. возбуждаются только колебания низких частот ( , T - абс. темп-pa). Они представляют собой звуковые волны с линейным законом дисперсии: для продольных и для поперечных волн ( - продольная и поперечная скорости распространения волн, k - волновое число). T. о., при низких темп-pax дискретная структура кристаллич. решётки не проявляется
Теплоемкость кристаллов
Согласно классическим представлениям кристалл яв ляется системой с 3N колебательными степенями сво боды (N — число атомов в кристалле), на каждую из ко торых приходится в среднем энергия kT ('/2 kT в виде кинетической и '/2 kT в виде потенциальной энергии).
Из этих представлений вытекает закон Дюлонга и Пти, согласно которому атомная теплоемкость всех химиче ски простых тел в кристаллическом состоянии одинакова и равна 3R (см. т. I, § 141). Этот закон выполняется до статочно хорошо только при сравнительно -высоких тем пературах. При низких температурах теплоемкость кри сталлов убывает, стремясь к нулю при приближении к 0°К-
19.Теплоемкость кристаллов. Теория Дебая.
Статистическая теория разбавленных растворов сильных электролитов, согласно которой каждый ион действием своего электрического заряда поляризует окружение и образует вокруг себя некоторое преобладание ионов противоположного знака — так называемую ионную атмосферу.
В отсутствие внешнего электрического поля ионная атмосфера имеет сферическую симметрию, и её заряд равен по величине и противоположен по знаку заряда, создающего её центрального иона. В этой теории не уделено почти никакого внимания образованию пар противоположно заряженных ионов путём непосредственного взаимодействия между ними.
20.P-n переход. Полупроводниковые диод и транзистор.
Это свойство используют для создания полупроводниковых диодов, которые применяют для выпрямления переменного тока. В полупроводниковом диоде р-n- переход можно получить, вплавляя, например, каплю индия в кристалл германия. Германий служит катодом, а индий – анодом. В результате диффузии атомов индия внутрь монокристалла германия у поверхности германия образуется область с проводимостью р - типа. Та область, куда не проникают атомы индия, имеет проводимость n – типа. Возникает р-n- переход. Кристалл помещают в металлический корпус.
Достоинствами полупроводниковых диодов являются их прочность, малая масса, долговечность. Однако они могут работать в ограниченном интервале температур (от – 70оС до + 125оС).
В начале 50-х годов ХХ века в науке стали применять транзисторы. Они содержат в себе два р-n- перехода. Транзисторы предназначены, главным образом, для усиления, генерирования и преобразования электрических колебаний различных частот. Наиболее массовый транзистор представляет собой пластинку германия, кремния или другого полупроводника, обладающего электронной или дырочной проводимостью, в объеме которой искусственно созданы две области, противоположные по электрической проводимости. Пластинка полупроводника и две области в ней образуют два р-n- перехода, каждый из которых обладает такими же электрическими свойствами, как и полупроводниковый диод. Независимо от структуры транзистора пластинку полупроводника называю базой Б, область меньшего объема – эмиттером Э, а область большего объема – коллектором К.
22.Дифракция Фраунгофера.
Дифракция Фраунгофера — случай дифракции, при котором дифракционная картина наблюдается на значительном расстоянии от отверстия или преграды. Расстояние должно быть таким, чтобы можно было пренебречь в выражении для разности фаз членами порядка p ^2/z*lambda, что сильно упрощает теоретическое рассмотрение явления. Здесь z — расстояние от отверстия или преграды до плоскости наблюдения, lambda — длина волны излучения, а p— радиальная координата рассматриваемой точки в плоскости наблюдения в полярной системе координат. Иными словами, дифракция Фраунгофера наблюдается тогда, когда число зон Френеля F (меньше или равно) 1, при этом приходящие в точку волны являются практически плоскими. При наблюдении данного вида дифракции изображение объекта не искажается и меняет только размер и положение в пространстве. В противоположность этому, при дифракции Френеля изображение меняет также свою форму и существенно искажается.
Дифракционные явления Фраунгофера имеют большое практическое значение, лежат в основе принципа действия многих спектральных приборов, в частности, дифракционных решёток. В последнем случае для наблюдения светового поля «в бесконечности» используются линзы или вогнутые дифракционные решетки (соответственно, экран ставится в фокальной плоскости).
23. Законы постоянного тока.
Направленное движение электрических зарядов называют электрическим током. В металлах могут свободно перемещаться электроны, в проводящих растворах - ионы, в газах могут существовать в подвижном состоянии и электроны, и ионы.
Условно за направление тока считают направление движения положительных частиц, ток идет от(+) к (-), поэтому в металлах это направление противоположно направлению движения электронов.
Сила тока I- величина заряда, проходящего в единицу времени через полное сечение проводника. Если за время t через полное сечение проводника прошел заряд q, то
I=q/t.
Единица измерения силы тока - Ампер. Если состояние проводника (его температура и др.) стабильно, то между приложенным к его концам напряжением и возникающим при этом током существует связь. Она называется Закон Ома и записывается так:
I=U/R.
R - электрическое сопротивление проводника, зависящее от рода вещества и от его геометрических размеров. Единичным сопротивлением обладает проводник, в котором возникает ток 1 А при напряжении 1 В. Эта единица сопротивления называется Ом.
Различают последовательное и параллельное соединения проводников.
При последовательном соединении ток, протекающий по всем участкам цепи, одинаков, а напряжение на концах цепи равна сумме напряжений на всех участках.
U=U1+U2+Un
Общее сопротивление равно сумме сопротивлений
R=R1+R2+Rn
При параллельном соединении проводников постоянным остается напряжение, а ток складывается из суммы токов, протекающих по всем ветвям.
I=I1+I2+In
В этом случае складываются величины, обратные сопротивлению:
1/R= 1/R1+1/R2 или можно записать так
Для получения постоянного тока на заряды в электрической цепи внутри источника тока должны действовать силы, отличные от сил электростатического поля; их называют сторонними силами.
Если рассматривать полную электрическую цепь, необходимо включить в нее действие этих сторонних сил и внутренне сопротивление источника тока r. В этом случае закон Ома для полной цепи примет вид:
I=E/(R+r).
Е - электродвижущая сила (ЭДС) источника. Она измеряется в тех же единицах, что и напряжение.
Величину (R+r) называют иногда полным сопротивлением цепи.
Сформулируем правила Киркгофа:
Первое правило: алгебраическая сумма сил токов в участках цепи, сходящихся в одной точке разветвления, равна нулю.
Второе правило: для любого замкнутого контура сумма всех падений напряжения равна сумме всех ЭДС в этом контуре.
Мощность тока рассчитывается по формуле
P=UI=I2R=U2/R.
Закон Джоуля-Ленца. Работа электрического тока (тепловое действие тока)
A=Q=UIt=I2Rt=U2t/R.
24.Периодическая система элементов Д.И. Менделеева.
Наиболее распространёнными являются 3 формы таблицы Менделеева: «короткая» (короткопериодная), «длинная» (длиннопериодная) и «сверхдлинная». В «сверхдлинном» варианте каждый период занимает ровно одну строчку. В «длинном» варианте лантаноиды и актиноиды вынесены из общей таблицы, делая её более компактной. В «короткой» форме записи, в дополнение к этому, четвёртый и последующие периоды занимают по 2 строчки; символы элементов главных и побочных подгрупп выравниваются относительно разных краёв клеток.
Помимо перечисленных выше, периодическому закону соответствуют и некоторые другие характеристики элементов:
Электронная конфигурация. Организация электронов демонстрирует определенный повторяющийся периодический образец. Электроны занимают последовательность оболочек, которые идентифицируются числами (оболочка 1, оболочка 2 и т. д.), а те, в свою очередь, состоят из подуровней, определяемых литерами s, p, d, f и g. По мере увеличения атомного числа электроны постепенно заполняют эти оболочки; каждый раз, когда электрон впервые занимает новую оболочку, начинается новый период в таблице. Сходства в электронной конфигурации обусловливают подобие свойств элементов (наблюдение за которыми, собственно, и привело к открытию периодического закона).
Металличность / неметалличность. По мере снижения показателей энергии ионизации, электроотрицательности и энергии сродства к электрону элементы приобретают черты, характерные для металлов, а по мере их возрастания — напротив, для неметаллов. В соответствии с закономерностями для упомянутых характеристик, наиболее ярко выраженные металлы располагаются в начале периода, а неметаллы — в его конце. В группах, напротив, по мере движения сверху вниз металлические свойства усиливаются, хотя и с некоторыми исключениями из общего правила. Сочетание горизонтальных и вертикальных закономерностей придает условной разделительной линии между металлами и неметаллами ступенчатый вид; расположенные вдоль этой линии элементы иногда определяются как металлоиды
25) Законы геометрической оптики.
В связи с законом прямолинейного распространения света появилось понятие световой луч, которое имеет геометрический смысл как линия, вдоль которой распространяется свет. Реальный физический смысл имеют световые пучки конечной ширины. Световой луч можно рассматривать как ось светового пучка.Поскольку свет, как и всякое излучение, переносит энергию, то можно говорить, что световой луч указывает направление переноса энергии световым пучком. Также закон прямолинейного распространения света позволяет объяснить, как возникают солнечные и лунные затмения.
То есть предполагается, что лучи не влияют друг на друга, и распространяются так, как будто других лучей, кроме рассматриваемого, не существует.
Закон был открыт в начале XVII века голландским математиком Виллебрордом Снеллиусом[1]. Несколько позднее опубликован (и, возможно, независимо переоткрыт) Рене Декартом.
Угол падения света на поверхность связан с углом преломления соотношением
Здесь:
Поскольку геометрическая оптика не учитывает волновой природы света, в ней действует постулат, согласно которому если в какой-то точке сходятся две (или большее количество) систем лучей, то освещённости, создаваемые ими, складываются.
26
Электромагнитное излучение принято делить по частотным диапазонам (см. таблицу). Между диапазонами нет резких переходов, они иногда перекрываются, а границы между ними условны. Поскольку скорость распространения излучения (в вакууме) постоянна, то частота его колебаний жёстко связана с длиной волны в вакууме.
|
Название диапазона |
Длины волн, λ |
Частоты, ν |
Источники |
|
|
Радиоволны |
Сверхдлинные |
более 10 км |
менее 30 кГц |
Атмосферные имагнитосферныеявления. Радиосвязь. |
|
Длинные |
10 км — 1 км |
30 кГц — 300 кГц |
||
|
Средние |
1 км — 100 м |
300 кГц — 3 МГц |
||
|
Короткие |
100 м — 10 м |
3 МГц — 30 МГц |
||
|
Ультракороткие |
10 м — 1 мм |
30 МГц — 300 ГГц[4] |
||
|
Инфракрасное излучение |
1 мм — 780 нм |
300 ГГц — 429 ТГц |
Излучение молекул и атомов при тепловых и электрических воздействиях. |
|
|
Видимое (оптическое) излучение |
780—380 нм |
429 ТГц — 750 ТГц |
||
|
Ультрафиолетовое |
380 — 10 нм |
7,5·1014 Гц — 3·1016 Гц |
Излучение атомов под воздействием ускоренных электронов. |
|
|
Рентгеновские |
10 нм — 5 пм |
3·1016 — 6·1019 Гц |
Атомные процессы при воздействии ускоренных заряженных частиц. |
|
|
Гамма |
менее 5 пм |
более 6·1019 Гц |
Ядерные и космические процессы, радиоактивный распад. |
27)
Преломление на сферической поверхности. Когда луч падает на сферическую границу раздела двух сред, построение отраженного и преломленного лучей производится следующим образом: строится плоскость касания в точке падения луча на сферическую поверхность и восстанавливается нормаль к этой плоскости в точке падения (рис. 6.25). Далее преломленный луч проводится в соответствии с законом преломления.
Рассмотрим преломление лучей на сферической поверхности прозрачной среды, такой, например, как одна из поверхностей линзы. Предположим, что источник света Онаходится в среде с показателем преломления , и лучи, исходящие из него, попадают в среду с показателем преломления (рис. 6.26). Пусть R – радиус кривизны сферической границы раздела этих сред, С – центр сферы. Покажем, что все лучи, выходящие из точки О, соберутся в одной точке , являющейся изображением точки О, если ограничиться лучами, составляющими малый угол с осью и друг с другом. Такие лучи называются параксиальными. Геометрическая оптика – наука неточная, и одно из важнейших ее упрощений – приближение параксиальной оптики. Суть его заключается в том, что рассматриваются только те лучи, которые на своем пути незначительно отклоняются от оптической оси системы. Тогда угол между оптической осью и падающим лучом настолько мал, что можно считать, что .
Рис. 6.26
Рассмотрим один из лучей, выходящих из точки О. Луч преломится в точке Р на границе раздела двух сред, согласно закону преломления:
.
Поскольку мы рассматриваем параксиальные лучи, то закон преломления можно записать следующим образом:
.
Из рис. 6.26 видно, что , следовательно,
|
. |
(6.3) |
Вследствие малости углов можно считать, что , , . Подставляя значения углов в (6.3) и поделив все члены на h, получим
|
. |
(6.4) |
|
Рис.6.27 |
Из (6.4) видно, что при заданном расстоянии d от сферической поверхности до источника расстояние от сферической поверхности до изображения f не зависит от угла, который луч образует с осью. Следовательно, все параксиальные лучи сходятся в одной точке .
На рис. 6.26 лучи падают на выпуклую часть сферической поверхности. Но полученное соотношение (6.4) справедливо и для вогнутой поверхности. Это видно из рис. 6.27, если считать, что R и f являются отрицательными. Заметим, что в случае вогнутой поверхности изображение получается мнимым.
Линзы
Виды линз:
Собирающие:
1 — двояковыпуклая
2 — плоско-выпуклая
3 — вогнуто-выпуклая (положительный(выпуклый) мениск)
Рассеивающие:
4 — двояковогнутая
5 — плоско-вогнутая
6 — выпукло-вогнутая (отрицательный(вогнутый) мениск)
Эти величины находятся в зависимости между собой и определяются формулой, называемой формулой тонкой линзы (открытой Исааком Барроу):
где — расстояние от линзы до предмета; — расстояние от линзы до изображения; — главное фокусное расстояние линзы. В случае толстой линзы формула остаётся без изменения с той лишь разницей, что расстояния отсчитываются не от центра линзы, а от главных плоскостей.
28)
29) ОБА ВОПРОСА В ОДНОМ
В 1911 году Резерфорд в своём докладе «Рассеяние α- и β-лучей и строение атома» в философском обществе Манчестера заявил[4]:
Рассеяние заряженных частиц может быть объяснено, если предположить такой атом, который состоит из центрального электрического заряда, сосредоточенного в точке и окружённого однородным сферическим распределением противоположного электричества равной величины. При таком устройстве атома α- и β-частицы, когда они проходят на близком расстоянии от центра атома, испытывают большие отклонения, хотя вероятность такого отклонения мала.
Таким образом Резерфорд открыл атомное ядро, с этого момента и ведёт начало ядерная физика, изучающая строение и свойства атомных ядер.
30) Электри́ческая ёмкость — характеристика проводника, мера его способности накапливать электрический заряд. В теории электрических цепей ёмкостью называют взаимную ёмкость между двумя проводниками; параметр ёмкостного элемента электрической схемы, представленного в виде двухполюсника. Такая ёмкость определяется как отношение величины электрического заряда к разности потенциалов между этими проводниками[1].
В Международной системе единиц (СИ) ёмкость измеряется в фарадах
Конденса́тор (от лат. condensare — «уплотнять», «сгущать») — двухполюсник с определённым значением ёмкости и малойпроводимостью; устройство для накопления заряда и энергии электрического поля. Конденсатор является пассивным электронным компонентом. В простейшем варианте конструкция состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок (см. рис.). Практически применяемыеконденсаторы имеют много слоёв диэлектрика и многослойные электроды, или ленты чередующихся диэлектрика и электродов, свёрнутые в цилиндр или параллелепипед со скруглёнными четырьмя рёбрами (из-за намотки).
Конденсатор в цепи постоянного тока может проводить ток в момент включения его в цепь (происходит заряд или перезарядконденсатора), по окончании переходного процесса ток через конденсатор не течёт, так как его обкладки разделены диэлектриком. В цепи же переменного тока он проводит колебания переменного тока посредством циклической перезарядкиконденсатора, замыкаясь так называемым током смещения.
Конденсатор может накапливать электрическую энергию. Энергия заряженного конденсатора:
где U — напряжение (разность потенциалов), до которого заряжен конденсатор.