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
Первое правило Кирхгофа гласит, что алгебраичеая сумма токов в каждом узле любой цепи равна нулю. При этом втекающий в узел ток принято считать положительным, а вытекающий — отрицательным:
33. При проходженні електричного струму через будь-яке тіло, електрична енергія перетворюється в теплову (провідник нагрівається), механічну (електродвигун приводить у рух машини і механізми), хімічну (заряджається акумулятор) тощо, а будь яке перетворення енергії з одного виду в інший характеризується виконанням роботи. Одиницею вимірювання роботи електричного струму, як і будь-якого іншого виду роботи, є джоуль, який дорівнює роботі, що виконується електричним струмом силою в 1 А при напрузі в 1 В протягом 1с.
34. Закон Джо́уля — Ле́нца — физический закон, дающий количественную оценку теплового действия электрического тока. Установлен в 1841 году Джеймсом Джоулем и независимо от него в 1842 году Эмилием Ленцем[1].
где w — мощность выделения тепла в единице объёма, —j плотность электрического тока, E — напряжённость электрического поля, σ — проводимость среды.
Закон также может быть сформулирован в интегральной форме для случая протекания токов в тонких проводах
35. Потужність електричного струму — фізична величина, що характеризує швидкість передачі або перетворення електричної енергії.
Одиниця вимірювання — ват (W, Вт).
36. Сила взаємодії паралельних струмів
В ході експерименту ми спостерігали силу, яку не можна пояснити врамках електростатики. Коли у двох паралельних провідниках струм йдетільки в одному напрямку, між ними існує сила тяжіння. Колиструми йдуть в протилежних напрямках, проводи відштовхуються один відодного.
Фактичне значення цієї сили діючої між паралельнимиструмами, і її залежність від відстані між проводами можуть бути виміряніза допомогою простого пристрою у вигляді терезів. [3] З причини відсутності таких,приймемо на віру, результати дослідів які показують, що ця сила назадпропорційна відстані між осями проводів: F (1/r.
Магні́тна інду́кція — векторна фізична величина, основна характеристика величини і напрямку магнітного поля. Вектор магнітної індукції зазвичай позначаютьлатинськоюлітерою В
Магнітна індукція пов'язана з напруженістю магнітногополя , що характеризує магнітне поле в середовищіH
На проводник с током, находящийся в магнитном поле, действует сила, равная
F = I·L·B·sin
I - сила тока в проводнике;
B - модуль вектора индукции магнитного поля;
L - длина проводника, находящегося в магнитном поле;
- угол между вектором магнитного поля инаправлением тока в проводнике.
Силу, действующую на проводник с током в магнитном поле, называют силой Ампера.
Максимальная сила Ампера равна:
F = I·L·BЕ
ей соответствует
Провідник, по якому проходить струм, відрізняється від провідника без струму тим, що в ньому відбувається впорядкований рух носіїв зарядів. Це наводить на думку про те, що сила, яка діє на провідник зі струмом, уміщений у магнітне поле, зумовлена дією сил на окремі рухомі заряди. А вже від цих зарядів дія передається провіднику, по якому вони переміщуються. Такий підхід дає змогу визначити силу, яка діє на окремий заряд, що рухається в магнітному полі. Її називають силою Лоренца. вираз для силиЛоренца:
Сила Лоренца завжди перпендикулярна швидкості руху зарядженої частки, тому вона змінює тільки напрямок швидкості, не змінюючи її величини. Отже, сила Лоренца роботи не виконує
38.
39. Элементарные частицы обладают внутренним квантовомеханическим свойством известным как спин. Оно аналогично угловому моменту объекта вращающегося вокруг собственного центра масс, хотя строго говоря, эти частицы являются точечными и нельзя говорить об их вращении. Спин измеряют в единицах приведённой планковской постоянной (), тогда электроны, протоны и нейтроны имеют спин равный ½ . В атоме электроны обращаются вокруг ядра и обладают орбитальным угловым моментом помимо спина, в то время как ядро само по себе имеет угловой момент благодаря ядерному спину.[31]
Магнитное поле, создаваемое магнитным моментом атома, определяется этими различными формами углового момента, как и в классической физике вращающиеся заряженные объекты создают магнитное поле. Однако, наиболее значительный вклад происходит от спина. Благодаря свойству электрона, как и всех фермионов, подчиняться правилу запрета Паули, по которому два электрона не могут находиться в одном и том же квантовом состоянии, связанные электроны спариваются друг с другом, и один из электронов находится в состоянии со спином вверх, а другой — с противоположной проекцией спина — состояние со спином вниз. Таким образом магнитные моменты электронов сокращаются, уменьшая полный магнитный дипольный момент системы до нуля в некоторых атомах с чётным числом электронов
Намагни́ченность — векторная физическая величина, характеризующая магнитное состояние макроскопического физического тела. Обозначается обычноМ или J. Определяется как магнитный момент единицы объёма вещества: Здесь, M — вектор намагниченности; m — вектор магнитного момента; V — объём.
40. В залежності від величини питомого опору тверді тіла поділяються на провідники та діелектрики, проміжне положення між якими займають напівпровідники. Напівпровідники мають малу електропровідність, однак для них характерне її зростання з температурою. Електричні властивості твердих тіл пов'язані з їхньою електронною структурою. Для діелектриків властива щілина в енергетичному спектрі електронів, яку у випадку кристалічних твердих тіл називають забороненою зоною. Це область значень енергії, яку електрони в твердому тілі не можуть мати. В діелектриків усі електронні стани, нижче від щілини заповнені, і завдяки принципу Паулі електрони не можуть переходити із одного стану в інший, чим зумовлена відсутність провідності. Провідність напівпровідників дуже сильно залежить від домішок - акцепторів та донорів.
Існує певний клас твердих тіл, для яких характерна іонна провідність. Ці матеріали називають суперіоніками. Здебільшого це іонні кристали, в яких іони одного сорту можуть доволі вільно рухатися між непорушною ґраткою іонів іншого сорту.
При низьких температурах для деяких твердих тіл властива надпровідність — здатність проводити електричний струм без опору.
Існує клас твердих тіл, які можуть мати спонтанну поляризацію — піроелектрики. Якщо ця властивість характерна тільки для однієї з фаз, що існує в певному проміжку температур, то такі матеріали називаються сегнетоелектриками. Для п'єзоелектриків характерний сильний зв'язок між поляризацією і механічною деформацією.
Феромагнетикам властиве існування спонтанного магнітного моменту.
Оптичні властивості твердих тіл дуже різноманітні. Метали здебільшого мають високий коефіцієнт відбиття світла у видимій області спектру, багато діелектриків прозорі, як, наприклад,скло. Часто колір того чи іншого твердого тіла зумовлений поглинанням світла домішками. Для напівпровідників та діелектриків характерна фотопровідність — збільшення електропровідності при освітленні.
Феромагнітні речовини — особлива група магнетиків (Fе, Ni, Со та деякі сплави). У феромагнетиках існують окремі ділянки, які називаються доменами, усередині яких магнітні моменти атомів в основному зумовлені нескомпенсованими спіновими магнітними моментами електронів. Магнітні моменти атомів усередині доменів спонтанно орієнтуються в певному напрямі, утворюючи магнітний момент домену Діамагнітні речовини (Не, Сu та ін.) — це речовини, атоми яких не мають магнітного моменту Рат = 0. У них наявний тільки діамагнітний ефект. Усередині діамагнетиків поле трохи слабшає: μ<1.
41. Ферромагнетики — железо, никель, кобальт, гадолиний и их различные сплавы — в магнитном поле намагничиваются. Стержень из ферромагнитного материала, помещенный в магнитное поле, например в поле катушки, обтекаемой током, обнаруживает сильные магнитные свойства. На конце стержня, из которого магнитный поток выходит, возникает северный полюс N,а на противоположном его конце — южный полюс S Ферромагнетики - некоторые металлы ( железо, никель, кобальт, гадолиний, марганец, хром и их сплавы) с большим магнитной проницаемостью, проявляющие явление гистерезиса; различают мягкие ферромагнетики с малой коэрцитивной силой и твердые ферромагнетики с большой коэрцитивной силой. Ферромагнетики используются для производства постоянных магнитов, сердечников электромагнитов и трансформаторо
42. Електромагні́тна інду́кція — явище створення в просторі вихрового електричного поля змінним магнітним потоком
Явище електромагнітної індукції відкрив у 1831 році Майкл Фарадей. До того було відомо, що електричний струм у провіднику створює магнітне поле. Однак оберненого явища не спостерігалося. Постійне магнітне поле не створює електричного струму. Фарадей встановив, що струм виникає при зміні магнітного поля. Якщо підносити й віддаляти до рамки зпровідного матеріалу постійний магніт, то стрілка підключеного до рамки вольтметра відхилятиметься, детектуючи електричний струм. Ще краще це явище проявляється, якщо вставляти (виймати) магнітне осердя в котушку з намотаним провідником.
Фарадей встановив кількісний закон електромагнітної індукції, описавши його рівнянням: Зако́н электромагни́тной инду́кции Фараде́я является основным законом электродинамики, касающимся принципов работы трансформаторов,дросселей, многих видов электродвигателей и генераторов.[1] Закон гласит:
43. Явище електромагнітної індукції використовується для перетворення механічної енергії й енергії електричного струму в генераторах
Рамка площею S обертається в однорідному магнітному полі
()рівномірно з постійною кутовою швидкістю ω.
α = ωt.
Тоді
Т.як частота мережі , то для збільшення потрібно збільшувати В и S. В можна побільшати, застосовуючи потужні постійні магніти, або в електромагнітах пропускати більші струми. Сердечник електромагніту вибирають із більшим µ. Для збільшення Sвикористовують багато виткові обмотки.
Якщо через рамку, поміщену в магнітному полі, пропускати електричний струм, то на неї буде діяти обертаючий момент
Генера́тор переме́нного то́ка (устаревшее «альтерна́тор») — электрическая машина, преобразующая механическую энергию в электрическую энергию переменного тока. Большинство генераторов переменного тока используют вращающееся магнитное поле. В каждой из активных сторон контура индуктируется электродвижущая сила, величина которой определяется по формуле:
44. Змі́нний струм — електричний струм, сила якого періодично змінюється з часом.
Здебільшого коливання струму відбуваються за гармонічним законом
Змінний струм виникає в електричному колі зі змінною напругою. Коливання напруги відбуваються за подібним законом, проте, в загальному випадку із зсувом фази
Мгновенное и максимальное значения. Величину переменной электродвижущей силы, силы тока, напряжения и мощности в любой момент времени называют мгновенными значениями этих величин и обозначают соответственно строчными буквами (е, i, u, р).
Максимальным значением (амплитудой) переменной э. д. с. (ила напряжения или тока) называется та наибольшая величина, которой она достигает за один период. Максимальное значение электродвижущей силы обозначается Ет, напряжения — Um, тока — Im.
45.
46. Вихрові струми, струми Фуко (на честь Леона Фуко) — вихрові індукційні струми, які виникають у масивних провідниках при зміні магнітного потоку, який їх пронизує. Вперше вихрові струми виявлені французьким ученим Франсуа Араго (1786—1853) в 1824 р. у мідному диску, розташованому на осі під магнітною стрілкою, яка оберталася. За рахунок вихрових струмів диск теж обертався. Це явище, назване явищем Араго, було пояснене декілька років по тому M. Фарадеєм з позицій відкритого ним закону електромагнітної індукції: магнітне поле, яке обертається, індукує у мідному диску струми (вихрові), які взаємодіють з магнітною стрілкою. Вихрові струми названі на честь французького фізика Фуко (1819—1868). Він відкрив явище нагрівання металічних тіл, які обертаються у магнітному полі, вихровими струмами.
Струми Фуко виникають під дією змінного електромагнітного поля і за своєю фізичною природою нічим не відрізняються від індукційних струмів, що виникають у лінійних провідниках.
Оскільки електричний опір провідників малий, то сила струмів Фуко може досягати великих значень. Згідно з правилом Ленца вони вибирають у провіднику такий напрямок, щоб протистояти причині, яка їх викликає. Тому у сильному магнітному полі провідники, які рухаються, витримують сильне гальмування, яке пояснюється взаємодією струмів Фуко з магнітним полем. Цей ефект застосовується для демпфування рухливих частингальванометрів, сейсмографів тощо.
Теплова дія струмів Фуко використовується в індукційних печах — у котушку, яка живиться від високочастотної батареї великої сили поміщають тіло-провідник, у якому виникають вихрові струми, які розігрівають його до плавлення.
У багатьох випадках струми Фуко небажані, шкідливі. Для боротьби з ними приймаються спеціальні заходи: наприклад, якоря трансформаторів набираються з тонких пластин. Появаферитів зробила можливим виготовлення цих провідників суцільними.
47. Самоіндукція — явище виникнення електрорушійної сили в провіднику при зміні електричного струму в ньому. Знак електрорушійної сили завжди такий, що вона протидіє зміні сили струму. Самоіндукція призводить до скінченного часу наростання сили струму при вмиканні джерела живлення і спадання струму при розмиканні електричного кола.
Величина електрорушійної сили самоіндукції визначається за формулою
Індуктивність — фізична величина, що характеризує здатність провідника нагромаджувати енергію магнітного поля, коли в ньому протікає електричний струм.
Позначається здебільшого латинською літерою L, у системі СІ вимірюється в Генрі.
Дорівнює відношенню магнітного потоку Φ через контур, визначений електричним колом, до величини струму І в колі , тоб
Енергія магнітного поля, створеного електричним струмом у колі, визначається формулою
Енергія магнітного поля в просторі задається формулою
Відповідно, густина енергії магнітного поля дорівнює
Енергія магнітного поля провідника зі струмом дорівнює:
48. Трансформа́тор (от лат. transformo — преобразовывать) — это статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки на каком-либомагнитопроводе и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем (напряжений) переменного или постоянного тока в одну или несколько других систем (напряжений), без изменения частоты[1].[2]. Споживачі (електродвигуни, лампи, нагрівники тощо) приєднуються до вторинної обмотки трансформатора.
Осердя багатьох трансформаторів виготовляють із трансформатичної сталі і роблять замкненим, щоб зменшити втрати енергії в ньому. Сталь беруть у вигляді пластин, ізольованих одна від одної, що зменшує втрати енергії в разі виникнення вихрових струмів.
Змінний струм, що проходить у колі первинної обмотки l з кількістю витків N1, створює в осерді змінне магнітне поле. Це поле є спільним для обох обмоток трансформатора. У вторинній обмотці трансформатора 2 з кількістю витків N2 індукується електрорушійна сила.
Оскільки обмотки трансформатора мають спільне змінне магнітне поле, то в кожному їх витку виникає однакова електрорушійна
За допомогою трансформаторів можна в широких межах змінювати сили струму і напруги змінних струмів без істотних втрат потужності сила. Електрорушійна сила в обмотках пропорційна кількості витків у них:
Якщо коло вторинної обмотки розімкнене, то таке явище називають холостим ходом трансформатора. У цьому разі напруга U2 дорівнює електрорушійній силі . У первинній обмотці при цьому проходить струм невеликої сили — струм холостого ходу.
Отже, під час холостого ходу напруги на обмотках трансформатора можна вважати пропорційними кількостям витків у них
де k — коефіцієнт трансформації.
Якщо k < 1, то U2 > U1 і трансфоматор є підвищувальним; якщо k > 1, напруга U2 менша від U1 і трансформатор є знижувальним.
Коли до вторинної обмотки приєднують споживачі, вторинне коло замикається — це так званий робочий хід трансформатора. Струм І2 вторинної обмотки є індукційним, тому його магнітне поле відповідно до закону Ленца послаблює магнітне поле, яке його викликало. Отже, магнітний потік в осерді зменшується, а відповідно зменшується і . Сила струму I1 зростає до значення, коли магнітний потік в осерді стане таким, як і був раніше.
Коли активні опори обмоток трансформатора незначні, можна вважати, що .
Сучасні трансформатори мають коефіцієнти корисної дії від 90 до 99,5%, тобто втрати енергії в них незначні. Тому наближено
49.Колива́льний ко́нтур або коливний контур — електричне коло, складене з резистора, ємності та індуктивності, в якому можливі коливання напруги й струму. Коливальні контури широко застосовуються в радіотехніці та електроніці, зокрема в генераторах електричних коливань, в частотних фільтрах. Вони використовуються практично в кожному електротехнічному пристрої.
Формула Томсона названа в честь английского физика Уильяма Томсона, который вывел её в 1853 году, и связывает период собственных электрических колебаний в контуре с его ёмкостью и индуктивностью.[1]
Перíод колива́нь — проміжок часу між двома послідовними максимальними відхиленнями фізичної системи від положення рівноваги.
Період коливань позначається зазвичай великою літерою T.
Частота коливань обернено пропорційна періоду:
50. Затухающие колебания — колебания, энергия которых уменьшается с течением времени. Бесконечно длящийся процесс вида в природе невозможен. Свободные колебания любого осциллятора рано или поздно затухают и прекращаются. Поэтому на практике обычно имеют дело с затухающими колебаниями. Они характеризуются тем, что амплитуда колебаний A является убывающей функцией. Обычно затухание происходит под действием сил сопротивления среды, наиболее часто выражаемых линейной зависимостью от скорости колебаний или её квадрата.
|
51.Хвильовий процес — процес передачі коливань. |
20:54:26 |
Хвильові процеси. Подовжні і поперечні хвилі
Коливання, які збуджуються в будь-якій точці пружного середовища (твердому, рідкому або газоподібному), передаються від однієї точки середовища до іншої з кінцевою швидкістю, яка залежить від властивостей цього середовища. Чим дальше розташовані частинки середовища від джерела коливань, тим пізніше вони почнуть коливатися. Інакше кажучи, фази коливань частинок середовища і джерела тим більше відрізняються одна від одної, чим більша ця відстань.
У випадку, коли збурення, яке розповсюджується у вигляді хвилі, описується векторною величиною, монохроматична хвиля має вигляд:
В залежності від взаємної орієнтації амплітуди монохроматичні плоскі хвилі поділяються на поперечні та повздовжні.
Монохроматична плоска хвиля називається поперечною, якщо амплітуда збурення, тобто напрямок коливань, перпендикулярна до напрямку розповсюдження:
Довжина хвилі — характеристика плоскої періодичної хвилі, що позначає найменшу відстань між точками простору, в яких хвиля має однакову фазу.
Довжина хвилі залежить від частоти. Ця залежність називається законом дисперсії. Часто залежність між частотою і довжиною хвилі обернено-пропорційна. У таких випадках швидкість розповсюдження хвилі фіксована й не залежить від частоти. Наприклад, для електромагнітної хвилі у вакуумі
Электромагнитная волна характеризуется одним главным параметром — числом гребней, которые за секунду проходят мимо наблюдателя (или поступают в детектор). Эту величину называют частотой излучения ν. Поскольку для всех электромагнитных волн скорость в вакууме (с) одинакова, по частоте легко определить длину волны λ: λ = с
52. Електромагнітна хвиля — процес розповсюдження електромагнітної взаємодії в просторі.Швидкість поширення електромагнітних хвиль у вакуумі:
53. Властивості електромагнітних хвиль. Поширення і застосування електромагнітних хвиль.
Сучасні технічні пристрої дозволяють отримати електромагнітні хвилі і вивчити їх властивості. Краще використовувати хвилі сантиметрового діапазону (=3см). Кілометрові хвилі випромінюються спеціальним генератором надвисокої частоти (НВЧ). Генератор з допомогою рупорною антеною випромінює електромагнітні хвилі. Електромагнітна хвиля досягаючи приймача перетворюються в електричні коливання і підсилюються підсилювачем і подаються на гучномовець. Електромагнітні хвилі випромінюються рупорною антеною в напрямку від рупора. Приймальна антена у вигляді такого ж рупора приймає хвилі, які поширюються вздовж її осі.
^ Властивості електромагнітних хвиль:
Відбиваються від провідників (відбиття від металевої пластинки)
Проходять через діелектрики (проходження і поглинання хвиль (картон, скло, дерево, пластмаса тощо)
Заломлюється на межі діелектрика (зміна напряму на межі діелектрика)
Інтерферують
Є поперечними (поперечность електромагнітних хвиль, доводиться поляризацією за допомогою металевих стержнів)
Шкала електромагнітних хвиль
54. Інтерференція світла — перерозподіл інтенсивності світла в результаті накладення (суперпозиції) декількох світлових хвиль. Це явище супроводжується чергуванням в просторі максимумів і мінімумів інтенсивності. Її розподіл називається інтерференційною картиною. Когере́нтність (рос. когерентность, англ. coherence, нім. Kohärenz f) — це властивість хвилі зберігати свої частотні, поляризаційні й фазові характеристики.
К. — корельоване протікання в часі й у просторі декількох випадкових коливальних або хвильових процесів, яке дозволяє одержувати при їхньому додаванні чітку інтерференційну картину. Умовою когерентоності хвиль є незмінюваність у часі різниці між фазами коливань у них, що можливо лише тоді, коли хвилі мають однакову довжину (частоту).
Завдяки когерентності хвиль виникають інтерференційні явища
Монохромное излучение, Мо́нохромати́ческое излуче́ние (от др.-греч. μόνος — один, χρῶμα — цвет) — электромагнитное излучение, обладающее очень малым разбросом частот, в идеале — одной частотой (длиной волны).
55. Дифра́кція - явище, що виникає при поширенні хвиль (наприклад, світлових і звукових хвиль). Суть цього явища полягає в тому, що хвиля здатна огинати перешкоди. Це зумовлює те, що хвильовий рух спостерігається в області за перешкодою, куди хвиля не може потрапити прямо. Явище пояснюється інтерференцією хвиль на краях непрозорих об'єктів або неоднорідностях між різними середовищами на шляху поширення хвилі. Прикладом може бути виникнення кольорових світлових смуг в області тіні від краю непрозорого екрана
Поляриза́ція хвиль — явище порушення симетрії розподілу збурень у поперечній хвилі (наприклад, напруженостей електричного або магнітного полів в електромагнітних хвилях) відносно напрямку її поширення. У поздовжній хвилі поляризація виникнути не може, так як збурювання в цьому типі хвиль завжди збігаються з напрямком поширення.[1]
56. Дисперсія світла — залежність показника заломлення (або діелектричної проникності) середовища від частоти світла. Внаслідок зміни показника заломлення змінюється також довжина хвилі.
Спектрометр (лат. spectrum от лат. spectare — смотреть и метр от др.-греч. μέτρον — мера, измеритель) — оптический прибор, используемый в спектроскопических исследованиях для накопления спектра, его количественной обработки и последующего анализа с помощью различных аналитических методов. Анализируемый спектр получается путем регистрации флуоресценции после воздействия на исследуемое вещество каким-либо излучением (рентгеновским или лазерным излучением, искровым воздействием и др.). Обычно измеряемыми величинами являются интенсивность и энергия (длина волны, частота) излучения, но могут регистрироваться и другие характеристики, например, поляризационное состояние. Термин «спектрометр» применяется к приборам, работающим в широком диапазоне длин волн: от гамма до инфракрасного диапазона.