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
1) Перемещение – это направленный отрезок прямой соединяющий начальное положение точки с конечным. Путь – скалярная величина. Сумма длин всех участков траектории, пройденных телом за рассматриваемый промежуток времени. Относительность движения- движение точки (или тела) по отношению к подвижной системе отсчёта перемещающейся определённым образом относительно некоторой другой, основной системы отсчёта,.Система отсчёта-это тело или совокупность тел по отношению к которым рассматривается движение других тел. ВРЕМЯ-чередование различных событий,а также возникновение и прекращение многообразных процессов, различающихся своей длительностью.ПРОСТРАНСТВО-существование протяжённости у материальных обьектов, наличие у них границ и внутренней структуры. ДВИЖЕНИЕ-процесс изменения положения тела относительно какого-либо другого тела выбранного за тело отсчёта.СИСТЕМА КООРДИНАТ-способ определения положения точки или тела с помощью чисел или других символов.
2) Ускорение – это величина, характеризующая быстроту изменения скорости. Путь – скалярная величина. Сумма длин всех участков траектории, пройденных телом за рассматриваемый промежуток времени. Скорость - изменение координаты тела к промежутку времени за который это изменение координат происходит. ПЕРЕМЕЩЕНИЕ ПРИ РАВНОУСКОРЕННОМ ДВИЖЕНИИ-движение с постоянным ускорением.Примером является свободное падение.
3)Свободное падение-это движение тела под дейтвием силы земного притяжения(сопротивлением воздуха пренебрегают)…РАВНОМЕРНОЕ ДВИЖЕНИЕ ПО ОКРУЖНОСТИ-равномерное движение по окружности происходит с ускорением, направленным в каждой точке этой окружности к её центру. 4) Первый закон Ньютона. Любое тело остается неподвижным, пока на него не действуют другие тела. Тело, двигавшееся с некоторой скоростью, продолжает двигаться равномерно и прямолинейно до тех пор, пока не него не подействуют другие тела. Второй закон Ньютона Сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на сообщаемое этой силой ускорение:
.
Таким образом, ускорение тела прямо пропорционально действующей на тело силе и обратно пропорционально его массе:
. Третий закон Ньютона Тела действуют друг на друга с силами, вдоль одной прямой, равными по модулю и противоположными по направлению. Эти силы имеют одинаковую физическую природу; они приложены к разным телам и поэтому друг друга не компенсируют. ОСОБЕННОСТИ ЗАКОНОВ НЬЮТОНА:все законы ньютона сформулированы для движений рассматриваемых лишь в инерциальных системах отсчёта.
5) Сила упругости возникает в результате деформации тела и направлена в сторону, противоположную деформации.
При малых по сравнению с размерами тел деформациях сила упругости прямо пропорциональна величине абсолютной деформации тела. В проекции на направление деформирования сила упругости равна
, Сила трения возникает при соприкосновении поверхностей двух тел и всегда препятствует их взаимному перемещению.
Сила, возникающая на границе соприкосновения тел при отсутствии относительного движения называется силой трения покоя. Сила трения покоя – упругая сила, она равна по модуля внешней силе, направленной по касательной к поверхности соприкосновения тел, и противоположна ей по направлению.
При движении одного тела по поверхности другого возникает сила трения скольжения.
Сила трения имеет электромагнитную природу, т.к. возникает благодаря существованию сил взаимодействия между молекулами и атомами соприкасающихся тел – электромагнитных сил. закон всемирного тяготения: Все тела притягиваются друг к другу, сила всемирного тяготения прямо пропорциональна произведению масс тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:
.
Исаак Ньютон предположил, что между всеми телами действуют силы притяжения. Эти силы называются силами всемирного тяготения . Силой тяжести называется сила притяжения, действующая со стороны Земли на все тела:
.
6) Механическая работа – это скалярная физическая величина, равная произведению модуля силы на модуль перемещения точки приложения силы и на косинус угла между направлением действия силы и направления перемещения (скалярное произведение векторов силы и точки ее перемещения):
.
Физическая величина, равная половине произведения массы тела на его скорость называется кинетической энергией тела:
.
Потенциальная энергия – это энергия взаимодействия тел, зависит от взаимного их расположения.
7). Импульс-векторная физическая величина, равная произведению массы частицы на её скорость.
– импульс тела (количество движения).ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ-При любых процессах происходящих в замкнутой потенциальной системе,её полная механическая энергия остаётся неизменной.Е=const.ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ИМПУЛЬСА-При любых процессах происходящих в замкнутой системе,её импульс остаётся неизменным.P=const.
10)
- основное уравнение МКТ идеального газа. Выведено в предположении, что давление газа есть результат ударов его молекул о стенки сосуда.
Это же уравнение в другой записи:
Изотермический процесс — это изопроцесс, происходящий при постоянной температуре: Τ = const.
Закон изотермического процесса (Бойля-Мариотта): для данной массы газа при постоянной температуре произведение давления на объем есть величина постоянная:
или для двух состояний
Для осуществления изотермического процесса надо сосуд, наполненный газом, привести в контакт с термостатом.
Изобарный процесс — это изопроцесс, происходящий при постоянном давлении: p = const.
Закон изобарного процесса: при данной массе газа при постоянном давлении отношение объема к абсолютной температуре есть величина постоянная:
, или
Этот закон можно записать через температуру t, измеряемую по шкале Цельсия: , где V0 — объем газа при 0 °С, α = 1/273 К-1 — температурный коэффициент объемного расширения.
Получить изобарный процесс можно при помощи цилиндра с невесомым поршнем.
Изохорный процесс — это изопроцесс, происходящий при постоянном объеме: V = const. Закон изохорного процесса: при данной массе газа при постоянном объеме отношение давления к абсолютной температуре есть величина постоянная:
, или
Если температуру измерять по шкале Цельсия, то закон Гей-Люссака запишется в виде: , где p0 — давление газа при 0 °С, α — температурный коэффициент давления, оказавшийся одинаковым для всех газов: α = 1/273 К-1 .
Получить изохорный процесс можно в баллоне, который не изменяет свой объем при данном изменении температуры.
8) Основные положения в МКТ
Идеальный газ - это модуль разряженного газа, в который пренебрегается взаимодействием между молекулами
Атом - наименьшая частица химического элемента, являющийся носителем его свойств
Молекула - микрочастица, образованная из двух или большего числа атома и способна к самостоятельному существованию.
Масса молекулы - равна отношению массы всего вещества к количеству молекул в веществе или отношению молярной массы к постоянной Авогадро.
9) Идеальный газ в МКТ : это модель разреженного газа, в которой пренебрегается взаимодействие между молекулами.
Уравнение идеального газа: состояние данной массы газа характеризуется тремя макроскопическими параметрами массой, объёмом температурой.
Давление газа - на дно и стенки сосуда(и на помещённое в газ тело)создаётся ударами беспорядочно движущихся молекул газа.
Тепловая скорость - значение среднеквадратичной скорости теплового движения частиц.
Внутренняя энергия идеального газ - сумма кинетических энергий его частиц. Энергий взаимодействия частиц пренебрегаем.
Внутренняя энергия идеального газ - это кинетическая энергия хаотического (теплового) движения частиц системы (молекул атомов, ядер, электронов) и потенциальная энергия взаимодействия этих частиц.
10),
где n –концентрация молекул.
Это уравнение называется основным уравнением молекулярно-кинетической теории идеального газа. Основное уравнение МКТ выражает выражает связь давления газа со средней кинетической энергией поступательного движения молекул.
Изотермический процесс — это изопроцесс, происходящий при постоянной температуре: Τ = const.
Закон экспериментально открыли независимо друг от друга английский химик и физик Роберт Бойль (1662) и французский физик Эдм Мариотт (1676).
Закон изотермического процесса (Бойля-Мариотта): для данной массы газа при постоянной температуре произведение давления на объем есть величина постоянная:
или для двух состояний
Для осуществления изотермического процесса надо сосуд, наполненный газом, привести в контакт с термостатом.
Изобарный процесс — это изопроцесс, происходящий при постоянном давлении: p = const.
Закон экспериментально исследовали независимо друг от друга французские физики Жак Шарль (1787) и Жозеф Гей-Люссак (1802).
Закон изобарного процесса: при данной массе газа при постоянном давлении отношение объема к абсолютной температуре есть величина постоянная:
, или
Этот закон можно записать через температуру t, измеряемую по шкале Цельсия: , где V0 — объем газа при 0 °С, α = 1/273 К-1 — температурный коэффициент объемного расширения.
Получить изобарный процесс можно при помощи цилиндра с невесомым поршнем.
Изохорный процесс — это изопроцесс, происходящий при постоянном объеме: V = const.
Закон экспериментально исследовали независимо друг от друга французские физики Жак Шарль (1787) и Жозеф Гей-Люссак (1802).
Закон изохорного процесса: при данной массе газа при постоянном объеме отношение давления к абсолютной температуре есть величина постоянная:
, или
Если температуру измерять по шкале Цельсия, то закон Гей-Люссака запишется в виде: , где p0 — давление газа при 0 °С, α — температурный коэффициент давления, оказавшийся одинаковым для всех газов: α = 1/273 К-1 .
Получить изохорный процесс можно в баллоне, который не изменяет свой объем при данном изменении температуры.
Тщательная экспериментальная проверка современными методами показала, что уравнение состояния идеального газа и вытекающие из него законы Бойля-Мариотта, Гей-Люссака и Шарля достаточно точно описывают поведение реальных газов при небольших давлениях и не слишком низких температурах.
11) Тепловое равновесие (или термодинамическое равновесие) – это такое состояние, при котором все макроскопические параметры сколь угодно долго остаются неизменными.
В состоянии термодинамического равновесия не происходит теплообмен с окружающими телами, не изменяются объём и давление тела, отсутствуют взаимные превращения жидкостей, газов и твёрдых тел.
Внутренней энергией тела называют сумму кинетической энергии теплового движения его атомов и молекул и потенциальной энергии их взаимодействия между собой.
работа — это физическая величина, являющаяся скалярной количественной мерой действия силы или сил на тело или систему, зависящая от численной величины, направления силы (сил) и от перемещения точки (точек) тела или системы.
Количество теплоты — энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче. Количество теплоты является одной из основных термодинамических величин. Количество теплоты является функцией процесса, а не функцией состояния, то есть количество теплоты, полученное системой, зависит от способа, которым она была приведена в текущее состояние. Теплово́й дви́гатель — устройство, совершающее работу за счет использования внутренней энергии топлива, тепловая машина, превращающая тепло в механическую энергию, использует зависимость теплового расширения вещества от температуры. (Возможно использование изменения не только объёма, но и формы рабочего тела, как это делается в твёрдотельных двигателях, где в качестве рабочего тела используется вещество в твёрдой фазе.) Действие теплового двигателя подчиняется законам термодинамики. Для работы необходимо создать разность давлений по обе стороны поршня двигателя или лопастей турбины. Для работы двигателя обязательно наличие топлива. Это возможно при нагревании рабочего тела (газа), который совершает работу за счёт изменения своей внутренней энергии. Повышение и понижение температуры осуществляется, соответственно, нагревателем и охладителем.
12) Атмосфе́ра (от. др.-греч. ἀτμός — пар и σφαῖρα — шар) — газовая оболочка (геосфера), окружающая планету Земля. Внутренняя её поверхность покрывает гидросферу и частично земную кору, внешняя граничит с околоземной частью космического пространства.
Испаре́ние — процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное, происходящий на поверхности вещества (пар). Процесс испарения является обратным процессу конденсации (переход из парообразного состояния в жидкое). Испарение (парообразование), переход вещества из конденсированной (твердой или жидкой) фазы в газообразную (пар); фазовый переход первого рода.
Существует более развёрнутое понятие испарения в высшей физике.
Испаре́ние — это процесс, при котором с поверхности жидкости или твёрдого тела вылетают (отрываются) частицы (молекулы, атомы), при этом Ek > Eп.
Конденса́ция паров (лат. condense — уплотняю, сгущаю) — переход вещества в жидкое или твёрдое состояние из газообразного. Максимальная температура, ниже которой происходит конденсация, называется критической. Пар, из которого может происходить конденсация, бывает насыщенным или ненасыщенным.
Насыщенный пар - это такой пар, который находится в динамическом равновесии со своей жидкостью. Количество молекул, покидающих жидкость в результате испарения, равно количеству молекул, возвращающихся в жидкость. Давление насыщенного пара зависит от температуры (см. в справочных таблицах). Давление насыщенного пара не зависит от объема пара.
Формулы, где встречается характеристики насыщенного пара:
Насыщенный пар — пар, находящийся в термодинамическом равновесии с жидкостью или твёрдым телом того же состава.
Адиабатный процесс ( адиабатический) - термодинамический процесс, при котором нет теплообмена между системой, совершающей процесс, и окружающей средой. Полностью обеспечить отсутствие теплообмена между рабочим телом и окружающей средой невозможно. Но при наличии хорошей тепловой изоляции рабочего тела от внешней среды можно теплообмен свести к минимальному значению, и процесс будет практически адиабатным.
13) Поверхностное натяжение — термодинамическая характеристика поверхности раздела двух находящихся в равновесии фаз, определяемая работой обратимого изотермокинетического образования единицы площади этой поверхности раздела при условии, что температура, объем системы и химические потенциалы всех компонентов в обеих фазах остаются постоянными.
Поверхностное натяжение может быть на границе газообразных, жидких и твёрдых тел. Обычно имеется в виду поверхностное натяжение жидких тел на границе «жидкость — газ». В случае жидкой поверхности раздела поверхностное натяжение правомерно также рассматривать как силу, действующую на единицу длины контура поверхности и стремящуюся сократить поверхность до минимума при заданных объёмах фаз.
2 Критическое состояние (критич. фаза), состояние двухфазной системы, в котором сосуществующие в равновесии фазы (напр., жидкость и ее насыщ. пар или две несмешивающиеся жидкости) становятся тождественными по всем своим свойствам.
3 Сила поверхностного натяжения – это сила, обусловленная взаимным притяжением молекул жидкости, направленная по касательной к ее поверхности.
Действие сил поверхностного натяжения приводит к тому, что жидкость в равновесии имеет минимально возможную площадь поверхности. При контакте жидкости с другими телами жидкость имеет поверхность, соответствующую минимуму ее поверхностной энергии.
4 Капиллярные явления - физические явления, обусловленные действием поверхностного натяжения на границе раздела несмешивающихся сред.
14) Кристаллическое состояние характеризуется наличием четко выделяемых естественных граней, образующих между собой определенные углы. Примерами веществ в кристаллическом состоянии могут служить соль, сахарный песок, сода и др. Второй вид твердого состояния твердых тел - аморфное состояние. В этом состоянии невозможно обнаружить даже малые области, в которых наблюдалась бы зависимость физических свойств от направления. Некоторые вещества могут находиться в любом из этих двух состояний. Анизотропи́я (от др.-греч. ἄνισος — неравный и τρόπος — направление) — неодинаковость свойств среды (например, физических: упругости, электропроводности, теплопроводности,показателя преломления, скорости звука или света и др.) по различным направлениям внутри этой среды; в противоположность изотропии. Анизотропия является характерным свойством кристаллических тел (точнее — лишь тех, кристаллическая решетка которых не обладает высшей — кубической симметрией). При этом свойство анизотропии в простейшем виде проявляется только у монокристаллов. Поликристалл — агрегат мелких кристаллов какого-либо вещества, иногда называемых из-за неправильной формы кристаллитами или кристаллическими зёрнами. Монокристалл — отдельный однородный кристалл, имеющий непрерывную кристаллическую решётку и иногда имеющий анизотропию физических свойств. Внешняя форма монокристалла обусловлена его атомно-кристаллической решёткой и условиями (в основном скоростью и однородностью) кристаллизации. Аморфные тела — это стекло, смола, канифоль, многие пластмассы, сургуч, пластическая сера, янтарь, различные полимеры — органические аморфные тела (целлюлоза, каучук, кожа, плексиглас, полиэтилен) и др.
Основные свойства аморфных тел
Деформация растяжения возникает тогда, когда на стержень или трос действуют внешние силы, приложенные к их концам, направленные в разные стороны и совпадающие с продольной осью этих тел.
Деформация сжатия наблюдается в стержнях относительно коротких под действием внешних сил, направленных навстречу друг другу. Этот вид деформации невозможен в тросах и стержнях относительно длинных.
Деформация сдвига возникает тогда, когда на тело, например брусок, действует сила параллельно основанию.
Деформация изгиба возникает тогда, когда на балку, установленную на опорах, действуют поперечные силы (направлены перпендикулярно детали) и вызывают изгиб.
Деформация кручения сопровождается поворотом поперечных сечений стержня вокруг его оси.
Мех.св-ва тв. тел.- Современная наука и техника постоянно предъявляют высокие требования к механическим свойствам твердых тел. Например, широкое использование металлов связано с тем, что они обладают целым комплексом механических свойств: высокая прочность, твердость и упругость, и в то же время – хорошая пластичность и вязкость.
15) Электрические заряды взаимодействуют между собой, т.е. одноименные заряды взаимно отталкиваются, а разноименные притягиваются. Силы взаимодействия электрических зарядов определяются законом Кулона и направлены по прямой линии, соединяющей точки, в которых сосредоточены заряды.
Согласно закону Кулона, сила взаимодействия двух точечных электрических зарядов прямо пропорциональна произведению количеств электричества в этих зарядах, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и зависит от среды, в которой находятся заряды:
Электризация тел, т. е. возникновение в них электрического состояния происходит при чрезвычайно разнообразных процессах, совершаемых с этими телами. Почти всякое механическое действие, производимое с твердым телом, как, напр., трение об это тело или надавливание на него другого тела, скобление, раскалывание, сопровождается развитием электричества.
Зако́н сохране́ния электри́ческого заря́да гласит, что алгебраическая сумма зарядов электрически замкнутой системысохраняется.
Основной закон электростатики – это закон, который описывает силы взаимодействия между точечными электрическими зарядами.
Основной закон электростатики открыл Шарль Кулон в 1785 году.
В случае, когда расстояние между телами намного больше их размеров, форма и размеры заряженных тел не оказывают существенного влияния на взаимодействие между ними. И тогда заряженные тела считаютсяточечными зарядами.
Электромагни́тное по́ле — фундаментальное физическое поле, взаимодействующее с электрически заряженными телами, а также с телами, имеющими собственные дипольные и мультипольные электрические и магнитные моменты…
16) 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 :
.
Из этого определения видно, почему напряженность электрического поля иногда называется силовой характеристикой электрического поля (действительно, всё отличие от вектора силы, действующей на заряженную частицу, только в постоянном[2] множителе).
Линией напряженности электрического поля называется линия, касательная к которой в каждой точке совпадает с вектором напряженности
Линии напряженности электростатического поля начинаются на положительных электрических зарядах и кончаются на отрицательных электрических зарядах или уходят в бесконечность.
Проводники в электрическом поле
Наличие свободных электрических зарядов в проводниках можно обнаружить в следующих опытах. Установим на острие металлическую трубу. Соединив проводником трубу со стержнем электрометра, убедимся в том, что труба не имеет электрического заряда.
Наэлектризуем эбонитовую палочку и поднесем к одному концу трубы. Труба поворачивается на острие, притягиваясь к заряженной палочке. Следовательно, на том конце трубы, который расположен ближе к эбонитовой палочке, появился электрический заряд, противоположный по знаку заряду палочки. Если на одном конце трубы под действием электрического поля заряженной палочки появился положительный электрический заряд, то на другом конце в соответствии с законом сохранения электрического заряда должен появиться равный ему по абсолютному значению отрицательный электрический заряд.
Потенциалом данной точки поля называется работа, которую затрачивает электрическое поле, когда оно перемещает положительную единицу заряда из данной точки поля в бесконечно удаленную точку. Разность потенциалов двух точек поля φ1 - φ2 называется н а п р я ж е н и е м, измеряется в вольтах и обозначается буквой U. Работу сил электрического поля можно записать и так:
A = qU.
17) ЭЛЕКТРОЕМКОСТЬ
- характеризует способность двух проводников накапливать электрический заряд.
- не зависит от q и U.
- зависит от геометрических размеров проводников, их формы, взаимного расположения, электрических свойств среды между проводниками. Конденсатор — это система двух проводников (обкладок), разделенных слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников. Так, например, две плоские металлические пластины, расположенные параллельно и разделенные диэлектриком, образуют плоский конденсатор. Электроемкость плоского конденсатора –
отношение заряда конденсатора к разности потенциалов между его обкладками, С=q/U=q/(φ1-φ2).
Емкость плоского конденсатора пропорциональна площади его обкладок и диэлектрической проницаемости вещества и обратно пропорциональна расстоянию между ними С=q/∆φ=εεoS/d.Поле внутри плоского конденсатора считают однородным, все силовые линии его сосредоточены между обкладками. Оно получается как суперпозиция полей бесконечных плоскостей с учетом диэлектрической проницаемости:Е=…..Энергия конденсатора равна работе, которую совершит электрическое поле при сближении пластин конденсатора вплотную,
или равна работе по разделению положительных и отрицательных зарядов , необходимой при зарядке конденсатора.
Конденсаторы достаточно многообразно применяются в измерительных системах, являясь чувствительными датчиками разного рода перемещений.
18) Электрический ток — направленное движение электрически заряженных частиц под воздействием электрического поля. Силой тока называется физическая величина , равная отношению количества заряда , прошедшего за некоторое время через поперечное сечение проводника, к величине этого промежутка времени.
Сила тока в системе СИ измеряется в Амперах.
По закону Ома сила тока для участка цепи прямо пропорциональна приложенному напряжению к участку цепи и обратно пропорциональна сопротивлению проводника этого участка цепи :
Напряжение - это физическая величина, обозначающая внутренние силы, возникающие в теле под влиянием внешнего воздействия. Электри́ческое сопротивле́ние — физическая величина, характеризующая свойства проводника препятствовать прохождению электрического тока и равная отношениюнапряжения на концах проводника к силе тока, протекающего по нему…Пло́тность то́ка — векторная физическая величина, имеющая смысл силы тока, протекающего через единицу площади. Электродвижущая сила (ЭДС) — скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних (непотенциальных) сил в источниках постоянного или переменного тока. Постоянным током называется электрический ток, который не изменяется во времени по направлению. Источниками постоянного тока являются гальванические элементы, аккумуляторы и генераторы постоянного тока. Закон Ома для всей цепи выражает соотношение между электродвижущей силой (ЭДС), сопротивлением и током. Согласно этому закону ток в замкнутой цепи равен ЭДС источника деленной на сопротивление всей цепи:
, (1.19)
где I - ток, протекающий по цепи;
E - ЭДС, генератора, подключенного к электрической цепи;
Rг - сопротивление генератора;
Rц - сопротивление цепи.
Закон Ома для участка цепи. Ток на участке цепи прямо пропорционален напряжению между началом и концом участка и обратно пропорционален сопротивлению участка. Аналитически закон выражается в следующем виде:
, (1.20)
где I - ток, протекающий на участке цепи;
R - сопротивление участка цепи;
U - напряжение на участке цепи.
19) Сопротивление R однородного проводника постоянного сечения зависит от свойств вещества проводника, его длины и сечения следующим образом:
где ρ — удельное сопротивление вещества проводника, L — длина проводника, а S — площадь сечения. Величина, обратная удельному сопротивлению называется удельной проводимостью. Эта величина связана с температурой формулой Нернст-Эйнштейна:
где
Следовательно, сопротивление проводника связано с температурой следующим соотношением:
Сверхпроводи́мость — свойство некоторых материалов обладать строго нулевымэлектрическим сопротивлением при достижении ими температуры ниже определённого значения (критическая температура). Закон Джоуля — Ленца-Мощность тепла, выделяемого в единице объёма среды при протекании электрического тока, пропорциональна произведению плотности электрического тока на величину напряженности электрического поля…Коли́чество теплоты́ — энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче. Количество теплоты является одной из основных термодинамических величин.
Количество теплоты является функцией процесса, а не функцией состояния, то есть количество теплоты, полученное системой, зависит от способа, которым она была приведена в текущее состояние.
Единица измерения: Джоуль.
|
Полезная мощность – это энергия, отдаваемая жидкости за единицу времени при работе насоса. |
Полезная мощность обозначается Nп, измеряется в СИ в Ваттах [Вт].
Полезную мощность можно определить по формуле:
|
20) электрическая цепь - совокупность соединенных между собой источников электрической энергии, приемников и соединяющих их проводов (линия передачи). Составные элементы электрической цепи. Электрическую цепь (рис. 12, а) образуют источники электрической энергии 1, ее приемники 3 (потребители) и соединительные провода. В электрическую цепь обычно включают также вспомогательное оборудование: аппараты 4, служащие для включения и выключения электрических установок (рубильники, переключатели и др.), электроизмерительные приборы 2 (амперметры, вольтметры, ваттметры), защитные устройства (предохранители, автоматические выключатели). В качестве источников электрической энергии применяют главным образом, электрические генераторы и гальванические элементы или аккумуляторы. Источники электрической энергии часто называют источниками питания. В приемниках электрическая энергия преобразуется в другие виды энергии. К приемникам относятся электродвигатели, различные электронагревательные приборы, лампы накаливания, электролитические ванны и др.
Смешанное соединение - комбинация параллельного и последовательного соединений. Электрические цепи со смешанным соединением резистивных элементов.Смешанным, или последовательно-параллельным, называется такое соединение резистивных элементов, при котором на одних участках электрической цепи они соединены параллельно, а на других последовательно. |
21) Электрический ток в металлах – это упорядоченное движение электронов под действием электрического поля. Опыты показывают, что при протекании тока по металлическому проводнику переноса вещества не происходит, следовательно, ионы металла не принимают участия в переносе электрического заряда.
Зависимость сопротивления от температуры
Изменение температуры вызывает изменение сопротивления проводников (большинство металлических проводников при увеличении температуры свое сопротивление увеличивают, а вода, угольные нити ламп, растворы и т.п. – уменьшают).
Изменение сопротивления проводника от температуры, приходящееся на каждый ом сопротивления данного проводника при изменении температуры его на 1° С, называют температурным коэффициентом.
Таким образом, температурный коэффициент характеризует чувствительность изменений сопротивления проводника к изменениям температуры.
22) Электрическая проводимость различных веществ. Электрический ток в полкпроводниках. Полупроводники и их применение.
Электри́ческая проводи́мость — способность тела проводить электрический ток, а также физическая величина, характеризующая эту способность и обратная электрическому сопротивлению.
Полупроводни́к — материал, который по своей удельной проводимости занимает промежуточное место между проводимостью металлов и диэлектриков.
Применяются в:
Терморезисторах, фоторезисторах, полупроводниковом диоде, полупроводниковом триоде (транзисторе).
Проводимость полупроводников сильно зависит от температуры. Вблизи температуры абсолютного нуля полупроводники имеют свойства диэлектриков.
23) Электронная проводимость а металлах.
Электрический ток в металлах – это упорядоченное движение электронов под действием электрического поля. Опыты показывают, что при протекании тока по металлическому проводнику переноса вещества не происходит, следовательно, ионы металла не принимают участия в переносе электрического заряда.
Проводимость металлов обусловлена движением свободных электронов, образующих так называемый электронный газ в металле. По этой причине металлическую проводимость часто называют электронной проводимостью.
24) Электрический ток в жидкости. Закон электролиза.
Электрический ток в жидкостях обусловлен движением положительных и отрицательных ионов. В отличии от тока в проводниках где движутся электроны. Таким образом, если в жидкости нет ионов, то она является диэлектриком, например дистиллированная вода. Поскольку носителями заряда являются ионы, то есть молекулы и атомы вещества, то при прохождении через такую жидкость электрического тока неизбежно приведет к изменению химических свойств вещества.
Электро́лиз — физико-химический процесс, состоящий в выделении на электродах составных частей растворённых веществ или других веществ, являющихся результатом вторичных реакций на электродах, который возникает при прохождении электрического тока через раствор либо расплав электролита.
Основной закон электролиза:
Масса вещества, выделившегося на электроде за время Δt при прохождении через элетролит тока I, пропорциональна силе тока и времени, т. е. m=kiΔt
25) ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ГАЗАХ
В обычных условиях газ - это диэлектрик, т.е. он состоит из нейтральных атомов и молекул и не содержит свободных носителей эл.тока.
Газ-проводник - это ионизированный газ. Ионизированный газ обладает электронно-ионной проводимостью.
Воздух является диэлектриком в линиях электропередач, в воздушных конденсаторах, в контактных выключателях.
Воздух является проводником при возникновении молнии, электрической искры, при возникновении сварочной дуги.
Переход от несамостоятельного разряда к самостоятельному называется электрическим пробоем.
ТИПЫ САМОСТОЯТЕЛЬНЫХ РАЗРЯДОВ
-Типичным примером тлеющего разряда, знакомым большинству людей, является свечение неоновой лампы.
-газовые разряды используются всчётчиках Гейгера).
-Дуговой разряд для сварки и освещения.
-Искровой разряд для зажигания рабочей смеси в двигателях внутреннего сгорания.
-Коронный разряд для очистки газов от пыли и других загрязнений, для диагностики состояния конструкций.
Пла́зма (от греч. πλάσμα «вылепленное», «оформленное») — частично или полностью ионизированный газ, образованный из нейтральных атомов (или молекул) и заряженных частиц (ионов и электронов).
26)ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ВАКУУМЕ--электрический ток невозможен, т.к. возможное количество ионизированных молекул не может обеспечить электропроводность;
- создать эл.ток в вакууме можно, если использовать источник заряженных частиц;
- действие источника заряженных частиц может быть основано на явлении термоэлектронной эмиссии.
Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ или CRT)- это традиционная технология формирования изображения на «дне» герметично запечатанной стеклянной «бутылки».
27) Вихревой характер магнитного поля
Линии магнитной индукции непрерывны: они не имеют ни начала, ни конца. Это имеет место для любого магнитного поля, вызванного какими угодно контурами с током. Векторные поля, обладающие непрерывными линиями, получили название вихревых полей. Мы видим, что магнитное поле есть вихревое поле.
Электромагнит — устройство, создающее магнитное поле при прохождении электрического тока.
Закон Ампера устанавливает, что на проводник с током, помещенный в однородное магнитное поле, индукция которого В, действует сила, пропорциональная силе тока и индукции магнитного поля:
F = B I l sinα,
где α — угол между векторами магнитной индукции и тока,
B — индукция магнитного поля,
I — сила тока в проводнике,
l — длина проводника.
Эта формула закона Ампера оказывается справедливой для прямолинейного проводника и однородного поля.
Если проводник имеет произвольную формулу и поле неоднородно, то Закон Ампера принимает вид:
dF = I B dl sinα,
где dF — сила, с которой магнитное поле действует на бесконечно малый проводник с током I,
dl — элемент длины проводника.
Размерность:
[dF] = Н
[I] = A,
[B] = Н / (А · м),
[l] = м.
Направление силы dF определяется по правилу вычисления векторного произведения, которое удобно запомнить при помощи правила правой руки.
Сила dF максимальна, когда элемент проводника с током расположен перпендикулярно линиям магнитной индукции (α = 90, sinα = 1)
Магнитные св-ва веществ-Магнитные поля создаются либо постоянными магнитами, либо токами.
У большинства веществ внутри атомов магнитные поля отдельных электронов, а также магнитные поля отдельных атомов и молекул полностью или почти полностью скомпенсированы. Поэтому их магнитные свойства очень слабы они называются немагнитными.
28) Явление электромагнитной индукции было открыто Майклом Фарадеем в 1831 г. Он опытным путем установил, что при изменении магнитного поля внутри замкнутого контура в нем возникает электрический ток, который называют индукционным током.
Индукционный ток всегда имеет такое направление, при котором его магнитное поле уменьшает (компенсирует) изменение магнитного потока, являющееся причиной возникновения этого тока.
Правило Ленца:Индукционный ток всегда имеет такое направление, что взаимодействие его с первичным магнитным полем противодействует тому движению, вследствие которого происходит индукция.
Магнитным потоком через замкнутый контур площадью S называют физическую величину, равную произведению модуля вектора магнитной индукции Б на площадь контура S и на косинус угла а между направлением вектора магнитной индукции и нормалью к площади контура. Ф = BS cos а(Ф-вебер)
изменения магнитного потока пропорциональны изменению площади S
Закон Эл-Маг. Индукции: Для любого замкнутого контура индуцированная электродвижущая сила (ЭДС) равна скорости изменения магнитного потока, проходящего через этот контур:
Самоиндукция — явление возникновения ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении протекающего через контур тока: .(Это так же и самоиндукция ЭДС)
Индукти́вность (или коэффициент самоиндукции) — коэффициент пропорциональности между электрическим током, текущим в каком-либо замкнутом контуре, и магнитным потоком, создаваемым этим током через поверхность, краем которой является этот контур.В формуле ,где
— магнитный поток, — ток в контуре, — индуктивность.
29) Механическими колебаниями называют движения тел, которые точно (или приблизительно) повторяются через равные промежутки времени.
Свободные (собственные) колебания совершаются под действием внутренних сил колебательной системы, а вынужденные — под действием внешней переменной силы.
Основные кинематические характеристики механического движения: траектория, путь, перемещение, скорость и ускорение.
30) Электромагнитные колебания — это колебания электрических и магнитных полей, которые сопровождаются периодическим изменением заряда, тока и напряжения.
Свободные электромагнитные колебания - колебания в системе, которые возникают после выведения ее из положения равновесия. Вынужденные электромагнитные колебания - колебания в цепи под действием внешней периодической электродвижущей силы.
Колебательный контур — простейшая система, в которой могут происходить свободные электромагнитные колебания
Гармоническое колебание — колебания, при которых физическая (или любая другая) величина изменяется с течением времени по синусоидальному или косинусоидальному закону.
Амплитудой колебаний называют наибольшее смещение тела от положения равновесия хоили Хм. Это определяет величину, размер колебания. Периодом колебаний (Т)называют наименьший промежуток времени,через который движение.
31) Резистор, конденсатор и катушка индуктивности в цепи переменного тока
Резистор в цепи постоянного и переменного тока в любой момент времени обладает одним и тем же значением сопротивления R = U/I. Ток и напряжение совпадают по фазе. На векторной диаграмме направления этих векторов совпадают (рис.1).
Среднее значение мощности Pср.= Um*Im/2.
Конденсатор, включенный в цепь переменного тока, обладает емкостным сопротивлением Xc:
Xc = 1/(wC),
где С - емкость конденсатора,
w - частота переменного тока.
Величину емкостного сопротивления можно рассчитать по формуле Xc = U/I, предварительно измерив напряжение на конденсаторе U и силу тока в цепи I.
При этом колебания силы тока в цепи опережают по фазе колебания напряжения на конденсаторе на p/2. Если сила тока меняется по закону I = Imsin(wt), то напряжение - U = Umsin(wt - p/2).
В цепи, содержащей конденсатор, происходит периодический обмен энергией между генератором и конденсатором без необратимого преобразования электромагнитной энергии, т.е. среднее значение мощности переменного тока в данном случае равно нулю Pср. = 0.
Катушка индуктивности, включенная в цепь переменного тока обладает сопротивлением:
XL = wL,
где L - индуктивность катушки.
Величину индуктивного сопротивления можно рассчитать по формуле XL = U/I, предварительно измерив напряжение на катушке U и силу тока в цепи I.
Отметим, что значение XL больше, чем сопротивление катушки в цепи постоянного тока. Это связано с тем, что при протекании переменного тока через катушку индуктивности благодаря явлению самоиндукции в последней возникает индукционное электрическое поле, противодействующее полю, создаваемому генератором переменного напряжения. Это индукционное поле и является причиной индукционного сопротивления XL.
Связь индуктивности и явления самоиндукции можно проследить, исходя из следующего соотношения:
ec = - dФ/dt = - L*dI/dt, где ec - ЭДС самоиндукции.
L = ec, если скорость изменения тока самоиндукции равна dI/dt = 1 A/c.
В цепи, содержащей катушку индуктивности, колебания напряжения в цепи опережают по фазе колебания силы тока на p/2. Если напряжение меняется по закону U = Umsin(wt), то сила тока - I = Imsin(wt - p/2).
В цепи, содержащей катушку индуктивности, происходит периодический обмен энергией между генератором и катушкой без необратимого преобразования электромагнитной энергии, т.е. среднее значение мощности переменного тока в данном случае равно нулю Pср. = 0.
ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С АКТИВНЫМ, ИНДУКТИВНЫМ И ЕМКОСТНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЯМИ
Цепь переменного тока, в которую включены последовательно активное сопротивление r, индуктивность L, обладающая индуктивным сопротивлением ХL, и емкость С, обладающая емкостным сопротивлением Хс.
Под действием переменного напряжения в этой цепи протекает переменный ток.
Выясним, чему равно общее напряжение на зажимах цепи. Построим векторную диаграмму тока и напряжений для рассматриваемой цепи (рис. 57, б). Так как сопротивления соединены последовательно, то в них протекает одинаковый ток. Отложим по горизонтали, в выбранном масштабе вектор тока I. В цепи с активным сопротивлением ток и напряжение совпадают по фазе, поэтому вектор напряжения Uа откладываем по вектору тока.
Напряжение на индуктивности опережает ток на угол j = 90°. Поэтому вектор UL откладываем вверх
под углом 90° к вектору тока.
В цепи с емкостью, наоборот, напряжение отстает от тока на угол j = 90°. Поэтому вектор Uc откладываем на диаграмме вниз под углом 90° к вектору тока.
Для определения общего напряжения, приложенного к зажимам цепи, сложим векторы UL и UС. Для этого отнимем от большего вектора UL вектор UС и получим вектор UL-UC, выражающий векторную сумму этих двух напряжений. Теперь сложим векторы (UL-UC) и Ua. Суммой этих векторов будет диагональ параллелограмма – вектор U, изображающий общее напряжение на зажимах цепи.
На основании теоремы Пифагора из треугольника напряжений АО Б следует, что
отсюда общее напряжение
Определим полное сопротивление цепи переменного тока, содержащей активное, индуктивное и емкостное сопротивления. Для этого разделим стороны треугольника напряжений АОБ на число I выражающее силу тока в цепи, и получим подобный треугольник сопротивлений А'О'Б' . Его сторонами являются сопротивления r, (ХL — Хс) и полное сопротивление цепи Z.
Пользуясь теоремой Пифагора, можно написать, что
Отсюда полное сопротивление цепи
Силу тока в цепи с активным, индуктивным и емкостным сопротивлениями определяют по закону Ома:
На векторной диаграмме (рис. 57, б) видно, что в рассматриваемой цепи ток и напряжение генератора не совпадают по фазе. Из треугольника напряжений следует, что
Из треугольника сопротивлений
Резонанс в электрической цепи.
Резонанс в электрической цепи — явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний тока при приближении частоты внешнего напряжения (эдс) и собственной частоты колебательного контура.
1 частота внешнего напряжения (ЭДС генератора) совпадает с собственной частотой колебательного контура
2 амплитуда тока зависит от величины активного сопротивления
3 разность фаз между током и напряжением равна нулю
4 напряжение на катушке индуктивности и напряжение на конденсаторе равны между собой и во много раз больше внешнего, равного напряжению на активном сопротивлении
5 общее сопротивление равно активному т.к XL=XC
6 амплитуда колебаний (величина заряда) устанавливается не мгновенно, а в течение некоторого промежутка времени
7 энергия полностью поступает в электрическую цепь и безвозвратно превращается в другие виды энергий.
32)Переменный ток – это такой ток, направление и числовое значение которого меняются с течением времени (знакопеременный ток).
Переменный ток имеет следующие характеристики: амплитуду, частоту, период.
Промежуток времени, по истечении которого изменение переменной величины (ЭДС, напряжения, тока) повторяются, называется периодом. Период измеряется в секундах и обозначается Т.
Число периодов в секунду называется частотой переменного тока. Частота обозначается f и измеряется в герцах (Гц).
Между периодом и частотой существует следующая зависимость: T = 1/f; f = 1/T
Переменный электрический ток имеет форму гармонического синусоидального сигнала, основными характеристиками которого являются действующее напряжение и частота.
Электрический ток вырабатывается с помощью электрической машины – генератора. Простейшая модель генератора это магнитная рамка, вращающаяся в магнитном поле постоянного магнита.
Одними из важных характеристик электрического тока являются две величины переменного электрического тока – максимальное значение и среднее значение.
Максимальное значение напряжения электрического тока Umax - это величина напряжения, соответствующая максимальному значению синусоиды. Среднее значение напряжения электрического тока Uср - это величина напряжения, равная значению 0,636 от максимального. Математически это выглядит так:
Uср = 2 * Umax / π = 0,636 Umax
Максимальное же напряжение следует из формулы:
Umax = Uизм / 0,7 = 220 / 0,7 = 314,3 вольт
Получение однофазного переменного тока. Такой ток получают от генераторов переменного тока.Между полюсами N и S электромагнита вращается стальной цилиндр , на котором укреплена рамка, изготовленная из медного изолированного провода. Концы рамки присоединены к медным кольцам, изолированным от вала. К кольцам прижаты неподвижные щетки , которые соединены проводами с приемником энергии . Вращаясь, рамка пересекает силовые линии магнитного поля, и в каждой из ее сторон индуктируются электродвижущие силы, которые, суммируясь, образуют общую электродвижущую силу. При каждом обороте рамки направление общей электродвижущей силы изменяется на обратное, так как каждая из рабочих сторон рамки за один оборот проходит под разными полюсами электромагнита. Индуктируемая в рамке электродвижущая сила также изменяется, так как изменяется скорость, с которой стороны рамки пересекают силовые линии магнитного поля. Следовательно, при равномерном вращении рамки в ней будет индуктироваться электродвижущая сила, периодически изменяющаяся по величине и направлению.
Если неподвижные щетки , соединенные проводами с приемником энергии , образуют замкнутую электрическую цепь, то от источника энергии к приемнику будет протекать переменный однофазный ток.
Время, в течение которого переменный ток совершает полный цикл изменений по величине и направлению, называется периодом. Он обозначается буквой Т и измеряется в секундах. Число периодов в секунду называется частотой переменного тока. Она обозначается буквой f и измеряется в герцах.
Так как частота показывает число полных циклов изменения тока по величине и направлению за одну секунду, то период определяется как частное от деления одной секунды на частоту: Т=1/f,
откуда f=1/T.
В технике применяют переменные токи различных частот. В России все электростанции вырабатывают электроэнергию переменного тока стандартной частоты - 50 гц. Этот ток называют током промышленной частоты и используют для снабжения электроэнергией промышленных предприятий и для освещения.
Получение трехфазного переменного тока. В технике широкое применение находит трехфазный переменный ток. Трехфазным током называют систему, состоящую из трех однофазных токов одинаковой частоты, сдвинутых по фазе на одну треть периода друг относительного друга и протекающих по трем проводам. Трехфазный ток получают в трехфазном генераторе, создающем три электродвижущие силы, сдвинутые по фазе на угол 120° (одну треть периода).
Простейший генератор трехфазного тока представляет собой кольцеобразный стальной сердечник, на котором расположены три обмотки, сдвинутые одна относительно другой по окружности сердечника на 120°. Сердечник с обмотками называют статором генератора, а вращающийся внутри статора электромагнит - ротором. По обмотке ротора, называемой обмоткой возбуждения, проходит постоянный ток, который намагничивает ротор, образуя северный N и южный S полюсы. При вращении ротора созданное им магнитное поле пересекает обмотки статора, в которых индуктируется электродвижущая сила. Величина электродвижущей силы зависит от скорости, с которой магнитные силовые линии ротора пересекают магнитное поле статора. Полюсы ротора и обмотки статора должны быть такими, чтобы в каждой из обмоток статора возникала синусоидальная электродвижущая сила, сдвинутая по фазе на 120°.
Если к каждой из трех обмоток генератора подключить нагрузку, то в результате получатся три цепи однофазного переменного тока. При равенстве сопротивлений потребителей амплитуды токов в каждой цепи будут равны между собой, а фазовые соотношения между токами будут такими же, как и между электродвижущими силами в обмотках генератора. Каждую из обмоток генератора вместе с внешней цепью, присоединенной к ней, принято называть фазой. Чтобы из этих независимых однофазных систем образовать единую трехфазную систему, необходимо соединить отдельные обмотки. Обмотки генератора могут соединяться двумя способами: звездой и треугольником.
Напряжение между линейными проводами называют линейным, а напряжение, а каждой фазе - фазным.
Фазы трехфазного генератора соединяют следующим образом: конец первой фазы с началом второй, конец второй с началом третьей и конец третьей с началом первой, а к точкам соединения фаз подключают линейные провода. Поскольку фазы потребителя или генератора при таком соединении подключаются непосредственно к линейным проводам, фазные напряжения их равны линейным, т. е. Uф=Uл, а линейные токи по абсолютной величине больше фазных в 1,73 раза при одинаковой нагрузке фаз. Соединение треугольником обмоток генераторов встречается довольно редко. В двигателях трехфазного тока концы обмоток можно соединить звездой или треугольником.
33)Мощность переменного тока.
Активная, то есть полезная мощность однофазного переменного тока определяется по формуле: P = U*I*cos j
Коэффициентом мощности называется отношение активной мощности к полной:
cos j = P / S
Коэффициент мощности практически является косинусом угла сдвига фаз между током и напряжением.
Чем меньше cos j имеет потребитель, тем меньше будет коэффициент полезного действия (кпд) машины, тем меньшую активную мощность будет отдавать генератор.
Причины низкого коэффициента мощности:
Недогрузка электродвигателей переменного тока;
Неправильный выбор типа электродвигателя;
Повышенный зазор между ротором и статором;
Работа электродвигателей на холостом ходу.
Трехфазный переменный ток.
Соединение обмоток электрической машины звездой
Соединение звездой – концы обмоток соединены вместе, а начала обмоток подключаются к линейным проводам.
Точка, в которой соединяются концы обмоток, называется нулевой или нейтральной. Провод, подключенный к ней, также называется нейтральным или нулевым.
Разность потенциалов между линейным и нулевым проводом называется фазным напряжением (Uф).
Разность потенциалов между двумя линейными проводами называется линейным напряжением (Uл).
Зависимость между линейным и фазным напряжением: Uл = Ö3 Uф
При соединении звездой линейный ток равен фазному. Iл = Iф
Соединение обмоток треугольником
Соединение треугольником называется соединение, когда конец первой обмотки соединяется с началом второй обмотки, конец второй обмотки с началом третьей, конец третьей с началом первой обмотки.
При соединении треугольником: Uл = Uф; Iл = Ö3 Iф
Трансформатором называется электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же самой частоты. Принцип работы трансформатора основан на явлении взаимоиндукции.
Отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки или отношение напряжения первичной обмотки к напряжению вторичной обмотки называется коэффициентом трансформации.
Выпрямители служат для преобразования переменного тока в постоянный.
34) Производство, передача и использование электрической энергии. Трансформаторы. Производство и использование электрической энергии. Передача электроэнергии. Альтернативные источники энергии.
Ответ:
Тепловая электростанция (ТЭС), электростанция, вырабатывающая электрическую
энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при
сжигании органического топлива.
Гидроэлектрическая станция (ГЭС), комплекс сооружений и оборудования,
посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую
энергию.
Атомная электростанция (АЭС), электростанция, в которой атомная (ядерная)
энергия преобразуется в электрическую. Генератором энергии на АЭС является
атомный реактор.
Электроэнергия передаётся преимущественно по воздушным линиям электропередачи (ЛЭП) переменного тока.
Потребители электроэнергии имеются повсюду. Производится же она в
сравнительно немногих местах. Поэтому возникает необходимость передачи электроэнергии на расстояния, достигающие иногда сотен километров. Но передача электроэнергии на большие расстояния связана с заметными потерями. Дело в том, что, протекая по линиям электропередачи, ток нагревает их. Чтобы уменьшить потери, нужно увеличить сопротивление.
Но для уменьшения R, к примеру, в 100 раз нужно увеличить массу провода также в 100 раз.
Это в принципе невозможно . Поэтому потери энергии в линии снижают другим путем: уменьшением тока в линии. Например, уменьшение тока в 10 раз уменьшает количество
выделившегося в проводниках тепла в 100 раз, т. е. достигается тот же эффект, что и от стократного утяжеления провода. Наиболее эффективным способом уменьшения потерь электроэнергии является повышение напряжения.
В наше время на электроэнергии работают большая часть предметов и приборов, которые люди используют как при работе, так и в быту. Свет в тёмное время суток мы получаем с помощью электроэнергии. Раньше, когда ещё не была открыта электроэнергия, книги, документы и т.д. оформлялись в ручную и это занимало большое количество времени. Сейчас же используются печатные машинки и компьютеры, которые работают на электроэнергии. Они позволяют в 8-10 раз увеличить скорость написания книги, документа и т.д., по сравнению с написанием вручную.
Сейчас основная часть промышленных предприятий работает на электрической энергии. Высокое потребление электроэнергии характерно для таких энергоемких отраслей, как металлургия, алюминиевая и машиностроительная промышленность.
Трансформатор – это аппарат, предназначенный для повышения и понижения переменного напряжения при изменении частоты тока. Трансформатор состоит из замкнутого железного сердечника, на который надеты две (иногда и более) катушки с проволочными обмотками. Одна из обмоток, называемая первичной, подключается к источнику переменного напряжения. Вторая обмотка, к которой присоединяют «нагрузку», т. е. приборы и устройства, потребляющие электроэнергию, называется вторичной. Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. При прохождении переменного тока по первичной обмотке в железном сердечнике появляется переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС индукции в каждой обмотке.
Энергия солнца.
Простейший коллектор солнечного излучения представляет собой зачерненный
металлический (как правило, алюминиевый) лист, внутри которого
располагаются трубы с циркулирующей в ней жидкостью. Нагретая за счет
солнечной энергии, поглощенной коллектором, жидкость поступает для
непосредственного использования.
Ветровая энергия.
Огромна энергия движущихся воздушных масс. Запасы энергии ветра более чем
в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Постоянно и
повсюду на земле дуют ветры.
Энергия Земли.
Издавна люди знают о стихийных проявлениях гигантской энергии,
таящейся в недрах земного шара. Память человечества хранит предания о
катастрофических извержениях вулканов, унесших миллионы человеческих
жизней, неузнаваемо изменивших облик многих мест на Земле. Мощность
извержения даже сравнительно небольшого вулкана колоссальна, она
многократно превышает мощность самых крупных энергетических установок,
созданных руками человека. Правда, о непосредственном использовании
энергии вулканических извержений говорить не приходится, нет пока у людей
возможностей обуздать эту непокорную стихию.
35) Электромагнитные волны, гипотеза Максвелла. Волновые явления. Экспериментальное обнаружение электромагнитных волн. Изобретение радио Поповым А. С. Принцип радиосвязи( модуляция и детектирование). Свойства электромагнитных волн. Радиолокация. Распространение радиоволн.
Ответ:
Распространяющиеся в пространстве возмущения электромагнитного поля называются ЭЛЕКТРОМАГНЫТНЫМИ ВОЛНАМИ.
Подтоком смещения следует понимать изменяющееся электрическое поле. Именно оно, согласно гипотезе Максвелла, является вторым источником магнитного поля.
Явление порождения магнитного поля переменным электрическим полем называется магнитоэлектрической индукцией.
Под волновыми явлениями наука понимает механические колебания и всякого рода излучения (микроволны, радиоволны, свет и пр.)
Герц получал электромагнитные волны, возбуждая в вибраторе с помощью источника высокого напряжения серию импульсов быстропеременного тока. Колебания электрических зарядов в вибраторе создают электромагнитную волну. Только колебания в вибраторе совершает не одна заряженная частица, а огромное число электронов, движущихся согласованно. В электромагнитной волне векторы и перпендикулярны друг другу. В данном случае вектор лежит в плоскости, проходящей через вибратор, а вектор перпендикулярен этой плоскости. Излучение волн происходит с максимальной интенсивностью в направлении, перпендикулярном оси вибратора. Вдоль этой оси излучения не происходит.
Электромагнитные волны регистрировались Герцем с помощью приемного вибратора (резонатора), представляющего собой такое же устройство, как и излучающий вибратор.
Первый радиоприёмник, реагирующий звонком на радиоволны, излучаемые грозовыми разрядами, был продемонстрирован 7 мая 1895 года русским учёным А. С. Поповым. В этом же году им был создан первый радиопередатчик. Для записи принимаемых от него сигналов на телеграфную ленту Попов включил в цепь звонка своего приемника телеграфный аппарат Морзе. 24 марта 1896 года Попов продемонстрировал первую в мире радиопередачу и приём телеграфного текста. Расстояние передачи было 250 м
Радиосвязью называют приём и передачу информации с помощью радиоволн с частотой примерно от 10^5 до 10^9 Гц.
Изменение амплитуды высокочастотных колебаний с частотой, равно частоте звукового сигнала, называется амплитудной модуляцией.
Детектирование ( или демодуляция ) – это процесс преобразования модулированных колебаний высокой частоты в низкочастотные колебания.
Радиолокация - обнаружение и определение местоположения различных объектов с помощью радиотехнических устройств.
Попадая на границу раздела двух сред, часть электромагнитных волн отражается, а часть проходит во вторую среду, преломляясь.
Распространение радиоволн, явление переноса энергии электромагнитных колебаний в диапазоне радиочастот .
36) Развитие взглядов на природу света. Скорость света. Законы геометрической оптики ( закон отражения, преломления, полного отражения).
Ответ:
Два способа передачи воздействий. От источника света, например лампочки, свет распространяется во все стороны и падает на окружающие предметы, вызывая, в частности, их нагревание. Попадая в глаз, свет вызывает зрительное ощущение — мы видим. Можно сказать, что при распространении света происходит передача воздействий от одного тела (источника) к другому (приемнику). Вообще же действие одного тела на другое может осуществляться двумя различными способами: либо по средством переноса вещества от источника к приемнику, либо же по средством изменения состояния среды между телами (без переноса вещества).
Скорость света в вакууме определяется в точности 299792458 м/с (около 300 000 км в секунду)
Ско́рость све́та в вакууме — абсолютная величина скорости распространения электромагнитных волн в вакууме. В физике традиционно обозначается латинской буквой «c» (произносится как [це]). Скорость света в вакууме —фундаментальная постоянная, не зависящая от выбора инерциальной системы отсчёта.
А1) Падающий луч, отраженный луч и перпендикуляр, восстановленный в точке падения лежат в одной плоскости.
А2) Угол отражения равен углу падения.
А1 и А2 – составляют содержание закона отражения света.
Б1) Падающий луч, преломленный луч и перпендикуляр к границе раздела 2-х сред в точке падения луча лежат в одной плоскости.
Б2) Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух данных сред, равная отношению скоростей света в этих средах:
Sina=v1
Sinb v2
Б1 иБ2 – составляют содержание закона преломления света.
При > o преломление света невозможно. Значит, луч должен полностью отразиться. Это явление и называется полным отражением света.
Угол падения 0., соответствующий углу преломления 90°, называют предельным углом полного отражения.
37) 1 Диспе́рсия све́та (разложение света) — это явление, обусловленное зависимостью абсолютного показателя преломления вещества от частоты (или длины волны) света (частотная дисперсия), или, то же самое, зависимость фазовой скорости света в веществе от длины волны (или частоты).
2 Цвета тел:
у красного цвета максимальная скорость в среде и минимальная степень преломления
у фиолетового цвета минимальная скорость света в среде и максимальная степень преломления.
Белый свет разлагается на спектр и в результате прохождения через дифракционную решётку или отражения от нее (это не связано с явлением дисперсии, а объясняется природой дифракции). Дифракционный и призматический спектры несколько отличаются: призматический спектр сжат в красной части и растянут в фиолетовой и располагается в порядке убывания длины волны: от красного к фиолетовому; нормальный (дифракционный) спектр — равномерный во всех областях и располагается в порядке возрастания длин волн: от фиолетового к красному.
3 Спектр - распределение значений физической величины (обычно энергии, частоты или массы).
4 Виды спктров:
По характеру распределения значений физической величины спектры могут быть дискретными (линейчатыми), непрерывными (сплошными), а также представлять комбинацию (наложение) дискретных и непрерывных спектров.
5 Спектральный анализ — совокупность методов качественного и количественного определения состава объекта, основанная на изучении спектров взаимодействия материи с излучением, включая спектры электромагнитного излучения, акустических волн, распределения по массам и энергиям элементарных частиц и др.
В зависимости от целей анализа и типов спектров выделяют несколько методов спектрального анализа. Атомный и молекулярный спектральные анализы позволяют определять элементный и молекулярный состав вещества, соответственно. В эмиссионном и абсорбционном методах состав определяется по спектрам испускания и поглощения.
38) 1 Интерференция волн — взаимное увеличение или уменьшение результирующей амплитуды двух или нескольких когерентных волн, одновременно распространяющихся в пространстве. Сопровождается чередованием максимумов и минимумов (пучностей) интенсивности в пространстве. Результат интерференции (интерференционная картина) зависит от разности фаз накладывающихся волн.
2 Интерференция света — перераспределение интенсивности света в результате наложения (суперпозиции) нескольких когерентных световых волн. Это явление сопровождается чередующимися в пространстве максимумами и минимумами интенсивности. Её распределение называется интерференционной картиной.
3 Применение интерференции света
Тот факт, что расположение интерференционных полос зависит от длины волны и разности хода лучей, позволяет по виду интерференционной картины (или их смещению) проводить точные измерения расстояний при известной длине волны или, наоборот, определять спектр интерферирующих волн (интерференционная спектроскопия).
применяется для подтверждения волновой природы света и для измерения длин волн (интерференционная спектроскопия).
Явление интерференции применяется также для улучшения качества оптических приборов (просветление оптики) и получения высокоотражающих покрытий.
39) Дифракция Волн - явление огибания волнами препятствий и проникновение их в область геометрической тени. Явление дифракции можно качественно объяснить применением принципа Гюйгенса к распространению волн в среде при наличии преград.
Дифракцией света называется огибание световыми волнами границы непрозрачных тел и проникновение света в область геометрической тени. Дифракционная решетка представляет собой совокупность большого числа регулярно расположенных штрихов( щелей, выступов) нанесенных на некоторую поверхность.Существуют отражательные и прозрачные дифракционные решетки. Дифракционная решетка применяется для разбития фронта световой волны, падающей на дифракционную решетку, на отдельные когерентные пучки.
40)
|
Поперечность световых волн: Электромагнитные волны - это поперечные волны. Если свет - это тоже электромагнитные волны, то и они, следовательно, должны быть поперечными. Какие оптические явления подтверждают это? Если пропустить свет через кристалл шпата, то после вторичного прохождения света через такой же кристалл, при определенной ориентации светового луча и кристалла, луч практически полностью исчезает. Отсюда можно заключить, что в результате действия на свет первого кристалла вышедшая из него световая волна оказывается не такой, какой она была до этого. Это объясняется следующим образом. Некоторые кристаллы (особенно турмалин) Поляризация света: Процесс ориентации колебаний вектора Е световой волны в определенном направлении называется поляризацией света. 41) Геометрическая оптика: Геометрической оптикой называется раздел оптики, в котором свет рассматривается без учета его природы как совокупность отдельных и независимых друг от друга световых лучей. Линзы: Линза - это деталь из оптически прозрачного однородного материала (обычно стекло), ограниченная двумя полированными преломляющими поверхностями вращения, например, сферическими или плоской и сферической. Фокус: Лучи, падающие на линзу параллельно ее главной оптической оси, после преломления в линзе либо сами (если линза собирающая), либо своими продолжениями в обратную сторону (если линза рассеивающая) проходят через точку, лежащую на этой оси и называемую главным фокусом линзы. Оптическая сила: Величина, обратная фокусному расстоянию линзы, называется ее оптической силой (D). D=1/F Диоптрия: Диоптрия (1 дп)- это единица измерения оптической силы линзы, т.е. оптическая сила линзы с фокусным расстоянием 1 м. Виды линз: Различают выпуклые (собирающие) линзы (у которых середина толще, чем края) и вогнутые (рассеивающие) линзы (у которых середина тоньше, чем края). |
||
42) Ультрафиоле́товое излуче́ние (ультрафиолет, УФ, UV) — электромагнитное излучение, занимающее диапазон между фиолетовой границей видимого излучения и рентгеновским излучением (380 — 10 нм, 7,9·1014 — 3·1016 Герц). Инфракра́сное излуче́ние — электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света (с длиной волны[1] λ = 0,74 мкм) и микроволновым излучением (λ ~ 1—2 мм).
Открытие инфрокрасных лучей.- Инфракрасное излучение было открыто в 1800 году английским астрономом У. Гершелем. Занимаясь исследованием Солнца, Гершель искал способ уменьшения нагрева инструмента, с помощью которого велись наблюдения. Определяя с помощью термометров действия разных участков видимого спектра, Гершель обнаружил, что «максимум тепла» лежит за насыщенным красным цветом и, возможно, «за видимым преломлением». Это исследование положило начало изучению инфракрасного излучения.
Применение инфракр. Лучей- Инфракрасные лучи применяются в физиотерапии.в медецине.
Рентгеновские лучи проходят через непрозрачные тела и предметы, такие как, например, бумага, материя, дерево, ткани человеческого и животного организма и даже через определенной толщины металлы. Причем, чем короче длина волны излучения, тем легче они проходят через перечисленные тела и предметы.
Рентге́новская тру́бка — электровакуумный прибор, предназначенный для генерации рентгеновского излучения.
Шкала электромагнитного излучения. По горизонтальной оси отложены: внизу – длина волны в метрах, вверху – частота колебаний в герцах
1) электромагнитные колебания низкой частоты м
2) радиоволны м м
3) инфракрасное излучение м м
4) видимый свет м м
5) ультрафиолетовое излучение м м
6) рентгеновское излучение м м
7) -излучение м
43) Гипотеза Планка — гипотеза, выдвинутая 14 декабря 1900 года Максом Планком и заключающаяся в том, что при тепловом излучении энергия испускается и поглощается не непрерывно, а отдельными квантами (порциями). Каждая такая порция-квант имеет энергию Е , пропорциональной частоте ν излучения:
E=hv=hw
где h или h=h/2 π — коэффициент пропорциональности, названный впоследствии постоянной Планка. На основе этой гипотезы он предложил теоретический вывод соотношения между температурой тела и испускаемым этим телом излучением — формулу Планка.
Тепловое излучение или лучеиспускание — передача энергии от одних тел к другим в виде электромагнитных волн за счёт их тепловой энергии. Тепловое излучение в основном приходится на инфракрасный участок спектра, т.е на длины волн от 0,74 мкм до 1000 мкм. Отличительной особенностью лучистого теплообмена является то, что он может осуществляться между телами, находящимися не только в какой-либо среде, но и вакууме.
Примером теплового излучения является свет от лампы накаливания.
Равновесное излучение — тепловое излучение, находящееся в термодинамическом равновесии с веществом.
Квантовая теория поля (КТП) — раздел физики, изучающий поведение квантовых систем с бесконечно большим числом степеней свободы — квантовых (или квантованных) полей; является теоретической основой описания микрочастиц, их взаимодействий и превращений. Именно на квантовой теории поля базируется вся физика высоких энергий, физика элементарных частиц и физика конденсированного состояния.
Именно на квантовой теории поля базируется вся физика элементарных частиц.
При построении квантовой теории поля ключевым моментом было понимание сущности явления перенормировки.
Фотон(от греч «свет»)— элементарная частица, переносчик электромагнитного взаимодействия, квант электромагнитного поля. Фотоны обозначаются буквой γ, поэтому их часто называют гамма-квантами (особенно фотоны высоких энергий); эти термины практически синонимичны.
Физические свойства фотона
Фотон относится к калибровочным бозонам. Он не имеет массы покоя и электрического заряда, стабилен. Спин фотона равен 1, но из-за нулевой массы более правильное число — спиральность; по этой же причине внутренняя чётность фотона не определена. Является истинно нейтральной частицей (или, иными словами, является античастицей для самого себя). Зарядовая чётность отрицательная. Фотон участвует в электромагнитном и гравитационном взаимодействии.
Фотон имеет нулевую массу покоя, не имеет электрического заряда и не распадается спонтанно в вакууме. Фотон может иметь одно из двух состояний поляризации и описывается тремя пространственными параметрами — составляющими волнового вектора, который определяет его длину волны λ и его направление распространения. Фотоны излучаются во многих природных процессах, например, при движении электрического заряда с ускорением, когда атом или ядро переходят из возбужденного состояния в состояние с меньшей энергией, или при аннигиляции пары электрон - позитрон. При обратных процессах (возбуждение атома, рождение электрон-позитронных пар) происходит поглощение фотонов.
Поскольку фотон — безмассовая частица, он движется в вакууме со скоростью с (скорость света в вакууме). Если его энергия равна Е, то импульс р связан с энергией соотношением Е=ср. Для сравнения, для частиц с ненулевой массой покоя связь массы и импульса с энергией определяется формулой Е2=с2р2+m2c4 , как показано в специальной теории относительности.
Энергия и импульс фотона зависят только от его частоты ν (или, что то же самое, длины волны λ)
E= ћ v=hw
P= ћ k
и, следовательно, величина импульса есть
p= ћ k=h/ λ=h v/c
где ћ - постоянная Планка (h/2π); k - волновой вектор и k= 2π/λ - его величина (волновое число); k - указывает направление движения фотона. Фотон также имеет спин, который не зависит от частоты.
44) Фотоэлектрическим эффектом (фотоэффектом)- называют группу явлений, возникающих при взаимодействии света с веществом и заключающихся либо в эмиссии электронов (внешний фотоэффект), либо в изменении электропроводимости вещества или возникновении электродвижущей силы (внутренний фотоэффект).
Различают: 1)внешний фотоэффект - испускание электронов под действием света(фотоэлектронная эмиссия), 2) внутренний фотоэффект -увеличение электропроводности полупроводников или диэлектриков под действием света (фотопроводимость), 3) вентильный фотоэффект -возбуждение светом электродвижущей силы на границе между металлом и полупроводником или между разнородными полупроводниками. Фото-ионизацию газов иногда также называют фотоэффектом.
Законы фотоэффекта:
Формулировка 1-го закона фотоэффекта: количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за единицу времени на данной частоте, прямо пропорционально световому потоку, освещающему металл.
Согласно 2-ому закону фотоэффекта, максимальная кинетическая энергия вырываемых светом электронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности.
3-ий закон фотоэффекта: для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, то есть минимальная частота света ν0 (или максимальная длина волны λ0), при которой ещё возможен фотоэффект, и если ν0, то фотоэффект уже не происходит.
Уравнение Эйнштейна:
Hv=hc/лямда= Ab+Ek= e
еоретическое 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, покидает металл: hν = A out + W e, где W e — максимальная кинетическая энергия, которую может иметь электрон при вылете из металла.
Применение фотоэффекта в медицине:
Электровакуумные или полупроводниковые приборы, принцип работы которых основан на фотоэффекте, называют фотоэлектронными. Рассмотрим устройство некоторых из них.
Наиболее распространенным фотоэлектронным прибором является фотоэлемент. Фотоэлемент, основанный на внешнем фотоэффекте, состоит из источника электронов - фотокатода К, на который попадает свет, и анода А.
Основной параметр фотоэлемента - его чувствительность, выражаемая отношением силы фототока к соответствующему световому потоку. Эта величина в вакуумных фотоэлементах достигает значения порядка 100 мкА/лм.
ФЭУ применяют главным образом для измерения малых лучистых потоков, в частности ими регистрируют сверхслабую биолюминесценцию, что важно при некоторых биофизических исследованиях.
В медицине ЭОП применяют для усиления яркости рентгеновского изображения, это позволяет значительно уменьшить дозу облучения человека. 45)Фотоны.Корпускулярно-волновой дуализм : гипотеза де Бройля, свет.
1) Фотон-элементарная частица, квант электромагнитного излучения. Это безмассовая частица, способная существовать только двигаясь со скоростью света. Электрический заряд фотона также равен нулю. Фотон может находиться только в двух спиновых состояниях с проекцией спина на направление движения (спиральностью) ±1. Этому свойству в классической электродинамике соответствует круговая правая и левая поляризация электромагнитной волны. Фотону как квантовой частице свойственен корпускулярно-волновой дуализм, он проявляет одновременно свойства частицы и волны. Фотоны обозначаются буквой поэтому их часто называют гамма-квантами.
2) Корпускуля́рно-волново́й дуали́зм — принцип, согласно которому любой объект может проявлять как волновые, так и корпускулярные свойства. Был введён при разработке квантовой механики для интерпретации явлений, наблюдаемых в микромире, с точки зрения классических концепций. Дальнейшим развитием принципа корпускулярно-волнового дуализма стала концепция квантованных полей в квантовой теории поля.
3) Де Бройль выдвинул идею о том, что волновой характер распространения, установленный для фотонов, имеет универсальный характер. Он должен проявляться для любых частиц, обладающих импульсом . Все частицы, имеющие конечный импульс , обладают волновыми свойствами, в частности, подвержены интерференции и дифракции.
Формула де Бройля устанавливает зависимость длины волны , связанной с движущейся частицей вещества, от импульса частицы:
Где — масса частицы, — ее скорость, — постоянная Планка. Волны, о которых идет речь, называются волнами де Бройля.
4) Свет — электромагнитное излучение, испускаемое нагретым или находящимся в возбуждённом состоянии веществом. Исторически появился термин «невидимый свет» — ультрафиолетовый свет, инфракрасный свет, радиоволны. Длины волн видимого света лежат в диапазоне от 380 до 780 нанометров, что соответствует частотам от 790 до 385 терагерц, соответственно. Раздел физики, в котором изучается свет, носит название оптика. Свет может распространяться даже в отсутствие вещества, то есть в вакууме. При этом наличие вещества влияет на скорость распространения света. Скорость света в вакууме с = 300 000 км в секунду.
46) Ядерная модель строения атома: модель атома, опыт Резерфорда.Квантовые постулаты Бора.
1) А́том- — частица вещества микроскопических размеров и массы, наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств. Атом состоит из атомного ядра и электронов. Ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и незаряженных нейтронов, связанных между собой при помощи сильного взаимодействия. Атомы классифицируются по количеству протонов и нейтронов в ядре: количество протонов определяет принадлежность атома некоторому химическому элементу, а число нейтронов — изотопу этого элемента. Атомы различного вида в разных количествах, связанные межатомными связями, образуют молекулы.
2) Демокрит полагал, что свойства того или иного вещества определяются формой, массой, и пр. характеристиками образующих его атомов. Так, скажем, у огня атомы остры, поэтому огонь способен обжигать, у твёрдых тел они шероховаты, поэтому накрепко сцепляются друг с другом, у воды — гладки, поэтому она способна течь. Даже душа человека, согласно Демокриту, состоит из атомов.
Томсон предложил рассматривать атом как некоторое положительно заряженное тело с заключёнными внутри него электронами. Была окончательно опровергнута Резерфордом после проведённого им знаменитого опыта по рассеиванию альфа-частиц.
3)В этих опытах узкий пучок альфа-частиц, испускаемых радиоактивным веществом, направлялся на тонкую металлическую пластинку. За пластиной помещался экран, покрытый слоем кристаллов сульфида цинка, способных светиться под ударами быстрых заряженных частиц. Было обнаружено, что большинство альфа-частиц отклоняется от прямолинейного пути на углы не более 1-2 градусов. Однако небольшая доля альфа-частиц испытывала отклонение на значительно большие углы.
4) Датский физик Нильс Бор (1885-1962) обосновал планетарную модель атома Резерфорда. Свои представления об особых свойствах атомов (устойчивости атома и спектральных закономерностей его излучения) Бор сформулировал в виде постулатов следующего содержания:
1. Электрон в атоме можеь находиться только в определенных устойчивых состояниях, называемых стационарными или квантовыми, каждому из которых соответствует определенная энергия En. В этих состояниях атом не излучает электромагнитных волн.
2. При переходе атома из одного стационарного состояния в другое испускается или поглощается квант энергии ΔE = hν. Излучение фотона происходит при переходе атома из состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией. При обратном переходе происходит поглощение кванта энергии: hν = En - Em, где n и m – номера состояний.
Все стационарные состояния, кроме одного, являются стационарными лишь условно. Бесконечно долго каждый атом может находиться лишь в стационарном состоянии с минимальным запасом энергии. Это состояние атома называется основным. Все остальные стационарные состояния атома называются возбужденными.
47) Атом водорода — физическая система, состоящая из атомного ядра, несущего элементарный положительный электрический заряд, и электрона, несущего элементарный отрицательный электрический заряд. В состав атомного ядра может входить протонили протон с одним или несколькими нейтронами, образуя изотопы водорода. ВЫНУЖДЕННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ — (вынужденное испускание, индуцированное излучение), испускание эл. магн. излучения квант. системами под действием внешнего (вынуждающего) излучения; при В. и. частота, фаза, поляризация и направление распространения испущенной эл. магн. Волны.Лазеры или оптические квантовые генераторы – это современные когерентные источники излучения, обладающие целым рядом уникальных свойств. Энергия ионизации — разновидность энергии связи или, как её иногда называют, первый ионизационный потенциал (I1), представляет собой наименьшую энергию, необходимую для удаления электрона от свободного атома в его низшем энергетическом (основном) состоянии на бесконечность. Строение атомного ядра. Атом состоит из ядра и окружающего его электронного "облака". Находящиеся в электронном облаке электроны несут отрицательныйэлектрический заряд. Протоны, входящие в состав ядра, несут положительный заряд.
48) Нейтро́н (от лат. neuter — ни тот, ни другой) — элементарная частица, не имеющая электрического заряда. Нейтрон является фермионом и принадлежит к классу барионов. Атомные ядра состоят из нейтронов и протонов…. Открытие нейтрона (1932) принадлежит физику Дж. Чедвику, за это открытие он получил Нобелевскую премию по физике в 1935 году. Изото́п (от др.-греч. ισος — «равный», «одинаковый», и τόπος — «место») — разновидность атома (и ядра) какого-либо химического элемента, отличающаяся от других изотопов только количеством нейтронов в ядре. свойства ядерных сил:
1) ядерные силы являются силами притяжения;
2) ядерные силы являются короткодействующими — их действие проявляется только на расстояниях примерно 10–15 м. При увеличении расстояния между нуклонами ядерные силы быстро уменьшаются до нуля, а при расстояниях, меньших их радиуса действия, оказываются примерно в 100 раз больше кулоновских сил, действующих между протонами на том же расстоянии;
3) ядерным силам свойственна зарядовая независимость: ядерные силы, действующие между двумя протонами, или двумя нейтронами, или, наконец, между протоном и нейтроном, одинаковы по величине. Отсюда следует, что ядерные силы имеют неэлектрическую природу;
4) ядерным силам свойственно насыщение, т. е. каждый нуклон в ядре взаимодействует только с ограниченным числом ближайших к нему нуклонов. Насыщение проявляется в том, что удельная энергия связи нуклонов в ядре (если не учитывать легкие ядра) при увеличении числа нуклонов не растет, а остается приблизительно постоянной;
5) ядерные силы зависят от взаимной ориентации спинов взаимодействующих нуклонов. Например, протон и нейтрон образуют дейтрон (ядро изотопа Н) только при условии параллельной ориентации их спинов;
6) ядерные силы не являются центральными, т. е. действующими по линии, соединяющей центры взаимодействующих нуклонов.
49) Счетчик Гейгера
- служит для подсчета количества радиоактивных частиц ( в основном электронов).
Это стеклянная трубка, заполненная газом (аргоном), с двумя электродами внутри (катод и анод).
При пролете частицы возникает ударная ионизация газа и возникает импульс электрического тока.
Достоинства:
- компактность
- эффективность
- быстродействие
- высокая точность (10ООО частиц/с).
Где используется:
- регистрация радиоактивных загрязнений на местности, в помещениях, одежды, продуктов и т.д.
- на объектах хранения радиоактивных материалов или с работающими ядерными реакторами
- при поиске залежей радиоактивной руды (U, Th)
Камера Вильсона
- служит для наблюдения и фотографирования следов от пролета частиц (треков).
Внутренний объем камеры заполнен парами спирта или воды в перенасыщенном состоянии:
при опускании поршня уменьшается давление внутри камеры и понижается температура, в результате адиабатного процесса образуется перенасыщенный пар.
По следу пролета частицы конденсируются капельки влаги и образуется трек – видимый след.
При помещении камеры в магнитное поле по треку можно определить энергию, скорость, массу и заряд частицы.
По длине и толщине трека, по его искривлению в магнитном поле определяютхарактеристики пролетевшей радиоактивной частицы.
Например, альфа-частица дает сплошной толстый трек,
протон - тонкий трек,
электрон - пунктирный трек.
Пузырьковая камера
- вариант камеры Вильсона
При резком понижении поршня жидкость, находящаяся под высоким давление, переходитв перегретое состояние. При быстром движении частицы по следу образуются пузырьки пара , т.е. жидкость закипает, виден трек.
Преимущества перед камерой Вильсона:
- большая плотность среды, следовательно короткие треки
- частицы застревают в камере и можно проводить дальнейшее наблюдение частиц
- большее быстродействие.
50) открытие радиоактивности
Радиоактивность—это самопроизвольное испускание излучения каким-либо элементом, обусловленное распадом атомных ядер. Явление радиоактивности обнаружил Антуан Анри Беккерель в 1896 г. Он установил, что урановые соли вызывают почернение фотографических пластинок даже завернутых в черную бумагу. Он обнаружил также, что эти соли способны ионизировать газы и таким образом разряжать электроскоп.
Гамма-лучи. По своим свойствам -лучи очень сильно напоминают рентгеновские, но только их проникающая способность гораздо больше, чем у рентгеновских лучей. Это наводило на мысль, что -лучи представляют собой электромагнитные волны. Все сомнения в этом отпали после того, как была обнаружена дифракция -лучей на кристаллах и измерена их длина волны. Она оказалась очень малой — от 10-8 до 10-11 см.
На шкале электромагнитных волн -лучи непосредственно следуют за рентгеновскими. Скорость распространения у -лучей такая же, как у всех электромагнитных волн, — около 300 000 км/с.
Бета-лучи. С самого начала - и -лучи рассматривались как потоки заряженных частиц. Проще всего было экспериментировать c -лучами, так как они сильнее отклоняются как в магнитном, так и в электрическом поле.
Основная задача экспериментаторов состояла в определении заряда и массы частиц. При исследовании отклонения -частиц в электрических и магнитных полях было установлено, что они представляют собой не что иное, как электроны, движущиеся со скоростями, очень близкими к скорости света. Существенно, что скорости -частиц, испущенных каким-либо радиоактивным элементом, неодинаковы. Встречаются частицы с самыми различными скоростями. Это и приводит к расширению пучка -частиц в магнитном поле (см. рис. 13.6).
Альфа-частицы. Труднее было выяснить природу -частиц, так как они слабее отклоняются магнитным и электрическим полями. Окончательно эту задачу удалось решить Резерфорду. Он измерил отношение заряда q частицы к ее массе m по отклонению в магнитном поле. Оно оказалось примерно в 2 раза меньше, чем у протона — ядра атома водорода. Заряд протона равен элементарному, а его масса очень близка к атомной единице массы1. Следовательно, у -частицы на один элементарный заряд приходится масса, равная двум атомным единицам массы.
РАДИОАКТИВНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ – природные или искусственные превращения ядер одних атомов в ядра других атомов.
Закон радиоактивного распада — физический закон, описывающий зависимость интенсивности радиоактивного распада от времени и количества радиоактивных атомов в образце
Изото́п (от др.-греч. ισος — «равный», «одинаковый», и τόπος — «место») — разновидностьатома (и ядра) какого-либо химического элемента, отличающаяся от других изотопов только количеством нейтронов в ядре. Название связано с тем, что все изотопы одного атома помещаются в одно и то же место (в одну клетку) таблицы Менделеева.
51) Я́дерная реа́кция — процесс образования новых ядер или частиц при столкновениях ядер или частиц. Впервые ядерную реакцию наблюдал Резерфорд в 1919 году, бомбардируя α-частицами ядра атомов азота, она была зафиксирована по появлению вторичныхионизирующих частиц, имеющих пробег в газе больше пробега α-частиц и идентифицированных как протоны. Впоследствии с помощью камеры Вильсона были получены фотографии этого процесса.
ДЕЛЕНИЕ ЯДЕР УРАНА
В 1939г. - было открыто деление ядер урана при бомбардировке их нейтронами учеными Отто Ганом и Фрицем Шрассманом.
Атом урана, поглотив нейтрон, возбуждается , деформируется ( ядро вытягивается, ядерные силы ослабевают при увеличениии расстояний между нуклонами) и разрываетсяна две части с излучением при этом 2-3 нейтронов.
Поглощая нейтрон, ядро урана получает необходимую энергию для преодоления ядерных сил притяжения между нуклонами, приэтом внутренняя энергия ядра увеличивается.
При распаде ядра часть внутренней энергии переходит в кинетическую энергию осколков, а затем за счет торможения их во внутреннюю энергию окружающей среды.
Реакция деления ядер урана идет с преобладающим выделением энергии. в окружающую среду.
52) Испускаемые при делении ядер вторичные нейтроны могут вызвать новые акты деления, что делает возможным осуществление цепной реакции деления — ядерной реакции, в которой частицы, вызывающие реакцию, образуются как продукты этой реакции.
Я́дерное ору́жие (или а́томное ору́жие) — совокупность ядерных боеприпасов, средств их доставки к цели и средств управления; относится к оружию массового поражениянаряду с биологическим и химическим оружием. Ядерный боеприпас — оружие взрывного действия, основанное на использовании ядерной энергии, высвобождающейся прицепной ядерной реакции деления тяжёлых ядер и/илитермоядерной реакции синтеза лёгких ядер. Я́дерный реа́ктор — это устройство, в котором осуществляется управляемая цепная ядерная реакция, сопровождающаяся выделением энергии. Первый ядерный реактор построен и запущен в декабре 1942 года вСША под руководством Э. Ферми.
53) термоядерный синтез (УТС) — синтез более тяжёлых атомных ядер из более лёгких с целью получения энергии, который, в отличие от взрывного термоядерного синтеза (используемого в термоядерных взрывных устройствах), носит управляемый характер. Управляемый термоядерный синтез отличается от традиционной ядерной энергетики тем, что в последней используется реакция распада, в ходе которой из тяжёлых ядер получаются более лёгкие ядра. В основных ядерных реакциях, которые планируется использовать в целях осуществления управляемого термоядерного синтеза, будут применяться дейтерий(2H) и тритий (3H), а в более отдалённой перспективе гелий-3 (3He) и бор-11 (11B).
Водородная бомба — Термоядерное оружие тип оружия массового поражения, разрушительная сила которого основана на использовании энергии реакции ядерного синтеза легких элементов в более тяжёлые (например, синтеза двух ядер атомов дейтерия (тяжелого водорода) в одно…
Применение ядерной энергии в современном мире оказывается настолько важным, что если бы мы завтра проснулись, а энергия ядерной реакции исчезла, мир, таким как мы его знаем, пожалуй, перестал бы существовать. Мирное использование источников ядерной энергии составляет основу промышленного производства и жизни таких стран, как Франция и Япония, Германия и Великобритания, США и Россия. И если две последние страны еще в состоянии заместить ядерные источники энергии на тепловые станции, то для Франции, или Японии это попросту невозможно.
Использование атомной энергии создает много проблем. В основном все эти проблемы связаны с тем, что используя себе на благо энергию связи атомного ядра (которую мы и называем ядерной энергией), человек получает существенное зло в виде высокорадиоактивных отходов, которые нельзя просто выбросить.
Отходы от атомных источников энергии требуется перерабатывать, перевозить, захоранивать, и хранить продолжительное время в безопасных условиях.
Биологическое действие радиоактивных излучений
На организм влияет только та часть радиоактивного излучения, которая поглощается его тканями. Поэтому биологическое действие излучений характеризуется поглощенной дозой излучения. Поглощенной дозой излучения D называют величину, равную отношению энергии ионизующего излучения, поглощенной облучаемым веществом, к массе этого вещества:
В СИ единица поглощения дозы излучения — грей (Гр). 1 Гр ранен дозе поглощенного излучения, при которой облучаемому веществу массой 1 кг передается энергия ионизующего излучения, равная 1 Дж.
54) Элементарные частицы
Элементарные частицы, в точном значении этого термина, - это первичные, далее неразложимые частицы, из которых, по предположению, состоит вся материя.
Элементарные частицы современной физики не удовлетворяют строгому определению элементарности, поскольку большинство из них по современным представлениям являются составными системами. Общее свойство этих систем заключается в том. Что они не являются атомами или ядрами (исключение составляет протон). Поэтому иногда их называют субъядерными частицами.
Частицы, претендующие на роль первичных элементов материи, иногда называют "истинно элементарные частицы".
Первой открытой элементарной частицей был электрон. Его открыл английский физик Томсон в 1897 году.
В современном физике в группу элементарных относятся более 350 частиц, в основном нестабильных, и их число
Наиболее важное квантовое свойство всех элементарных частиц - это способность рождаться и уничтожаться (испускаться и поглощаться) при взаимодействии с другими частицами. Все процессы с элементарными частицами протекают через последовательность актов их поглощения и испускания.
Классификация элементарных частиц в квантовой теории
С точки зрения квантовой теории все элементарные частицы делятся на два класса:
1)фермионы - элементарные частицы с полуцелым спином
2)бозоны - элементарные частицы с целым спином.
По видам взаимодействий квантовая теория разделяет элементарные частицы на следующие группы:
1)адроны - элементарные частицы, участвующие во всех видах фундаментальных взаимодействий;
2)лептоны - фермионы, участвующие в электромагнитном и слабом взаимодействиях;
3)калибровочные бозоны - фотон, промежуточные векторные бозоны и предполагаемые переносчики взаимодействий.
Классификация элементарных частиц в полевой теории
С точки зрения полевой теории элементарных частиц все элементарные частицы делятся на группы по квантовому числу L лежащему в основе спина. Из бесконечного набора возможных значений спина выделяется только нуль (L=1) поскольку в этой группе мезонов невозможно отличить нейтральную частицу от античастицы.
Все элементарные частицы можно разбить на следующие основные группы:
1)фотон
2)лептоны
3)мезоны
4)барионы
5)векторные мезоны
Античастицы
Мир античастиц — своего рода зеркальное отражение знакомого нам мира. Масса античастицы в точности равняется массе частицы, которой она вроде бы соответствует, но все ее остальные характеристики противоположны прообразу. Например, электрон несет отрицательный электрический заряд, а парная ему античастица — «позитрон» (производное от «позитивный электрон») — положительный. У протона заряд положительный, а у антипротона — отрицательный. И так далее. При взаимодействии частицы и парной ей античастицы происходит их взаимная аннигиляци — обе частицы прекращают свое существование, а их масса преобразуется в энергию, которая рассеивается в пространстве в виде вспышки фотонов и прочих сверхлегких частиц.
Превращение элементарных частиц
С элементарными частицами возможны реакции превращения, синтеза, распада, подчиняющиеся законам сохранения.
Одно из наиболее общих фундаментальных свойств элементарных частиц — их превращения друг в друга. При этом образующиеся частицы не входят в состав исходных частиц, а рождаются непосредственно в процессах их соударений или распадов. Следует заметить, что фотон также не входит в состав атома, а рождается непосредственно в процессе перехода электрона в атоме с одного энергетического уровня на другой. Только такими превращениями можно объяснить Р-распад, при котором электроны или позитроны вылетают из ядра, в котором их не было
55) Значение физики для объяснения мира и развития производительных сил общества
Физика — это наука о природе в самом общем смысле (часть природоведения). Она изучает материю (вещество и поля) и наиболее простые и вместе с тем наиболее общие формы её движения, а также фундаментальные взаимодействия природы, управляющие движением материи.
Некоторые закономерности являются общими для всех материальных систем, например, сохранение энергии, — их называют физическими законами. Физику иногда называют «фундаментальной наукой», поскольку другие естественные науки (биология, геология, химия и др.) описывают только некоторый класс материальных систем, подчиняющихся законам физики. Например, химия изучает атомы, образованные из них вещества и превращения одного вещества в другое. Химические же свойства вещества однозначно определяются физическими свойствами атомов и молекул, описываемыми в таких разделах физики, как термодинамика, электромагнетизм и квантовая физика.
Физика тесно связана с математикой: математика предоставляет аппарат, с помощью которого физические законы могут быть точно сформулированы. Физические теории почти всегда формулируются в виде математических выражений, причём используются более сложные разделы математики, чем обычно в других науках. И наоборот, развитие многих областей математики стимулировалось потребностями физических теорий.
Цель физики заключается в отыскании общих законов природы и в объяснении конкретных процессов на их основе. По мере продвижения к этой цели перед учеными постепенно вырисовывалась величественная и сложная картина единства природы. Мир представляет собой не совокупность разрозненных, независимых друг от друга событий, а разнообразные и многочисленные проявления одного целого.