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.Силы в механике. Законы Ньютона Меха́ника—раздел физики, изучающ. движ. мат. тел и взаимод. между ними. Движением в механике называют изменение во времени взаимного положения тел или их частей в пространстве. Сила–это физ.величина и мера воздействия, приводит к изменению положения\деформации тела. Сила характеризуется числовым значением, направлением в пространстве и точкой приложения. Закон всемирного тяготения: , F-сила взаимн.притяж.2 точек, гравитац.пост.= 6,67*м³/(кг с²). Напряженность гравитац.поля: где r-расст.центр-точка поля 1. Первый закон Ньютона: всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны др. тел не заставит ее изменить это состояние. Оба состояния отличаются тем, что ускорение тела равно нулю. Первый закон Ньютона выполняется не во всякой системе отсчета. Характер движения зависит от выбора системы отсчета. Система отсчета, в кот выполняется I-ый закон Ньтона называется инерциальной. Сам закон иногда называют законом инерции. Стремление тела сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения называется инертностью. Гелиоцентрич.сист.отсч. 2. Второй закон Ньютона: Произведение массы тела на его ускорение равно равнодействующей на тело силе. a = F/m, единица силы в СИ—ньютон(Н): 1 Н—сила, кот массе в 1 кг сообщает ускорение 1 м/с2 в направлении действия силы. 3. Третий закон Ньютона: силы, с кот действуют друг на друга взаимодействующие тела, равны по величине и противоположны по направлению:F12=-F2I. Из 3 закона: силы возникают попарно: всякой силе, приложенной к какому-то телу, можно сопоставить равную ей по величине и противоположно направленную силу, приложенную к др телу, взаимодействующему с данным. Выполн. строго в случае контактных взаимод., и при взаимод. Находящихся на нек.расстоянии покоящихся тел. |
2. Момент инерции тела. Момент импульса тела Момент инерции (МИ)— скалярная физическая величина, равная сумме произведений элементарных масс на квадраты их расстояний до нек.оси; мера инертности во вращательном движении вокруг оси. Характеризуется распределением масс в теле: МИ равен сумме произведений масс n матер точек тела на квадраты их расстояний до рассматрив. оси.. Чем больше m тела и чем дальше тело от оси, тем большим МИ обладает тело. МИ -величина аддитивная (МИ тела = сумме МИ его частей). Единица измерения СИ: кг·м². Обозначение: I или J. Если известен МИ тела относительно оси, проходящей через его центр масс, то МИ относительно любой другой параллельной оси определяется теоремой Штейнера: МИ I относительно произвольной оси равен сумме МИ Ic относительно оси, параллельной данной и проходящей через центр масс тела, и произведения массы тела на квадрат расстояния d между осями: J=Jc + md2. Момент импульса – физ вел, характеризующая количество вращательного движения. Для отдельно взятой частицы моментом импульса относительно т.о назыв. псевдовектор L=p*r, где r радиус-вектор провед. из неподвижной т.о, р=mv (импульс). Моментом импульса системы относительно т.о называется векторная сумма моментов импульсов частиц, входящих в систему. Проекция вектора. на некот. ось z называется моментом импульса частицы относительно этой оси Момент импульса замкнутой системы мат. точек остается постоянным. Когда сумма моментов внешних сил относительно оси равна нулю, момент импульса системы относительно данной оси тоже остается постоянным. Плечо – длина перпендикуляра из точки на прямую, вдоль кот. направлен импульс(сила). Момент – произведение радиус-вектора(проведенного от оси вращения к точке приложения силы) на сам вектор. Характеризует вращательное действие силы на твёрдое тело. |
3.Законы сохранения в физике. Сохранение импульса, момент импульса. Энергия в механике Закон сохранения механической энергии: в сис-ме тел, между кот действ только консервативные силы, полная механич энергия сохран, т. е. не изменяется со временем. Могут происходить лишь превращения кинетич энергии в потенц и обратно в равн кол-вах, так что полн энергия остается неизменной. Закон сохр и превращ энергии — фундаментальный закон природы, он справедлив как для сис-м макроскопических тел, так и для систем микротел. Т.е энергия никогда не исчезает и не появляется вновь, она лишь превращ из одного вида в другой. В этом и закл физ сущность закона сохр и превращ энергии. Вект вел p=mv,численно равная произвед m мат точки на ее скорость и имеющ направл скорости, называется импульсом (кол-вом движения)этой мат точки. Закон сохранения импульса: импульс замкн сис-мы мат точек остается пост, т. е. не изм с теч времени. Моментом импульса относ неподвижной оси z называется скал вел Lz, равн проекции на эту ось вект момента импульса, определенного относ произв т.о данной оси. Liz = тiviri. Момент импульса тв тела относ оси есть сумма моментов импульса отдельных частиц: В основе сохранения момента импульса лежит однородность пространства, механ. Св-ва системы сохраняются независимо от расположения. Энергия — скаляр физ вел, явл един мерой разл форм движения и взаимодействия материи, мерой перехода движения материи из одних форм в другие. Это способность тела совершать работу. Разл. формы движ материи: разл ф-мы энергии: механическая, тепловая, электромагнитная, ядерная,др. В одних явлениях форма движения материи не изменяется (горячее тело нагревает холодное), в других - переходит в иную форму (в результате трения механическое движение превращается в тепловое). Но во всех случаях энергия, отданная (в той или иной форме) одним телом другому телу, равна энергии, полученной последним телом. |
|
4.Работа. Мощность. Энергия Механич работа-это скал физ вел, явл. колич. мерой действия силы на тело, прикладыв.для перемещения, зависящ от численной величины силы и от перемещ точки ее приложения. Джоуль. A=Fs (s - перемещение частицы за время t) Мощность - работа, совершаемая за ед времени. (P=A/t). Скорость изменения энергии тела. Если на движущ тело действует сила, то эта сила совершает работу. Мощность тогда равна скалярному произведению вектора силы на вектор скорости, с которой движется тело: P=F*v*cosα (α — угол между вектором скорости и силы). В СИ: 1 ватт (Дж/ с). Энергия — скалярная физ величина, явл. единой мерой различ. форм движения и взаимод. материи и мерой перехода движения материи из одних форм в другие. Способность тела совершать работу. В замкнутой системе - сохраняется. Внутренняя энергия тела - энергия движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело. Внутренняя энергия характеризует тепловое состояние тела. Энергия вращательного движения — энергия тела, связанная с его вращением. Кинематические характеристики вращательного движения тела - угловая скорость и угловое ускорение. Динамические характеристики вращательного движения - момент импульса относительно оси вращения z и кинетическая энергия. Кинетическая энергия - энергия механич. системы, зависящая от скоростей движения её точек. Часто выделяют кинетическую энергию поступательного и вращательного движения. в системе СИ — Джоуль.Потенциальная энергия - скал. физ вел, хар-щая способность некоего тела совершать работу за счет его нахождения в поле действия сил. = mgh. Кинетич энергия характ скоростью; потенц - взаиморасположением тел. Величину, равную сумме кинетич и потенциальн энергий, называют полной мех энергией. E=T+U. Энергия покоя – энергия тела в системе отсчета, где оно покоится.E0=mc2.(m-масса покоя, с- скорость света в вакууме). |
5.Понятие о колебательных процессах. Амплитуда, круговая частота, фаза гармонических колебаний Колебания - процессы, отличающ. той или иной степенью повторяемости, любое движение, в кот.система вначале отклон. от сост. равновесия, а потом возвращ. в него. Различают в завис.от физ.природы: механические, электромагнитные, электромеханические и др. Колебания (в зависимости от характера воздействия на колеблющуюся систему):. Свободные, или собственные, - колебания системы под действием внутренних сил, после того как система выведена из состояния равновесия, нет трения(шарик, подвеш. на нитке). Вынужденные - в процессе которых колеблющаяся система подвергается воздействию внешней периодически изменяющейся силы, поддерж. Е системы(листья на дер., мост). Автоколебания сопровождаются воздействием на колеблющую систему внешних сил, но моменты времени, когда осущ. эти воздействия(периодичность колебаний), задаются колеблющейся системой.(часы). Параметрические – возникают при изменении какого-л. параметра колеб. системы в результате внешн. воздействия. Случайные - при кот внешняя нагрузка явл. случайным процессом.Гармонические-колеблющаясявеличина(отклонение маятника) измен. по закону sin или cos. где х — отклонение колеблющейся точки от положения равновесия в момент времени t; А — амплитуда колебаний ω — циклическая частота,()-полная фаза колебаний, фи- начальная фаза колебаний, определяет смещение тела в момент начала отсчета. Фаза определяет состояние системы, аргумент синуса(), угловая мера времени, прошедшего от начала колебаний. Амплитуда–это величина, определяющая максимальное отклонение колеблющейся точки от положения равновесия; Период колебаний — время, за кот. система совершает одно полное колебание, величина, обратная частоте. (T=2пи/w0=1/v). Частота – число колеб в единицу времени. Круговая (циклич.) частота: w0=2пи*v скалярная величина, мера частоты колеб движения, число полн. Колебаний за 2П сек. |
6.Сложение гармонических колебаний (ГК). Энергия ГК. Простейшими колебаниями явл. ГК. В процессе колеб происходит превращ кин энергии в потенц и обратно, причём в моменты наиб отклонения от полож равновесия полн энергия сост только из пот энергии, кот. достиг своего наиб значения. При прохожд сис-мы через полож равновесия полн энергия сост лишь из кинетич, кот достигает наиб знач. Полная энергия остаётся постоянной. Рассмотрим сложение двух однонаправл колебаний с неравн, но близкими частотами, и пусть для определенности . Пусть нач фазы и амплитуды этих колебаний равны. В рез-те слож 2х колеб: и получим уравнение сумм колебания: Получ результирующее колебание не является гармоническим, такого вида колебания носят название биений. При сложении взаимно перпен. колебаний необх найти уравн траектории тела, то есть из уравн колеб типа x = x(t), y = y(t) искл t и получить зав-ть типа y(x). Например, сложим 2 колебания с одинаковыми частотами: и Исключив время, получим: В общем случае это - уравнение эллипса. Разность фаз=0 – прямая, А=+-П – колебание вдоль прямой,+-П\2- эллипс, приведенный к коорд. Осям. При A1=A2 - окружность, при (m - целое) - отрезок прямой. Вид траектории при слож взаимно перпенд колеб зависит от соотн амплитуд, частот и нач фаз складыв колебаний. Получающиеся кривые носят название фигур Лиссажу. |
|
7.Вынужденные колебания. Резонанс в механических системах. Вынужденными называется такие колеб, в процессе кот колеблющаяся система подвергается воздействию внешней периодически изменяющейся силы(листья на деревьях); внешняя сила совершает положительную работу и обеспечивает приток энергии к колебательной системе. Она не дает колебаниям затухать, несмотря на действие сил трения. Резонанс – явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний. Увеличение амплитуды - это лишь следствие резонанса, а причина - совпадение внешней (возбуждающей) частоты с внутренней (собственной) частотой колебательной системы. При помощи явления резонанса можно выделить и усилить даже весьма слабые периодические колебания. Резонанс — явление, заключающееся в том, что при некоторой частоте вынуждающей силы колебательная система оказывается особенно отзывчивой на действие этой силы. Явление резонанса впервые было описано Галилео Галилеем в работах, посвященных исследованию маятников и музыкальных струн. Резонансные явления могут вызвать необратимые разрушения в различных механических системах. В основе работы механических резонаторов лежит преобразование потенциальной энергии в кинетическую. В случае простого маятника, вся его энергия содержится в потенциальной форме, когда он неподвижен и находится в верхних точках траектории, а при прохождении нижней точки на максимальной скорости, она преобразуется в кинетическую. Потенциальная энергия пропорциональна массе маятника и высоте подъёма относительно нижней точки, кинетическая — массе и квадрату скорости в точке измерения. |
8.Колебания в среде. Энергия, переносимая упругой волной Если в каком-нибудь месте твердой, жидкой или газообразной среды возбуждены колебания частиц, то, вследствие взаимодействия атомов и молекул среды, колебания начинают передаваться от одной точки к другой с конечной скоростью. Процесс распространения колебаний в среде называется волной. Мех-ские волны бывают разных видов. Волны, распространяющие перпендикулярно направленные колеб., наз. поперечными. Примером служат волны, бегущие по струне (колеб. направлены вверх, вниз, а волна распростр. вдоль веревки, т.е. перпендикулярно колеб.). Волны, в кот. колеб. происходит вдоль направления их распространения, наз продольными. Пример, натянуть резинов. шнур, а затем отпустить его. Большинство волн, сущ в природе – сложное совмещение обоих видов волн. (продольно-поперечные). Как в поперечных, так и в продольных волнах переноса вещества в направлении распространения волны не происходит. Волновая пов-ть – геометрическое место точек, колебл. в одинаковой фазе. Граница, отделяющая колеблющиеся частицы от частиц еще не начавших колебаться, называется фронтом волны. Волновое движение сопровождается переносом энергии от источника колебаний в различные точки среды. Эта энергия складывается из кинетической энергии колеблющихся частиц и потенциальной энергии деформированных участков среды. Энергия, переносимая волной через некоторую поверхность в единицу времени, называется потоком энергии через эту поверхность. Плотностью потока энергии или интенсивностью волны называется количество энергии, переносимое волной за единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную направлению распространения волны. Если считать, что плотность энергии везде одинакова, то за время t через площадку S пройдет энергия W=Svtw. |
9.Уравнение волны. Звуковые волны. Стоячие волны. x=Аcos(ωt−kx) – уравн плоской волны. позволяет найти смеще х от полож равновесия любой точки (находящ на любом расстоянии r) в любой момент t.w-циклич частота,к-волновое число, к=2П\лямбда, что -длина волныУравн волны показывает, что все точки действительно совершают одинак колеб (все колеблются вдоль оси X, и у всех одинаковые амплитуда и частота колебаний). Неодинаковы только фазы колебаний - разность фаз колебаний двух точек, расстояние между которыми равно Δr, составляет ω*Δr/υ.Звуковыми волнами принято называть волны, воспринимаемые человеч. ухом. Как и все волны, звук характеризуется амплитудой и спектром частот Диапазон звуковых частот лежит в пределах приблиз от 20 Гц до 20 кГц. Волны с частотой <20 Гц - инфразвук, а с частотой >20 кГц – ультразвук. Могут распространяться в любой среде: в газе, в жидкости (продольные волны) и в твердом теле (продольные и поперечные волны). Для гармонич звуковой волны длина волны λ = νT, где ν - скорость звуковых волн в среде, а Т - период волны. Скорость ν зав от св-в среды: она тем больше, чем больше упругость среды и чем меньше её плотность:в газах меньше, чем в жидкостях, а в жидкостях меньше, чем в твёрдых телах, при сжижении газа возрастает. Стоячая волна́— колеб. в распред-х колеб. системах с характерным расположением чередующихся max (пучностей) и min (узлов) амплитуды. В отлич от бегущих волн, стоячие волны не переносят энергии, а точки колеблющейся системы (тела) находятся в одинаковой фазе колебания, но с разными амплитудами. Образующ пучности и узлы разделены расстоянием =1/2 λ. Практически такая волна возникает при отражениях от преград и неоднородностей в результате наложения отражённой волны на падающую возмущения в точке х в момент времени t; амплитуда стоячей волны |
|
10.Давление идеального газа(ИГ) с точки зрения молекулярно-кинетической теории МКТ- теория, рассматривавшая строение вещества, в осн газов, с точки зрения 3 основных приближ верных положений: 1)все тела состоят из частиц: атомов, молекул, ионов; 2)частицы находятся в непрерывном хаотическом движении (тепловом); 3)частицы взаимодействуют друг с другом путём абсолютно упругих столкновений. В МКТ элементарным объектом явл. молекула - мельчайшая частица в-ва, определяющая его физ/химсв-ва. С точки зрения МКТ ИГ- это газ, молекулы кот являются мат точками, т.е. расстояния ними намного превосходят их размеры, а единственный вид их взаимод-й между собой - упругие механ столкновения. При этом считается, что молекулы ИГ гораздо чаще сталкиваются между собой, чем со стенками сосуда. Давление, создаваемое ИГ, не зависит от физ/химсв-в молекул, образующих газ. Считая газы находящимися в равновесном состоянии, концентрация молекул в смеси мб представлена как сумма концентраций молекул всех газов, входящих в смесь. В равновесном состоянии на характер взаимодействия одного газа из смеси со стенками сосуда не оказывает влияние присутствие др газов. До сих пор мы рассматривали модель ИГ, молекулы кот считались мат точками, т.е. одноатомный газ. Для таких молекул число их степеней свободы, в соответствии с классической механикой, равняется кол-ву координат, необходимому для задания их положения в пространстве. Очевидно, что число координат в трехмерном пространстве равно трем. Однако молекула газа не обязательно должна состоять из одного атома, кот считается мат точкой. Газ мб 2хатомным, 3хатомным, т. д. Для молекул таких газов характерно наличие внутр структуры и доп степеней свободы. Если атомы в молекуле жестко связаны между собой, в кач-ведоп степ своб выступают вращат степени, характер-е угловое положение молекулы в пространстве. В этом случае 2хатомные молекулы имеют доп 2 вращательные степ.своб, след-но, для такой молекулы общее число её степ своб равно 5.Для молекул, состоящих из 3х и > жестко связанных атомов, число доп вращательных степеней свободы равно 3м,а суммарное число степ своб - 6и. Если атомы в молекуле связаны не жесткой, а упругой связью, то кроме вращат, появляются и колебательные степ своб, наличие кот необходимо учитывать при описании св-в многоатомного газа, состоящего из таких молекул. Давление газа равно 2/3 кин энергии поступательного движения молекул, заключенных в единице V. Число степеней свободы механической системы - это минимальное число независимых координат, которые полностью определяет пространственное положение рассматриваемой системы. |
11.Молекулярно-кинетический смысл температуры Температура – это ср кин энергия движения молекул (выраженная в др. единицах). В этом определении очень важным является слово «средняя». Если изъять из газа наиболее медленные молекулы, полная кинетическая энергия всех молекул уменьшится, но температура повысится, т.к. увеличится средняя энергия. Весьма важным является то обстоятельство, что в рассматриваемых условиях термодинамического равновесия, ср кин энергия молекулы не зав от массы молекулы. Если мешать несколько газов, например Н2, О2 и газ с молекулами, в сотни раз > тяжелыми, чем молекулы Н2, то при условии, что смесь будет находиться в состоянии термодинамического равновесия, ср кин энергия молекул всех газов будет одинакова. Тяжелые молекулы будут двигаться с малыми скоростями, такими, чтобы их средняя кинетич энергия как раз равнялась энергии легких молекул. Средняя кинетич энергия броуновых частиц в жидкости, несмотря на огромную, по сравнению с молекулами, массу этих частиц, такая же, как у молекул. Можно рассматривать тяжелый и легкий газ как две системы, находящиеся в термодинамическом рановесии друг с другом. Термодинамическое равновесие предполагает равенство температур этих систем. Иначе тепло будет передаваться от более горячей системы к более холодной. Существование равновесного состояния называют первым исходным положением термодинамики. Вторым исходным положением термодинамики называют утверждение о том, что равновесное состояние характеризуется некоторой величиной, которая при тепловом контакте двух равновесных систем становится для них одинаковой в результате обмена энергией. Эта величина называется температурой T - это величина, пропорциональная средней энергии поступательного движения одной (!) молекулы. |
12.Явление переноса в идеальном газе. Вязкость Беспорядочн тепл движ молекул, непрерывн столкновения между ними приводят к тому, что молекулы, хотя и сравн медленно, перемещ из одной точки пространства в другую. В рез-те столкновения изм величины и направления скоростей молекул, что приводит к передаче импульса и энергии. Если данные неоднородности вызваны посторонним источником и носят пост характер, то хаотическое движение молекул стремится ликвидировать эти неоднородности. При этом в газе возникают особ процессы, кот носят название явлений переноса. К ним относятся диффузия, теплопроводность и внутр трение. Процесс выравнивания концентрации газовых молекул называется диффузией. В случае неодинак Т в разл частях газа те молекулы, кот находятся в более теплых областях, в среднем обладают > кинетич энергией, чем молекулы в более холодн областях. И здесь молек движение сопровождается суммарным переносом энергии в направл более холодных частей газа, вследствие чего происходит выравн T. Этот процесс - теплопроводность. Явл теплопроводн закл в переносе теплоты ΔQ от > горячего слоя с температурой T1 к > холодному, температура которого T2. Внутр трение (вязкость).(стокс) Если 2 соприкасающихся слоя движутся с различными скоростями, то может происходить выравнивание скоростей слоев газов. В среднем импульсы молекул таких слоев различны - молекулы более быстрых слоев имеют большие значения импульсов. Переход молекул из быстрых слоев в более медленный сопровождается переносом импульса упорядоченного движения. Противоположное по хар-ру действие оказывают молекулы медленного слоя, перешедшие в быстрый слой - в этом слое возникают тормозящие силы. Суммарный эффект при этом - выравнивание скоростей слоев. Это явление называется внутренним трением.Fтр= -k1v (знак минус означает, что сила направлена противоположно скорости).Величина к зависит от формы и размеров тела, состояния его пов-ти и от св-в среды.для глицерина этот коэффиц> чем для воды. |
|
13.Первое и второе начала термодинамики Первый закон термодинамики представляет собой закон сохранения энергии. Если сообщить телу кол-во тепла ΔQ ,тело может за счет этого тепла увеличить свою внутр энергию на величину ΔU и, кроме того, выполнить работу ΔA, причем в силу закона сохранения энергии: ΔQ=ΔU+ΔA. Первый закон термодинамики формулируется следующим образом: кол-во тепла, сообщенное системе, идет на приращение внутр Е системы и на совершение системой работы над внешними телами. Второе начало термодинамики. Выражая всеобщий закон сохр и превращ энергии, 1ое начало термодинамики не позвол опред направл протек процесса. В самом деле, процесс самопроизв передачи энергии в форме теплоты от холодн тела к горяч ни в какой мере не противоречит 1ому закону термодинамики. Однако при опускании раскаленного куска железа в холодную воду никогда не наблюдается явл дальнейш нагревания железа за счет соотв охлажд воды. Далее, 1ое начало не искл возможности такого процесса, единств резу-том кот было бы превращ теплоты, получ от нагревателя в эквивалентную ей работу. Так, к примеру, основываясь на 1ом начале, можно было бы попытаться построить периодически действующий двигатель, совершающий работу за счет одного источника тепла (например за счет внутренней энергии океана). Такой двигатель называется вечным двигателем второго рода. Обобщение огромного экспериментального материала привело к выводу о невозможности построения вечного двигателя второго рода. Этот вывод получил название второго начала термодинамики. Невозможен процесс, единств рез-том кот явл превращение всей теплоты, полученной от нагревателя, в эквивалентную ей работу. Формулировка Клаузиуса: теплота сама собой не может переходить от < нагретого тела к > нагретому. |
14.Цикл Карно. Максимальный КПД тепловой машины Анализируя работу тепловых двигателей, французский инженер Сади Карно в 1824г.пришел к выводу, что наивыгоднейшим круговым процессом явл обратимый круговой процесс, состоящий из 2ух изотермических и 2ух адиабатических процессов, т.к. он хар-тся наибольшим коэффициентом полезного действия. Такой цикл получил название цикла Карно. В прямом цикле Карно рабочее тело изотермически, а затем адиабатически расширяется, после чего снова изотермически (при более низкой температуре)и потом адиабатически сжимается. Отношение полезной работы к затраченной энергии нагревателя определяет коэффициент полезного действия (к.п.д.) тепловой машины: КПД тепловой машины Карно зависит только от температур нагревателя и холодильника. Кроме того, из него следует, что КПД может составлять 100 % только в том случае, если температура холодильника равна абсолютному нулю. Это невозможно, но не из-за недостижимости абсолютного нуля, а из-за того, что такой цикл или нельзя замкнуть, или он вырождается в совокупность двух совпадающих адиабат и изотерм. Тепловая машина Карно, работающая по этому циклу, обладает максимальным КПД из всех машин, у кот max и min температуры осуществляемого цикла совпадают соответственно с max и min температурами цикла Карно. |
15.Понятие электрического заряда. Взаимодействие зарядов. Закон Кулона Электрический заряд - это связанное с телом св-во, позволяющее ему быть источником эл поля и участвовать в электромагнитных взаимодействиях. Заряд является количественной хар-кой. Наличие у тела эл заряда проявляется в том, что такое тело взаимодействует с др заряженными телами. Тела, несущие заряды одинакового знака, отталкиваются друг от друга. Тела, заряженные разноименно, притягиваются друг к другу. Закон, кот подчиняются силы взаимодействия так называемых точечных зарядов, был установлен в 1775 году Кулоном, согласно которому сила взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов прямо пропорциональна произведению этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними , где - электрическая постоянная, - относительная диэлектрическая проницаемость. При соприкосновении двух электрически нейтральных тел в результате трения заряды переходят от одного тела к другому. В каждом из них нарушается равенство суммы положительных и отрицательных зарядов, и тела заряжаются разноимённо. При электризации тела через влияние в нём нарушается равномерное распределение зарядов. Они перераспределяются так, что в одной части тела возникает избыток положительных зарядов, а в другой — отрицательных. Если две эти части разъединить, то они будут заряжены разноимённо. |
|
16.Элестрическое поле, его напряженность Взаимодействие между зарядами осуществляется через эл.поле. Эл поле покоящихся зарядов называется электростатическим. Электростатическое поле отдельного заряда можно обнаружить, если внести в это поле др заряд, на кот в соответствии с законом Кулона будет действовать определенная сила. Внесем в эл поле, созданное зарядом q, точечный положительный заряд, называемый пробным. На этот заряд, по закону Кулона, будет действовать сила Если в одну и ту же точку помещать разные пробные заряды, то на них будут действовать различные силы, пропорциональные этим зарядам. Величина, явл силовой хар-кой эл поля и называется напряженностью т.е. напряженность данной точки эл поля - сила действующая на единичный положительный заряд, помещенный в эту точку. Учитывая закон Кулона, нетрудно получить выражение для напряженности поля создаваемого точечным зарядом q . За единицу напряженности принимается напряженность в такой точке поля, в кот на ед-цу заряда действует ед-ца силы. |
17.Работа электрического поля На всякий заряд, находящийся в электрическом поле, действует сила, и поэтому при движении заряда в поле совершается определенная работа. Эта работа зависит от напряженности поля в разных точках и от перемещения заряда. Но если заряд описывает замкнутую кривую, т. е. возвращается в исходное положение, то совершаемая при этом работа равна нулю, как бы ни было сложно поле и по какой бы прихотливой кривой ни происходило движение заряда. Электрические силы, действующие на пробный заряд, перемещают его, совершая работу. Так как в однородном эл. поле F=qпрE=const, то А=qпрE(r1-r2), где r1- начальная точка, r2- конечная точка. Однородное поле – поле, где Е = по модулю и направлению во всех точках пространства. Работа сил электростатического поля при перемещении заряда из одной точки поля в другую не зависит от формы траектории, а определяется только положением начальной и конечной точек и величиной заряда. Работа сил электростатического поля при перемещении заряда по любой замкнутой траектории равна нулю. Силовые поля, обладающие этим свойством, называют потенциальными или консервативными. разность потенциалов E=A/q, q – точечный заряд* (к билету 18): Электростатический потенциал - скалярная энергетическая характеристика электростатического поля, характеризующая потенциальную энергию поля, которой обладает единичный заряд, помещённый в данную точку поля. Единицей измерения потенциала является, таким образом, единица измерения работы, деленная на единицу измерения заряда. |
18.Понятие потенциала эл поля. Связь потенциала с напряженностью электростатического поля Внося в данную точку поля различные пробные заряды, мы будем изменять потенциальную энергию, т.е. получим различные U1,U2,U3. Но отношение потенц энергии к заряду остается величиной постоянной. Значит, для хар-ки поля можем использовать это отношение: (Электростатический потенциал равен отношению потенциальной энергии взаимодействия заряда с полем к величине этого заряда) Потенциал явл. энергетической хар-кой поля. Он численно равен работе, кот надо затратить против сил эл поля при перенесении единичного положительного точечного заряда из -ти в данную точку поля. В СИ потенциал - вольт. Когда поле образовано несколькими произвольно расположенными зарядами, потенциал его в данной точке равен алгебраич сумме потенциалов, создаваемых каждым зарядом в отдельности. Эл поле характеризуется двумя физ величинами: напряженностью (силовая хар-ка) и потенциалом (энерг хар-ка). Выясним, как они связаны между собой. Пусть положительный заряд q перемещается силой эл поля с эквипотенциальной (=const) поверхности, имеющей потенциал , на близко расположенную эквипотенциальную пов-ть, имеющую потенциал .Напряженность поля Е на всем малом пути (r1-r2) можно считать постоянной. Тогда работа перемещения ΔA=qE(r1-r2). С др стороны ΔA=qΔφ. Из этих ур-ний получаем . Знак минус обусловлен тем, что напряженность поля направлена в сторону убывания потенциала, тогда как градиент потенциала направлен в сторону возрастания потенциала. |
|
19.Свойства проводников в электростатическом поле Проводники - тела, в кот имеются свободные носители заряда, т.е. заряженные частицы, кот могут свободно перемещаться внутри этого тела. Электростатическое поле – эл поле, образованное неподвижными эл зарядами. Для формальной теории электричества достаточно определить идеальный проводник как такое тело, в кот собственные эл заряды (свободные электроны) могут двигаться с конечной скоростью при сколь угодно малом значении напряженности поля внутри проводника. Из определения идеального проводника непосредственно следует условие существования электростатического поля, а именно, электростатическое поле в пространстве, в кот имеются проводники, возможно лишь при равенстве нулю напряженности поля во всех внутренних точках проводника. Физически это означает следующее: при внесении проводника в электростатическое поле оно перестанет быть электростатическим; под действием сил поля по проводнику начнут двигаться заряды. Движение зарядов в проводнике можно рассматривать как перераспределение положительных и отрицательных зарядов (ранее взаимно компенсировавших друг друга во всех точках нейтрального проводника), при кот положительные заряды движутся в направлении поля, а отрицательные — в направлении, противоположном направлению поля. В рез-те такого перемещения на части внешней пов-ти проводника, обращенной к положительным истокам эл поля, будут скапливаться (индуцироваться) отрицательные заряды, на противоположной — положительные. Эти индуцированные заряды образуют внутри проводника собственное эл поле, кот направлено против внешнего поля. |
20.Свойства диэлектриков в электростатическом поле Св-ва диэлектриков проще всего описать, используя модель диполя - систему 2ух разноименных зарядов, находящихся на небольшом расстоянии друг от друга. Под действием внешнего эл поля диполи в в-ве поворачиваются, если они уже существовали, или образуются новые диполи. В рез-те под действием внешнего эл поля диполи выстраиваются так, что образуют структуру, эл поле кот направлено против внешнего эл поля. Поляризация диэлектриков: такое выстраивание диполей в плоской пластине, где внутри пластины заряды диполей компенсируются, а на ее 2ух поверхностях образуются заряды противоположных знаков. Физическая величина, которая показывает, во сколько раз электрическое поле внутри диэлектрика меньше, чем электрическое поле в вакууме при прочих равных условиях (то есть при неизменной системе свободных зарядов, задающих внешнее электрическое поле), получила название диэлектрической проницаемости диэлектрика. |
21.Условия сущ.эл.тока.законыОма,Джоуля-Ленца,Кирхгофа Эл ток – упорядоченное (направленное) движение заряж частиц. Для появления и сущ эл.тока необходимо наличие: свободных носителей тока, источн эл. энергии. Эл ток наз. пост, если движ носителей тока стационарно (скорость движения не изменяется со временем). За направл тока принимают направл движения полож заряженных частиц. В Me направл тока противоположно направл дрейфа электронов. Закон Ома для однородного участка цепи: сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению. .Закон Ома для неоднородного участка цепи. I= (на неоднородном участке цепи действуют как электрич, так и сторонние силы). Закон Ома для полной(замкн) цепи: Сила тока в замкн цепи прямо пропорциональна вел ЭДС источника тока и обратно пропорциональна полн сопротивлению цепи, = сумме сопротивл внешн и внутр цепи:. Короткое замыкание - явл, возн при замык концов участка цепи проводн с предельно малым сопротивлением R<<r. Закон Ома для полной цепи в данном случае равно Iк.з.= . Закон Джоуля-Ленца: кол-во теплоты, выделяемое проводником с током, = произвед (силы тока)2, сопротив проводн и вр Q При реш задач на правила Кирхгофа использ термины: узел(точка, где сходятся не < 3х проводников), ветвь(участок цепи между 2мя узлами), контур(замкн уч цепи из неск последовательных ветвей). Первое правило Кирхгофа. Алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю: . Второе правило: в любом замкнутом контуре сумма падений напряжения на сопротивлениях равна алгебраической сумме ЭДС в этом контуре: (Уравнений на основе правил Кирхгофа составл ст, сколько сопротивл (резисторов) в контуре). |
|
22.Сопротивление проводников. Причина его изменений. Эл сопротивление (ЭС) проводника-физ.вел., которая показ, как данный проводник препятствует прохожд тока через него. 1Ом. Выс электропроводность металлов связ с тем, что в них имеется большое кол-во носит тока — электронов проводимости, образ из валентных электронов атомов Ме, которые не принадлежат опред атому. Эл ток в Me возник под действ внеш эл поля, которое вызывает упорядоч движение электронов. Движущиеся под действ поля электроны рассеиваются на неоднородностях ионной решётки (на примесях, дефектах решётки, а также нарушениях периодической структуры, связанной с тепловыми колебаниями ионов). При этом электроны теряют импульс, а энергия их движения преобразуются во внутр энергию кристаллич решётки, что и приводит к нагреванию проводника при прохождении по нему эл тока. В других средах (полупроводниках, диэлектриках, электролитах, неполярных жидкостях, газах и т. д.) в зав-ти от природы носителей заряда физическая причина R может быть иной. Линейная зав-ть, выраж законом Ома, соблюдается не во всех случаях. R проводн при проч равн усл зав от его геометрии и от удельн ЭС материала, из кот он состоит. R однородного проводника пост сечения зависит от св-в в-ва проводника, его длины, сеч и вычисляется по формуле:,где ρ - удельное сопр в-ва проводника, l - длина проводника, а S сечения. R однородного проводника также зав от t. Уд R - скал физ вел, численно равная R однородного цилиндрического проводника единичн l и ед S. R Me снижается при пониж t; при t порядка нескольких K сопротивление большинства Me и сплавов стрем или становится =0. Эффект сверхпроводимости — св-во некоторых материалов обладать строго нулевым ЭС при достижении ими t ниже опред значения (критическая t, для большинства Ме критическая t лежит в интервале 1-20К). Напротив, R полупроводников и изоляторов при сниж t растёт. R также меняется по мере увеличения тока/напряжения, протекающего через проводник/полупроводник. |
23.Электрический ток в жидкостях. Методы повышения проводимости жидкости. Жидкости по степени электропроводности делятся на: диэлектрики (дистиллированная вода), проводники (электролиты), полупроводники (расплавленный селен). Электролит - жидкий проводник, в котором подвижными носителями зарядов явл только ионы. Степень диссоциации - число, показ, какую часть всех молекул растворенного вещества составляют молекулы, распавшиеся на ионы. Электролиз - процесс выделения на электродах в-ва, связ с окислительно-восстановительными реакциями при прохождении тока в растворах электролитов. Положительный электрод-анод, отрицательный-катод. Закон электролиза был экспериментально установлен английским физиком М. Фарадеем в 1833 году. 1ый закон Фарадея. Масса вещества, выделяющегося при электролизе, прямо пропорциональна кол-ву электричества, протекшего через раствор: m = kQ = kIt, где I-сила тока, t-время пропускания тока, k-электрохимический эквивалент в-ва. 2ой закон Фарадея: масса выделяющегося на электроде в-ва прямо пропорциональна молярной массе этого в-ва и обратно пропорциональна его валентности , где n-валентность атома, М-моряная масса в-ва, -пост Авогадро. Электрохимический эквивалент в-ва измеряется массой в-ва, выделяющегося на электроде при прохождении через электролит единичного заряда. Для повышения проводимости жидкости служит нагревание и добавление в жидкость примесей. |
24.Электрический ток в газах при различных напряженностях электрического поля. Под действ внешнего эл поля ионы обоих знаков и ē движутся в направл действия сил эл поля: полож ионы к катоду, отриц ионы и ē - к аноду. Т.е. ЭТ в газах - это упорядоч движение ионов и ē под действием эл поля. При н.у. газы сост из нейтр молекул, а поэтому явл диэлектриками. Так как для получения ЭТ необх наличие заряж частиц, то молекулы газа следует ионизировать. Для ионизации молекул необх затр энергию - энергию ионизации (энергия, необх для выбивания из молекул (атома) 1 ē из кристаллич решетки). Несамостоят газовый разряд - разряд, кот происх только под действ постороннего ионизатора. Самостоят газовый разряд - разряд в газе, кот может происх без возд посторон ионизатора.(свобод ē под действ поля набирает ускор. В случае если поля достаточн, частица при своём свободном пробеге наст сильно увел энергию, что при столкн с молекулой сразу же ионизует ее). Разл след типы самостоят газ разряда: 1)тлеющий (происх в разряж газе, сопровождается свечением). 2)искровой (происх при выс напряж, дост для образ лавинного пробоя-эл пробой в диэлектриках и полупроводн, связ с тем, что в сильном эл поле носители заряда могут приобр энергию, достаточн для ударн ионизации атомов или молек материала.) 3)дуговой (возникает при уменьшении расстояния между электродами) 4)коронный (происх в газе, когда ударная ионизация возникает не во всем простр-ве, занятом полем, а лишь вблизи электродов или проводов, где напряженность поля наиболее высокая). При увелич напряжения между электродами скорость направл движения ē и ионов возраст, поэтому больш часть заряж частиц достиг электродов, а, след-но возраст сила тока. При увел анодного напряж ток возрастает до некоторого max значения, называемого током насыщения. Причиной установления тока насыщения является полное прекращение процесса рекомбинации. |
|
25.Электрический ток в вакууме. Методы регулирования. Полный вакуум - идеальный изолятор. Эл ток в вакууме - направленный поток электронов между двумя электродами (от катода к аноду). Для того, чтобы в вакууме был ток, туда необходимо подать заряд. Наличие электронов обусловлено электронной эмиссией с поверхности электрода. Электронная эмиссия — явление испускания электронов поверхностью твёрдого тела или жидкости. Электронную эмиссию обуславливают несколько факторов: 1)бомбардировка катода положительными ионами (ионно-электронная эмиссия) 2)испускание электронов с поверхности достаточно нагретого металлического катода (термоэлектронная эмиссия) 3)воздействие на поверхность металла электромагнитного излучения (фотоэлектронная эмиссия) 4)бомбардировка металла быстрыми электронами (вторичная электронная эмиссия). лектрический ток в вакууме возможен в электронных лампах. Электронная лампа - это устройство, в котором применяется явление термоэлектронной эмиссии. Вакуумный диод - это двухэлектродная ( А- анод и К - катод ) электронная лампа. Внутри стеклянного баллона создается очень низкое давление - нить накала, помещенная внутрь катода для его нагревания. Поверхность нагретого катода испускает электроны. Если анод соединен с + источника тока, а катод с -, то в цепи протекает постоянный термоэлектронный ток. Вакуумный диод обладает односторонней проводимостью. Т.е. ток в аноде возможен, если потенциал анода выше потенциала катода. В этом случае электроны из электронного облака притягиваются к аноду, создавая эл.ток в вакууме. Электронно - лучевая трубка ( ЭЛТ )- используются явления термоэлектронной эмиссии и свойства электронных пучков. кинескопы в телеаппаратуре; дисплеи ЭВМ; электронные осциллографы в измерительной технике. |
26.Термоэлектрические явления на спаях проводников. Термопара и ее работа. Термоэлектрические явления - явления прямого преобразования теплоты в электричество в твердых или жидких проводниках, а также обратное явление прямого нагревания и охлаждения спаев двух проводников проходящим током. Термопара (термоэлектрический преобразователь температуры) — термоэлемент, применяемый в измерительных и преобразовательных устройствах, а также в системах автоматизации. (+ пара проводников из различных материалов, соединенных на одном конце и формирующих часть устройства, использующего термоэлектрический эффект для измерения температуры.) Термопары широко применяют для измерения температуры различных объектов, а также в автоматизированных системах управления и контроля. Измерение температур с помощью термопар получило широкое распространение из-за надежной конструкции датчика, возможности работать в широком диапазоне температур и дешевизны. Термопары относятся к классу термоэлектрических преобразователей, принцип действия которых основан на явлении эффекта Зеебека(явление возникновения ЭДС в замкнутой электрической цепи, состоящей из последовательно соединённых разнородных проводников, контакты между которыми находятся при различных температурах): если спаи двух разнородных металлов, образующих замкнутую электрическую цепь, имеют неодинаковую температуру (Т не равно Т2), то в цепи протекает электрический ток. Изменение знака у разности температур спаев сопровождается изменением направления тока.(+ Между соединёнными проводниками имеется контактная разность потенциалов; если стыки связанных в кольцо проводников находятся при одинаковой температуре, сумма таких разностей потенциалов равна нулю. Когда же стыки находятся при разных температурах, разность потенциалов между ними зависит от разности температур. Коэффициент пропорциональности в этой зависимости называют коэффициентом термо-ЭДС. У разных металлов коэффициент термо-ЭДС разный и, соответственно, разность потенциалов, возникающая между концами разных проводников, будет различная. Помещая спай из металлов с отличными коэффициентами термо-ЭДС в среду с температурой Т1, мы получим напряжение между противоположными контактами, находящимися при другой температуре Т2, которое будет пропорционально разности температур Т1 и Т2.)В зависимости от конструкции и назначения различают термопары погружаемые и поверхностные; с обыкновенной, взрывобезопасной, влагонепроницаемой или герметичной или негерметичной обол, а также без оболочки; обыкновенные, вибротряскоустойчивые и ударопрочные; стационарные и переносные и т.д. Основное применение термопары электронные термометры. |
27.Понятие проводников и механизмов их проводимости. Проводники – вещества, пропускающие электрический ток, то есть имеющие низкое сопротивление. Существуют два основных типа проводников:1. Металлические.2. Ионные. 1. В металлических проводниках ток переносят электроны, само вещество ток не затрагивает (при небольших значениях). Этот вид проводимости наблюдается в твердых и жидких (расплавленных) металлах и полупроводниках. 2. В ионных проводниках ток переносят положительно и отрицательно заряженные ионы (катионы и анионы соответственно). Этот вид проводимости меняет состав вещества, вызывая химические реакции (к примеру, появление отложений на электродах). Такой тип проводимости характерен для некоторых жидкостей (солей), растворенных солей, солевых растворов и ионизированного газа (плазмы). Плазмы – отдельная категория, здесь один переносчик зарядов – электроны, а второй – положительно заряженные частицы газа. Обе составляющие двигаются в электрическом поле. |
|
28.Дырочно-электронный переход в полупроводниках Дырочно-электронный переход - область контакта двух полупроводников с различным типом проводимости, а также полупроводника и металла. Рассмотрим полупроводник, в котором имеются 2 области: электронная и дырочная. В первой – высокая концентрация электронов, во второй – высокая концентрация дырок. Согласно закону выравнивания концентрации электроны стремятся перейти из n– области, где их концентрация выше в p–область, дырки же–наоборот(диффузия). Выравниванию концентраций мешают силы возникающего внутреннего эл поля. Дырки, уходящие из p – области оставляют в ней отрицательно ионизированные атомы, а электроны уходящие из n области– положит-но ионизированные атомы => дырочная область становится заряженной отрицательно, а электронная–положительно. Между областями возникает эл поле, созданное 2мя слоями зарядов. Если внешнее напряжение приложено плюсом к p–области, а минусом к n–области, то эл поле источника будет направлено навстречу полю p–n перехода и ослабит его действие. При этом увеличится диффузионный ток. |
29. Понятие магнитного поля. Сила Лоренца и сила Ампера Магнитное поле - силовое поле, действующее на движущиеся эл заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения, магнитная составляющая электромагнитного поля. Магнитное поле может создаваться током заряженных частиц и/или магнитными моментами электронов в атомах. Основной силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции B. В СИ: Тесла (Тл). Сила Лоренца — сила, с которой электромагнитное поле действует на точечную заряженную частицу. F=[,] направление силы Лоренса перпендикулярно векторам скорости и магнитной индукции и направлена по правилу левой руки (Правило левой руки: если левую руку расположить так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, а вытянутые четыре пальца совпадали с направлением тока в проводнике, то отогнутый большой палец укажет направление силы, действующей на проводник с током, помещенный в магнитное поле). Сила Ампера - сила, с которой магнитное поле действует на проводник. F = I·L·B·sina, I-сила тока; B-вектор индукции магнитного поля; L - длина проводника; a - угол между вектором магнитного поля и направлением тока в проводнике. |
30.Движение заряженной частицы в электрическом и магнитном полях Если частица, обладающая зарядом е, движется в пространстве, где имеется эл поле с напряжённостью E, то на неё действ сила eE. Если, кроме электрического, имеется магнитное поле, то на частицу действует ещё сила Лоренца, равная e[uB], где u - скорость движения частицы относительно поля, B - магнитная индукция. Поэтому согласно второму закону Ньютона уравнение движения частиц имеет вид: F=ev Рассмотрим частный случай, когда нет эл поля, но имеется магнитное поле. Предположим, что частица, обладающая начальной скоростью u0, попадает в магнитное поле с индукцией B. Это поле мы будем считать однородным и направленным перпендикулярно к скорости u0, действ на частицу сила Лоренца всегда перпендикулярна к скорости движения частицы. Это значит, что работа силы Лоренца всегда равна нулю; => абс значение скорости движения частицы, а значит, и энергия частицы остаются постоянными при движении. Так как скорость частицы u не изменяется, то величина силы Лоренца остается постоянной. Эта сила, будучи перпендикулярной, к направлению движения, является центростремительной силой (при движении по кривой или по окружности - это сила, действ на предмет таким образом, что он удерживается на круговой траектории.) |
|
31. Закон Био-Савара-Лапласа для расчета магнитных полей токов Физический закон для определения модуля вектора магнитной индукции в любой точке магнитного поля, создаваемого постоянным электрическим током, текущем по проводнику любой формы, на некотором рассматриваемом участке был установлен экспериментально году Био и Саваром (они исследовали магнитные поля, создаваемые в воздухе прямолинейным током, круговом током, катушкой с током и т.д.). Лаплас проанализировал данное выражение и показал, что с его помощью путём интегрирования, в частности, можно вычислить магнитное поле движущегося точечного заряда, если считать движение одной заряженной частицы током. Закон Био-Савара-Лапласа для проводника с током I, элемент которого создает в некоторой точке А индукцию поля записывается в виде: …, где вектор, по модулю равный длине проводника и совпадающий по направлению с током; радиус-вектор, проведенный от элемента проводника в точку А поля; модуль радиуса-вектора. Закон Био-Савара-Лапласа совместно с принципом суперпозиции позволяет рассчитывать магнитные поля, создаваемые любыми проводниками с током. Закон Био-Савара-Лапласа: где r-расстояние от участка тока до рассматриваемой точки поля,α-угол между током и направлением в данную точку r(вектор),–магнитная постоянная. |
32. Явления электромагнитной индукции. Правило Ленца Электромагнитная индукция - явление возникновения эл тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока через него. Электромагнитная индукция была открыта Майклом Фарадеем, который обнаружил, что ЭДС, возникающая в замкнутом проводящем контуре пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром. Величина ЭДС не зависит от того, что является причиной изменения потока - изменение самого магнитного поля или движение контура(или его части)в магнитном поле. Электрический ток вызванный этой ЭДС называется индукционным током. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея (в системе СИ): Где Е - ЭДС, действующая вдоль произвольно выбранного контура, Фп— магнитный поток через поверхность, натянутую на этот контур. Знак «минус» в формуле отражает правило Ленца: Индукционный ток, возникающий в замкнутом проводящем контуре, имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле противодействует тому изменению магнитного потока, которым был вызван данный ток. |
33.Взаимная индукция соленоидов. Работа трансформатора Соленоид - катушка провода, намотанного на цилиндрическую пов-ть. Явл взаимной индукции закл в наведении ЭДС индукции в проводнике, находящ вблизи цепи перем тока. Взаимоиндукция - возникновение ЭДС в 1 проводнике вследствие изменения силы тока в другом проводнике или вследствие изменения взаимн располож проводников. На явл взаимной индукции основ действ трансформаторов, которые применяются для повышения или понижения напряжения переменного эл тока. Трансформатор состоит из 2х или неск соленоидальных обмоток, располож близко друг от друга и, чаще всего, закрепленных на общ ферромагнитн сердечнике. Концы первичн обмотки присоед к источнику перем тока, а концы вторичной обмотки включены в цепь потребителя электроэнергии. Работа трансформатора основана на двух базовых принципах: 1)Изменяющийся во времени эл ток создаёт изм во вр магн поле (электромагнетизм) 2)Изм магнитного потока, проход через обмотку, создаёт ЭДС в этой обмотке (электромагнитная индукция). На одну из обмоток, называем первичн обмоткой, подаётся напряж от внешн источн. Протек по первичн обмотке перем ток созд перем магнитный поток в магнитопроводе. В рез-те электромагнитной индукции, перем магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, в том числе и в первичной, ЭДС индукции. ЭДС, создаваемая во вторичной обмотке, может быть вычислена по закону Фарадея, который гласит, что: . U2 — Напряжение на вторичной обмотке, N2 — число витков во вторичной обмотке, Φ — суммарный магнитный поток, через один виток обмотки. |
|
34.Прич сущ ферромагнетиков, парамагн, диамагнетиков Ферромагнетики - материалы, обладающ большой магнитной проницаемостью (сталь, железо, никель, кобальт, их сплавы). Магн проницаемость ферромагнетика m=В/Н непостоянна и зав от напряженности магн поля. Если ферромагнетик не находится во внеш поле, то магн моменты отдельных областей разнонаправлены и суммарный магн момент тела =0 - ферромагнетик не намагничен. Внесение ферромагнетика во внеш магн поле вызывает поворот магн моментов части областей в направлении внеш поля. В рез-те ферромагнетик намагничивается. Причина-обменное взаимодействие (взаимодействие тождественных частиц, приводящее к зав-ти значения энергии сис-мы частиц от её полного спина (спином называют собств момент импульса атомного ядра или атома) Парамагнетики (Al, Pt, О2)-в-ва, которые намагничив во внеш магн поле в направл внеш магн поля. Парамагнетики относ к слабомагнитным в-вам, магнитная проницаемость незначит отл от 1. Атомы (молекулы или ионы) парамагнетика обладают собств магн моментами, которые под действ внеш полей ориентируются по полю и тем самым создают результирующее поле, превышающее внешнее. Парамагнетики втягиваются в магн поле. В отсутствие внеш магн поля парамагнетик не намагничен, так как из-за теплового движ собств магн моменты атомов ориентированы совершенно беспорядочно. Причина - Кулоновское отталкивание-отталкивание одноимённо заряж частиц согласно закону Кулона(F = qvBsin α) Диамагнетики-в-ва, намагничивающиеся навстречу направлению действующего на них внеш магн поля. В отсутствие внеш магн поля диамагнетики не имеют магн момента. Диамагнетизм присущ всем в-вам, но поскольку диамагнитная восприимчивость по величине мала, его можно наблюдать экспериментально лишь у в-в, атомы (молекулы, ионы) которых не обладают собств пост магн. моментом. |
35. Формирование электромагнитных колебаний в колебательном контуре Колебательный контур - осциллятор, представл собой эл цепь, содерж соед катушку индуктивности и конденсатор. В такой цепи могут возбуждаться колебания тока (и напряжения). Колебательный контур - простейш сис-ма, в кот могут происх своб ЭМ колебания. Пусть конденсатор ёмкостью C заряжен до напряжения U0. Энергия, запасённая в конденсаторе составляет При соед конденсатора с катушкой индуктивности ,в цепи потечёт ток I, что вызов в катушке ЭДС самоиндукции, направл на уменьш тока в цепи. Ток, вызванн этой ЭДС (при отсутствии потерь в индуктивности) в нач момент будет = току разряда конденсатора, то есть результирующий ток будет =0. Магн энергия катушки в этот (нач) момент =0. Затем результирующий ток в цепи будет возрастать, а энергия из конденсатора будет переходить в катушку до полного разряда конденсатора. В этот момент электроэнергия колебат контура EC = 0. Магн же энергия, сосредоточенная в катушке, напротив, максимальна и равна, где L — индуктивность катушки, I0 — максимальное значение тока. После этого начнётся перезарядка конденсатора, то есть заряд конденсатора напряжением другой полярности. Перезарядка будет проходить до тех пор, пока магнитная энергия катушки не перейдёт в электроэнергию конденсатора. Конденсатор, в этом случае, снова будет заряжен до напряжения − U0. В рез-те в цепи возникают колебания, длит которых будет обратно пропорциональна потерям энергии в контуре. |
36.Понятие электромагнитных волн, волновое уравнение для световой волны Электромагнитное излучение (электромагнитные волны) - распространяющееся в пространстве возмущение электромагн поля (взаимодействующих друг с другом электрического и магнитного полей). Электромагнитная волна поперечная, поскольку взаимно перпендикулярные векторы напряженности электрического поля Е и магнитной индукции В совершают колебания в плоскости, которая расположена перпендикулярно направлению распространению волны. К электромагнитному излучению относятся радиоволны (начиная со сверхдлинных), инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое, рентгеновское и жесткое (гамма-)излучение. Электромагнитное излучение способно распространяться в вакууме (пространстве, свободном от вещества), но в ряде случаев достаточно хорошо распростр и в пространстве, заполненном в-вом (несколько изменяя при этом свое поведение). |
|
37.Законы отражения и преломления света Закон преломления света описывает преломление света на границе двух сред. Также применим и для описания преломления волн другой природы, например звуковых. Угол падения света на поверхность связан с углом преломления соотношением n1 — показатель преломления среды, из которой свет падает на границу раздела; α1 — угол падения света — угол между падающим на поверхность лучом и нормалью к поверхности; n2 — показатель преломления среды, в которую свет попадает, пройдя границу раздела; α2 — угол преломления света — угол между прошедшим через поверхность лучом и нормалью к поверхности. Отражение - физ процесс взаимодействия волн или частиц с поверхностью, изм направл волнового фронта на границе двух сред с разными оптич св-вами в кот волновой фронт возвращается в среду, из которой он пришёл. Закон отражения света устанавливает изменение направления хода светового луча в рез-те встречи с отражающей (зеркальной) поверхностью: падающий и отраженный лучи лежат в одной плоскости с нормалью к отражающей поверхности в точке падения, и эта нормаль делит угол между лучами на две равные части. Угол падения = углу отражения |
38. Понятия геометрической оптики. Тонкие линзы. Их фокусное расстояние. Оптическая сила Геометрическая оптика — раздел оптики, изучающий законы распространения света в прозрачных средах и принципы построения изображений при прохождении света в оптических системах без учёта его волновых свойств. Линза - диск из прозрачного однородн материала, огранич 2мя полиров поверхностями — сферическими или плоской и сферической. В зав-ти от форм различ собирательные (положительные) и рассеивающие (отрицательные) линзы. К группе собирательных линз обычно относят линзы, у которых середина толще их краёв, а к группе рассеивающих — линзы, края которых толще середины. Если толщина самой линзы мала по сравнению с радиусами кривизны сферических поверхностей, то линзу называют тонкой Линзы характеризуются, как правило, своей оптической силой (измеряется в диоптриях), или фокусным расстоянием. Виды линз: Собирающие: двояковыпуклая, плоско-выпуклая, вогнуто-выпуклая Рассеивающие: двояковогнутая, плоско-вогнутая, выпукло-вогнутая.Фокусное расстояние - расст от линзы до главн фокуса. Главный фокус - точка, в которой сходится после прохождения опт сис-мы пучок световых лучей, падающих на систему параллельно её оптической оси. Оптическая сила — вел, характеризующая преломляющую способность осесимметричных линз и центрированных опт сис-м из таких линз. Обратно пропорциональна фокусному расст сис-мы. Некоторые из стандартных лучей не проходят через линзу. Эти лучи реально не участвуют в образовании изображения, но они могут быть использованы для построений. Изображения можно также рассчитать с помощью формулы тонкой линзы. Если расстояние от предмета до линзы обозначить через d, а расстояние от линзы до изображения через f, то формулу тонкой линзы можно записать в виде().Величину D, обратную фокусному расстоянию. называют оптической силой линзы. Единица измерения оптической силы является 1 диоптрия (дптр). Диоптрия – оптическая сила линзы с фокусным расстоянием 1 м:1 дптр = м–1. а – собирающие б – рассеивающие |
39. Условия полного отражения света. Световоды Внутреннее отражение — явление отражения электромагнитных или звуковых волн от границы раздела двух сред при условии, что волна падает из среды, где скорость ее распространения меньше (в случае световых лучей это соответствует большему показателю преломления)Полное внутреннее отражение - внутреннее отражение, при условии, что угол падения превосходит некоторый критический угол. При этом падающая волна отражается полностью, и значение коэфф отражения превосходит его самые большие значения для полированных поверхностей. К тому же, коэфф отражения при полном внутр отражении не зав от длины волны. Условия наблюдения явления полного внутреннего отражения:
Световод - нить из оптически прозрачного материала (стекло, пластик), использ для переноса света внутри себя посредством полного внутр отражения. Осевая часть волокна создаётся из стекла с высоким показателем преломления и погружается в оптически менее плотную среду (пластиковая оболочка волокна, специальная жидкость, воздух). ( + закрытое устройство для направленной передачи света. В открытом пространстве передача света возможна только в пределах прямой видимости и ограничивается нач. расходимостью излучения, поглощением и рассеянием в атмосфере. Переход к С. позволяет значительно уменьшить потери световой энергии при её передаче на большие расстояния) |
|
40. Электромагнитная природа света. Монохроматизм и когерентность Свет - электромагн излучение, испуск нагретым или находящимся в возбуждённом состоянии в-вом, воспринимаемое человеческим глазом. Под светом понимают не только видимый свет, но и примыкающие к нему широкие области спектра. Одной из характеристик света является его цвет, который определяется длиной волны для монохроматического излучения, или суммарным спектром сложного излучения. Скорость света в вакууме с ≈ 300к м/с «Невидимый свет» — ультрафиолетовый свет, инфракрасный свет, радиоволны. Монохроматизм - чрезвычайно редкий дефект цветового зрения. Для воспроизведения всех цветовых тонов спектра монохроматам нужен всего лишь один основной цвет. Страдающие этой аномалией люди вполне могут быть названы «цвето-слепыми». Как правило, они вообще не видят никаких цветов, а нередко имеют и другие дефекты зрения. Не исключено, что причиной монохроматизма являются аномалии качественного и количественного состава колбочек в сетчатке. (На практике монохроматическим считается излучение с узким спектральным интервалом). Когерентность - согласованность нескольких колебательных или волновых процессов во времени, проявляющаяся при их сложении. Колебания когерентны, если разность их фаз постоянна во времени и при сложении колебаний получается колебание той же частоты. Классический пример двух когерентных колебаний-это два синусоидальных колебания одинаковой частоты. Два колебательных процесса называются когерентными, если разность фаз Δφ=φ1 - φ2 складывающихся колебаний остается постоянной в течение времени, достаточного для наблюдений. |
41. Оптическая разность хода. Интерференция световых волн Оптическая разность хода отличается от обычной разности хода тем, что она учитывает показатель преломления среды. Связано это тем, что при переходе из одной среды в другую меняется длина волны. Например первая волна прошла в воздухе путь d,а вторая путь D в воде, тогда опт разн. хода: d-nD. Разность хода лучей, разность оптических длин путей двух световых лучей, имеющих общие начальную и конечную точки. Понятие Разность хода играет основную роль в описании интерференции света и дифракции света. Расчёты распределения световой энергии в оптических системах основаны на вычислении Разность хода проходящих через них лучей (или пучков лучей). Интерференция света - явление взаимного усиления или ослабления света до полной темноты (гашения) при наложении двух его волн, которые имеют одинаковые частоты колебаний. Интерференция возникает, когда два когерентных источника света, т.е. испускающие полностью однородные лучи света с постоянной разностью фаз, расположены очень близко друг от друга. Такими источниками света являются, например, два зеркальных изображения одного источника света. У двух разных источников света никогда не сохраняется постоянная разность фаз волн, поэтому их лучи не интерферируют. + Оптическая длина пути.: L = S*n, S - геометрическая длина пути, n – показатель преломления среды. Оптическая разность хода – разность оптических длин, проходимых волнами: Δ = L2 - L1 = S2*n2 – S1*n1 |
42. Интерференция света в тонких плёнках Интерференция света - явление пространственного перераспределения светового потока, происходящее при наложении двух когерентных волн (если частота одинаковая и постоянная разность фаз, то волны когерентные или монохромные волны с постоянной разностью фаз); проявляется возникновением максимумов и минимумов интенсивности. Пусть монохроматическая волна падает на тонкую прозрачную пленку, от которой она дважды отражается: часть от веpхней повеpхности пленки, часть - от нижней ее повеpхности (а часть пpоходит чеpез пленку). Эти 2 отpаженные волны когеpентны и, накладываясь дpуг на дpуга, интеpфеpиpуют. Одна волна (та, котоpая заходит в пленку) отстает от дpугой. Между волнами обpазуется pазность хода. Если эта pазность хода пеpеменная в пpостpанстве, то создаются условия для наблюдения полос интеpфеpенции. Интеpфеpенцию в тонких пленках можно наблюдать двумя способами. Один способ основан на том, что пленка имеет pазличную толщину в pазных местах, дpугой - на том, что свет может падать на пленку под pазными углами. Пеpвый способ дает так называемые полосы pавной толщины, втоpой - полосы pавного наклона. Пусть на плоскопараллельную прозрачную пленку с показателем преломления n и толщиной d под углом i (рис. 249) падает плоская монохроматическая волна (для простоты рассмотрим один луч). На поверхности пленки в точке О луч разделится на два: частично отразится от верхней поверхности пленки, а частично преломится. Преломленный луч, дойдя до точки С, частично преломится в воздух (n0 = 1), а частично отразится и пойдет к точке В. Здесь он опять частично отразится (этот ход луча в дальнейшем из-за малой интенсивности не рассматриваем) и преломится, выходя в воздух под углом i. Вышедшие из пленки лучи 1 и 2 когерентны, если оптическая разность их хода мала по сравнению с длиной когерентности падающей волны. Если на их пути поставить собирающую линзу, то они сойдутся в одной из точек Р фокальной плоскости линзы. В результате возникает интерференционная картина, которая определяется оптической разностью хода между интерферирующими лучами. |
|
43. Дифракция волн и принцип Гюйгенса-Френеля Дифра́кция во́лн - явление, которое можно рассматривать как отклонение от законов геометрической оптики при распространении волн. Первоначально понятие относилось только к огибанию волнами препятствий, но сейчас с дифракцией связывают весьма широкий круг явлений, возникающих при распространении волн в неоднородных средах, а также при распространении ограниченных в пространстве волн. Дифракция тесно связана с явл интерференции. Более того, само явление дифракции зачастую трактуют как частный случай интерференции (интерференция вторичных волн). Дифракционные эффекты зависят от соотношения между длиной волны и характерным размером неоднородностей среды либо неоднородностей структуры самой волны. Согласно принципу Гюйгенса, каждую точку фронта волны можно рассматривать как источник вторичных волн. Френель существенно развил этот принцип: Все вторичные источники фронта волны, исходящей из одного источника, когерентны между собой.
Для вторичных источников справедлив принцип суперпозиции: излучение одних участков волновой поверхности не влияет на излучение других (если часть волновой поверхности прикрыть непрозрачным экраном, вторичные волны будут излучаться открытыми участками так, как если бы экрана не было). |
44.Дифракция света на одной щели. Дифракционная решетка Дифракционная решётка - оптический прибор, предназначенный для анализа спектрального состава оптического излучения. Дифракционная решётка состоит из тысяч узких и близко расположенных щелей. Из-за интерференции интенсивность света прошедшего через дифракционную решётку различна в различных направлениях. Имеются выделенные направления в которых световые волны от различных щелей решётки складываются в фазе, многократно усиливая друг друга. При освещении решётки монохроматическим светом на её выходе наблюдаются узкие лучи с большой интенсивностью. Так как направления на интерференционные максимумы зависят от длины волны, белый свет, прошедший через дифракционную решётку, будет расщепляться на множество лучей разного цвета. Таким образом мы можем исследовать спектральный состав света. Рассмотрим дифракцию на одной щели. Пусть на узкую щель, проделанную в непрозрачном экране, падает ноpмально к экpану паpаллельный пучок света. Пpоходя щель, свет огибает ее кpая. Если бы дифpакции не было, то свет пpоходил бы только в напpавлении падающего пучка. Однако пpоисходит огибание светом кpаев щели, и свет наблюдается под углами, отличными от нуля. Более того, наблюдаются полосы интерференции. |
45. Понятие формирования голографического изображения Голография - набор технологий для точной записи, воспроизведения и переформирования волновых полей. Когда в некоторой области пространства складываются несколько электромагнитных волн, частоты которых с очень высокой степенью точности совпадают, возникает интерференция. Когда записывают голограмму, в определённой области пространства складывают 2 волны: одна из них идёт непосредственно от источника (опорная волна), а другая отражается от объекта записи (объектная волна). В этой же области размещают фотопластинку (или иной регистрирующий материал), в результате на этой пластинке возникает сложная картина полос потемнения, которые соответствуют распределению электромагнитной энергии (картине интерференции) в этой области пространства. Если теперь эту пластинку осветить волной, близкой к опорной, то она преобразует эту волну в волну, близкую к объектной. Таким образом, мы будем видеть (с той или иной степенью точности) такой же свет, какой отражался бы от объекта записи. При записи голограммы крайне важно, чтобы длины волн (частоты) объектного и опорного лучей с максимальной точностью совпадали друг с другом, и разность их фаз не менялась в течение всего времени записи (иначе на пластинке не запишется чёткой картины интерференции). |
|
46. Поляризация света. Способы его поляризации Естественный свет, испускаемый любым источником (солнцем, электрической лампой и т.д.) не поляризован, т.е. он состоит из колебаний, которые не направлены специально ни в вертикальном, ни в горизонтальном, ни в каком-либо другом направлении. Эти световые колебания распространяются во всевозможных плоскостях, перпендикулярных к линии направления света. Слово поляризация означает, что колебания происходят в каком-нибудь одном направлении. Если колебания происходят вертикально, то это значит, что распространяются волны, колебания которых происходят вверху и внизу, т.е. свет поляризован вертикально. Если же мы говорим, что свет поляризован горизонтально, то под этим подразумеваем, что колебания происходят вправо и влево под прямым углом к линии распространения света. Cпособы получения и анализа поляризованного света: 1. Поляризация посредством отражения. Если естеств луч света падает на черную полиров пов-ть, то отраж луч оказыв частично поляризов. В кач-ве поляризатора и анализатора мб употреблено зеркальное или достаточно хорошо отполированное обычное оконное стекло, зачерненное с одной стороны асфальтовым лаком. Степень поляризации тем больше, чем правильнее выдержан угол падения. Для стекла угол падения равен 57°. 2. Поляризация посредством преломления. Световой луч поляризуется не только при отражении, но и при преломлении. В этом случае в качестве поляризатора и анализатора используется стопка сложенных вместе 10—15 тонких стеклянных пластинок, расположенных к падающим на них свет лучам под углом в 57°. Поляризаторы-оптические устройства,предназначенные для получения поляризованного света. Анализатор-оптическое устройство,предназначенное для распознания света(естественного или полчризованного). Вместе эти уст-ва наз. поляроиды. Если поляроид стоит перед источником естественного света, то он поляризатор, если же поляроид уже стоит после поляризованного света, то он анализатор. |
47.Двойное лучепреломление Двойное лучепреломление - эффект расщепления в анизотропных средах луча света на 2 составляющие. Впервые обнаружен на кристалле исландского шпата. Если луч света падает перпендикулярно к поверхности кристалла, то на этой поверхности он расщепляется на 2 луча. Первый луч продолжает распространяться прямо, и называется обыкновенным, второй же отклоняется в сторону, нарушая обычный закон преломления света, и называется необыкновенным. Нарушение закона преломления света необыкновенным лучом связанно с тем, что скорость распространения света (а значит и показатель преломления) волн с такой поляризацией, как у необыкновенного луча, зависит от направления. Для обыкновенной волны скорость распространения одинакова во всех направлениях. + Согласно классической теории света, возникновение эффекта связанно с тем, что переменное электромагнитное поле света заставляет колебаться электроны вещества, и эти колебания влияют на распространение света в среде, а в некоторых веществах заставить электроны колебаться проще в некоторых определённых направлениях. |
48. Распространение света в веществе. Дисперсия света Дисперсия света (разложение света) - это явление зав-ти абсолютного показателя преломления вещества от длины волны (или частоты) света (частотная дисперсия), или, что то же самое, зав-ть фазовой скорости света в веществе от длины волны (или частоты). Один из самых наглядных примеров дисперсии — разложение белого света при прохождении его через призму (опыт Ньютона). Сущностью явления дисперсии является неодинаковая скорость распространения лучей света c различной длиной волны в прозрачном веществе - оптической среде (тогда как в вакууме скорость света всегда одинакова, независимо от длины волны и следовательно цвета). Обычно чем больше частота волны, тем больше показатель преломления среды и меньше ее скорость света в ней. 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. Дисперсией объясняется факт появления радуги после дождя (точнее тот факт, что радуга разноцветная, а не белая). |
|
49. Поглощение света, квантово-механические причины Поглощение света - уменьшение интенсивности света, проходящего через среду, вследствие взаимодействия его с частицами среды. Сопровождается нагр в-ва, ионизацией или возбуждением атомов или молекул, фотохимическими процессами и т.д. Поглощенная в-вом энергия мб полностью или частично переизлучена в-вом с другой частотой. Поглощение света происходит вследствие преобразования энергии световой волны во внутр энергию в-ва или в энергию вторичного излучения, имеющего иной спектральный состав и иное направление распространения. Причина - атомы, внутри которых происходят колебания, совершая тепловое движение претерпевают столковение друг с другом. При каждом столкновении резко и неправильно меняются амплитуды и фазы гармонических колебаний, происходит переход в тепло энергии регулярных колебаний, т.е. поглощение света |
50. Рассеяние света Это отклонение распространяющегося в среде светового пучка во всевозможных направлениях. Свет рассеивается на неоднородностях среды, на частицах и молекулах, при этом меняется пространственное распределение интенсивности, частотный спектр, поляризация света. Рассеяние света зависит от частоты света, размера рассеивающих частиц. Рассеянием солнечного света на молекулах воздуха объясняется голубой цвет неба, а рассеянием на частицах пыли и водяных парах - яркие зори при восходе и заходе Солнца. По рассеянию света изучают строение молекул, жидкостей и т. п. |
51. Фотоэлектрический эффект. Давление света Фотоэффект - это испускание электронов веществом под действием света (и, вообще говоря, любого электромагнитного излучения). В конденсированных веществах (твёрдых и жидких) выделяют внешний и внутренний фотоэффект. Внешним фотоэффектом называется испускание электронов веществом под действием электромагнитных излучений. Внутренним фотоэффектом называется перераспределение электронов по энергетическим состояниям в твердых и жидких полупроводниках и диэлектриках, происходящее под действием излучений. Давление света - давление, которое оказывает световое излучение, падающее на поверхность тела. Если рассматривать свет как поток фотонов, то, согласно принципам классической механики, частицы при ударе о тело должны передавать ему импульс, другими словами — оказывать давление. Такое давление иногда называют радиационным давлением. |
|
52. Постулаты Бора. Построение атома водорода Постулаты Бора - основные допущения, сформулированные Нильсом для объяснения закономерности линейчатого спектра атома водорода и водородоподобных ионов, ядерной модели атома и квантового характера испускания и поглощения света. Первый постулат Бора (постулат стационарных состояний): в атоме существуют некоторые стационарные состояния, не изменяющиеся во времени без внешних воздействий. В этих состояниях атом не излучает электромагнитных волн. Второй постулат Бора: при переходе атома из одного стационарного состояния в другое им испускается или поглощается один квант энергии. Используя данные постулаты и законы классической механики, Бор предложил модель атома, ныне именуемую Боровской моделью атома. Водородный атом является атомом химического элемента водорода. Он состоит из положительно заряженного протона, который является ядром водородного атома и единственного отрицательно заряженного электрона. |
53.Дифракция электронов и корпускулярно-волновой дуализм Дифракция электронов - процесс рассеяния электронов на совокупности частиц в-ва, при котором электрон проявляет св-ва, аналогичные свойствам волны. При выполнении некоторых условий, пропуская пучок электронов через материал можно зафиксировать дифракционную картину, соответствующую структуре материала. Процесс дифракции электронов получил широкое применение в аналитических исследованиях кристаллических структур металлов, сплавов, полупроводниковых материалов. Корпускулярно-волновой дуализм - теория в квантовой механике, гласящая, что в зависимости от системы отсчета поток электромагнитного излучения можно рассматривать и как поток частиц (корпускул), и как волну. В частности, свет — это и корпускулы (фотоны), и электромагнитные волны. Свет демонстрирует свойства волны в явлениях дифракции и интерференции при масштабах, сравнимых с длиной световой волны. |
54.Импульс фотона. Эффект Комптона Импульс фотона: . Где h(постоянная Планка)=6.63*10-34, -длина волны. Эффект Комптона - рассеяние электромагнитного излучения на свободном электроне, сопровождающееся уменьшением частоты излучения. В этом процессе электромагнитное излучение ведёт себя как поток отдельных частиц – корпускул (которыми в данном случае являются кванты электромагнитного поля - фотоны), что доказывает двойственную, корпускулярно-волновую, природу электромагн излучения. С точки зрения классич электродинамики рассеяние излучения с изменением частоты невозможно. Комптоновское рассеяние - это рассеяние на свободном электроне отдельного фотона с энергией Е = h = hc/ (h – постоянная Планка, – частота электромагнитной волны, – её длина, с – скорость света) и импульсом р = Е/с. Рассеиваясь на покоящемся электроне, фотон передаёт ему часть своей энергии и импульса и меняет направление своего движения. Электрон в результате рассеяния начинает двигаться. Фотон после рассеяния будет иметь энергию Е' = h' (и частоту) меньшую, чем его энергия (и частота) до рассеяния. Соответственно после рассеяния длина волны фотона ' увеличится. Из законов сохранения энергии и импульса следует, что длина волны фотона после рассеяния увеличится на величину, где - угол рассеяния фотона, а me- масса электрона. |
|
55.Волновая функция. Гипотеза де Бройля Волновая функция - комплексная функция, используемая в квантовой механике для вероятностного описания состояния квантово-механической сис-мы; вероятность нахожд частицы в данном сост = квадр абс знач амплитуды вероятности этого сост. Волновая функция зависит от координат (или обобщённых координат) сис-мы и формируется таким образом, чтобы квадрат её модуля представлял вероятность обнаружить сис-му в положении, описываемом координатами. Набор координат, которые выступают в роли аргументов функции, представляет собой полный набор физических величин, которые можно измерить в сис-ме. В квантовой механике возможно выбрать несколько полных наборов величин, поэтому волновая функция одного и того же состояния может быть записана от разных аргументов. Выбранный для записи волновой функции полный набор определяет представл волновой функции. Если волновая функция, например, электрона в атоме, задана в координатном представлении, то квадрат модуля волновой функции представл собой плотн вероятности обнаруж электрон в той или иной точке прост-ва. Если эта же волн функция задана в импульсном представлении, то квадрат её модуля представляет собой плотность вероятности обнаружить тот или иной импульс. Для волновых функций справедлив принцип суперпозиции. Гипотеза де Бройля: каждая материальная частица обладает волновыми свойствами, причем соотношения, связывающие волновые и корпускулярные характеристики частицы остаются такими же, как и в случае электромагнитного излучения. Энергия и импульс фотона связаны с круговой частотой и длиной волны соотношениями |