Билеты по физике за весь школьный курс

упорядоченной структуре силы взаимодействия неодинаковы по различным

направлениям. Внешнее механическое воздействие на тело вызывает смещение

атомов из положения равновесия, что приводит к изменению формы и объема

тела – деформации. Деформацию можно охарактеризовать абсолютным удлинением,

равным разности длин до и после деформации[pic], или относительным

удлинением [pic]. При деформации тела возникают силы упругости. Физическая

величина, равная отношению модуля силы упругости к площади сечения тела

называется механическим напряжением [pic]. При малых деформациях напряжение

прямо пропорционально относительному удлинению [pic]. Коэффициент

пропорциональности Е в уравнении называется модулем упругости (модулем

Юнга). Модуль упругости является постоянной для данного материала [pic],

откуда [pic]. Потенциальная энергия деформированного тела равна работе,

затраченной на растяжение или сжатие. Отсюда [pic].

Закон Гука выполняется только при небольших деформациях. Максимальное

напряжение, при котором он еще выполняется, называется пределом

пропорциональности. За этим пределом напряжение перестает расти

пропорционально. До некоторого уровня напряжение деформированное тело

восстановит свои размеры после снятия нагрузки. Эта точка называется

пределом упругости тела. При превышении предела упругости начинается

пластическая деформация, при которой тело не восстанавливает свою прежнюю

форму. В области пластической деформации напряжение почти не увеличивается.

Это явление называется текучестью материала. За пределом текучести

напряжение повышается до точки, называемой пределом прочности, после

которой напряжение уменьшается вплоть до разрушения тела.

33. Свойства жидкостей. Поверхностное натяжение. Капиллярные явления.

Возможность свободного перемещения молекул в жидкости обуславливает

текучесть жидкости. Тело в жидком состоянии не имеет постоянной формы.

Форма жидкости определяется формой сосуда и силами поверхностного

натяжения. Внутри жидкости силы притяжения молекул компенсируются, а у

поверхности – нет. Любая молекула, находящаяся у поверхности, притягивается

молекулами внутри жидкости. Под действием этих сил молекулы в поверхность

втягиваются внутрь до тех пор, пока свободная поверхность не станет

минимальной из всех возможных. Т.к. минимальную поверхность при данном

объеме имеет шар, то при малом действии других сил поверхность принимает

форму сферического сегмента. Поверхность жидкости у края сосуда называется

мениском. Явление смачивания характеризуется краевым углом между

поверхностью и мениском в точке пересечения. Величина силы поверхностного

натяжения на участке длиной (l равна [pic]. Искривление поверхности создает

избыточное давление на жидкость, равное при известном краевом угле и

радиусе [pic]. Коэффициент ( называется коэффициентом поверхностного

натяжения. Капилляром называется трубка с малым внутренним диаметром. При

полном смачивании сила поверхностного натяжение направлена вдоль

поверхности тела. В этом случае подъем жидкости по капилляру продолжается

под действием этой силы до тех пор, пока сила тяжести не уравновесит силу

поверхностного натяжения [pic], т.к. [pic], то [pic].

34. Электрический заряд. Взаимодействие заряженных тел. Закон Кулона. Закон

сохранения электрического заряда.

Ни механика, ни МКТ не в состоянии объяснить природу сил, связывающих

атомы. Законы взаимодействия атомов и молекул можно объяснить на основе

представления об электрических зарядах. Взаимодействие тел, обнаруживаемое в этом опыте

называется электромагнитным, и обуславливается электрическими зарядами.

Способность зарядов притягиваться и отталкиваться объясняется

предположением о существовании двух видов зарядов – положительному и

отрицательному. Тела, заряженные одинаковым зарядом, отталкиваются, разным

– притягиваются. Единицей заряда является кулон – заряд, проходящий через

поперечное сечение проводника за 1 секунду при силе тока в 1 ампер. В

замкнутой системе, в которую не входят извне электрические заряды и из

которого не выходят электрические заряды при любых взаимодействиях

алгебраическая сумма зарядов всех тел постоянна. Основной закон

электростатики, он же закон Кулона, гласит, что модуль силы взаимодействия

между двумя зарядами прямо пропорционален произведению модулей зарядов и

обратно пропорционален квадрату расстояния между ними [pic]. Сила

направлена вдоль прямой, соединяющей заряженные тела. Является силой

отталкивания или притяжение, в зависимости от знака зарядов. Постоянная k

в выражении закона Кулона равна [pic]. Вместо этого коэффициента используют

т.н. электрическую постоянную, связанную с коэффициентом k выражением

[pic], откуда [pic]. Взаимодействие неподвижных электрических зарядов

называется электростатическим.

35. Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Принцип

суперпозиции электрических полей.

Вокруг каждого заряда на основании теории близкодействия существует

электрическое поле. Электрическое поле – материальный объект, постоянно

существует в пространстве и способно действовать на другие заряды.

Электрическое поле распространяется в пространстве со скоростью света.

Физическая величина, равная отношению силы, с которой электрическое поле

действует на пробный заряд (точечный положительный малый заряд, не влияющий

на конфигурацию поля), к значению этого заряда, называется напряженностью

электрического поля[pic]. Используя закон Кулона возможно получить формулу

для напряженности поля, создаваемого зарядом q на расстоянии r от заряда

[pic]. Напряженность поля не зависит от заряда, на который оно действует.

Если на заряд q действуют одновременно электрические поля нескольких

зарядов, то результирующая сила оказывается равной геометрической сумме

сил, действующих со стороны каждого поля в отдельности. Это называется

принципом суперпозиции электрических полей [pic]. Линией напряженности

электрического поля называется линия, касательная к которой в каждой точке

совпадает с вектором напряженности. Линии напряженности начинаются на

положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных, или же уходят в

бесконечность. Электрическое поле, напряженность которого одинакова по всем

в любой точке пространства, называется однородным электрическим полем.

Приблизительно однородным можно считать поле между двумя параллельными

разноименно заряженными металлическими пластинками. При равномерном

распределении заряда q по поверхности площади S поверхностная плотность

заряда равна [pic]. Для бесконечной плоскости с поверхностной плотностью

заряда ( напряженность поля одинакова во всех точках пространства и равная

[pic].

36. Работа электростатического поля при перемещении заряда. Разность

потенциалов.

При перемещении заряда электрическим полем на расстояние [pic] совершенная

работа равна [pic]. Как и в случае с работой силы тяжести, работа

кулоновской силы не зависит от траектории перемещения заряда. При изменении

направления вектора перемещения на 1800 работа сил поля меняет знак на

противоположный. Таким образом, работа сил электростатического поля при

перемещении заряда по замкнутому контуру равна нулю. Поле, работа сил

которого по замкнутой траектории равна нулю, называется потенциальным

полем.

Точно так же, как тело массой m в поле силы тяжести обладает потенциально

энергией, пропорциональной массе тела, электрический заряд в

электростатическом поле обладает потенциальной энергией Wp,

пропорциональной заряду. Работа сил электростатического поля равна

изменению потенциальной энергии заряда, взятому с противоположным знаком. В

одной точке электростатического поля разные заряды могут обладать различной

потенциальной энергией. Но отношение потенциальной энергии к заряду для

данной точки есть величина постоянная. Эта физическая величина называется

потенциалом электрического поля [pic], откуда потенциальная энергия заряда

равна произведению потенциала в данной точке на заряд. Потенциал –

скалярная величина, потенциал нескольких полей равен сумме потенциалов этих

полей. Мерой изменения энергии при взаимодействии тел является работа. При

перемещении заряда работа сил электростатического поля равна изменению

энергии с противоположным знаком, поэтому [pic]. Т.к. работа зависит от

разности потенциалов и не зависит от траектории между ними, то разность

потенциалов можно считать энергетической характеристикой

электростатического поля. Если потенциал на бесконечном расстоянии от

заряда принять равным нулю, то на расстоянии r от заряда он определяется по

формуле [pic].

37. Напряжение. Электроемкость. Конденсаторы.

Отношение работы, совершаемой любым электрическим полем при перемещении

положительного заряда из одной точки поля в другую, к значению заряда

называется напряжением между этими точкам [pic], откуда работа [pic]. В

электростатическом поле напряжение между двумя любыми точками равно

разности потенциалов между этими точками [pic]. Единица напряжения (и

разности потенциалов) называется вольтом, [pic]. 1 вольт равен такому

напряжению, при котором поле совершает работу в 1 джоуль по перемещению

заряда в 1 кулон. С одной стороны, работа по перемещению заряда равна

произведению силы на перемещение. С другой стороны, она может быть найдена

по известному напряжению между участками пути. Отсюда[pic]. Единицей

напряженности электрического поля является вольт на метр (в/м).

Конденсатор – система из двух проводников, разделенных слоем диэлектрика,

толщина которого мала по сравнению с размерами проводников. Между

пластинами напряженность поля равна удвоенной напряженности каждой из

пластин, вне пластин она равна нулю. Физическая величина, равная отношению

заряда одной из пластин к напряжению между обкладками называется

электроемкостью конденсатора [pic]. Единица электроемкости – фарад,

емкостью 1 фарад обладает конденсатор, между обкладками которого напряжение

равно 1 вольту при сообщении обкладкам заряда по 1 кулону. Напряженность

поля между пластинами твердого конденсатора равна сумме напряженность ей

пластин. [pic], а т.к. для однородного поля выполняется [pic], то [pic],

т.е. электроемкость прямо пропорциональна площади обкладок и обратно

пропорциональна расстоянию между ними. При введении между пластинами

диэлектрика, его электроемкость повышается в ( раз, где ( – диэлектрическая

проницаемость вводимого материала.

38. Диэлектрическая проницаемость. Энергия электрического поля.

Диэлектрическая проницаемость это физическая величина, характеризующая

отношение модуля напряженности электрического поля в вакууме к модулю

электрического поля в однородном диэлектрике. Работа электрического поля

равна[pic], но при зарядке конденсатора его напряжение вырастает от 0 до

U, поэтому[pic]. Следовательно, и потенциальная энергия конденсатора равна

[pic].

39. Электрический ток. Сила тока. Условия существования электрического

тока.

Электрическим током называется упорядоченное движение электрических

зарядов. За направление тока принято движение положительных зарядов.

Электрические заряды могут упорядоченно двигаться под действием

электрического поля. Поэтому достаточным условием существования тока

является наличие поля и свободных носителей заряда. Электрическое поле

может быть создано двумя соединенными разноименно заряженными телами.

Отношение заряда (q, переносимого через поперечное сечение проводника за

интервал времени (t к этому интервалу называется силой тока [pic]. Если

сила тока со временем не изменяется, то ток называется постоянным. Чтобы

ток существовал проводнике в течение длительного времени, необходимо, чтобы

условия, вызывающие ток, были неизменными. . Силы, вызывающие перемещение заряда внутри источника тока,

называются сторонним силами. В гальваническом элементе (а любая батарейка –

г.э.???) ими являются силы химической реакции, в машине постоянного тока –

сила Лоренца.

40. Закон Ома для участка цепи. Сопротивление проводников. Зависимость

сопротивления проводников от температуры. Сверхпроводимость.

Последовательное и параллельное соединение проводников.

Отношение напряжения между концами участка электрической цепи к силе тока

есть величина постоянная, и называется сопротивлением [pic]. Единица

сопротивления 0 ом, сопротивлением в 1 ом обладает такой участок цепи, в

котором при силе тока 1 ампер напряжение равно 1 вольту. Сопротивление

прямо пропорционально длине и обратно пропорционально площади поперечного

сечения [pic], где ( – удельное электрическое сопротивление, величина

постоянная для данного вещества при данных условиях. При нагревании

удельное сопротивление металлов увеличивается по линейному закону [pic],

где (0 – удельное сопротивление при 0 0С, ( – температурный коэффициент

сопротивления, особый для каждого металла. При близких к абсолютному нулю

температурах сопротивление веществ резко падает до нуля. Это явление

называется сверхпроводимостью. Прохождение тока в сверхпроводящих

материалах происходит без потерь на нагревание проводника.

Законом Ома для участка цепи называют уравнение [pic]. При

последовательном соединении проводников сила тока одинакова во всех

проводниках, а напряжение на концах цепи равно сумме напряжений на всех

последовательно включенных проводниках. [pic]. При последовательном

соединении проводников общее сопротивление равно сумме сопротивлений

составляющих. При параллельном соединении напряжение на концах каждого

участка цепи одинаково, а сила тока разветвляется на отдельные части.

Отсюда [pic]. При параллельном подключении проводников величина, обратная

общему сопротивлению равна сумме величин, обратных сопротивлениям всех

параллельно включенных проводников.

41. Работа и мощность тока. Электродвижущая сила. Закон Ома для полной

цепи.

Работу сил электрического поля, создающего электрический ток, называют

работой тока. Работа А тока на участке с сопротивлением R за время (t равна

[pic]. Мощность электрического тока равна отношению работы ко времени

совершения, т.е. [pic]. Работа выражается, как обычно, в джоулях, мощность

– в ваттах. Если на участке цепи под действием электрического поля не

совершается работа и не происходят химические реакции, то работа приводит к

нагреванию проводника. При этом работа равна количеству теплоты,

выделяемому проводником с током [pic] (Закон Джоуля-Ленца).

В электрической цепи работа совершается не только на внешнем участке, но и

в батарее. Электрическое сопротивление источника тока называется внутренним

сопротивлением r. На внутреннем участке цепи выделяется количество теплоты,

равное [pic]. Полная работа сил электростатического поля при движении по

замкнутому контуру равна нулю, поэтому вся работа оказывается совершенной

за счет внешних сил, поддерживающих постоянное напряжение. Отношение работы

внешних сил к переносимому заряду называется электродвижущей силой

источника [pic], где (q – переносимый заряд. Если в результате прохождения

постоянного тока произошло только нагревание проводников, то по закону

сохранения энергии [pic], т.е. [pic]. Ила тока в электрической цепи прямо

пропорциональна ЭДС и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи.

42. Полупроводники. Электропроводимость полупроводников и ее зависимость от

температуры. Собственная и примесная проводимость полупроводников.

Многие вещества не проводят ток так хорошо, как металлы, но в то же время

не являются диэлектриками. Одним из отличий полупроводников – то, что при

нагревании или освещении их удельное сопротивление не увеличивается, а

уменьшается. Но главным их практически применимым свойством оказалась

односторонняя проводимость. Вследствие неравномерного распределения энергии

теплового движения в кристалле полупроводника некоторые атомы ионизируются.

Освободившиеся электроны не могут быть захвачены окружающими атомами, т.к.

их валентные связи насыщены. Эти свободные электроны могут перемещаться в

металле, создавая электронный ток проводимости. В то же время, атом, с

оболочки которого вырвался электрон, становится ионом. Этот ион

нейтрализуется за счет захвата атома соседа. В результате такого

хаотического перемещения возникает перемещение места с недостающим ионом,

что внешне видно как перемещение положительного заряда. Это называется

дырочным током проводимости. В идеальном полупроводниковом кристалле ток

создается перемещением равного количества свободных электронов и дырок.

Такой тип проводимости называется собственной проводимостью. При понижении

температуры количество свободных электронов, пропорциональное средней

энергии атомов, падает и полупроводник становится похож на диэлектрик. В

полупроводник для улучшения проводимости иногда добавляются примеси,

которые бывают донорные (увеличивают число электронов без увеличения числа

дырок) и акцепторные (увеличивают число дырок без увеличения числа

электронов). Полупроводники, где количество электронов превышает количество

дырок, называются электронными полупроводниками, или полупроводниками n-

типа. Полупроводники, где количество дырок превышает количество электронов,

называются дырочными полупроводниками, или полупроводниками р-типа.

43. Полупроводниковый диод. Транзистор.

Полупроводниковый диод состоит из p-n перехода, т.е. из двух соединенных

полупроводников разного типа проводимости. При соединении происходит

диффузия электронов в р-полупроводник. Это приводит к появлению в

электронном полупроводнике нескомпенсированных положительных ионов донорной

примеси, а в дырочном – отрицательных ионов акцепторной примеси,

захвативших продиффундировавшие электроны. Между двумя слоями возникает

электрическое поле. Если на область с электронной проводимостью подать

положительный заряд, а на область с дырочной – отрицательный, то запирающее

поле усилится, сила тока резко понизится и почти не зависит от напряжения.

Такой способ включения называется запирающим, а ток, текущий в диоде –

обратным. Если на область с дырочной проводимостью подать положительный

заряд, а на область с электронной – отрицательный, то запирающее поле

ослабится, сила тока через диод в этом случае зависит только от

сопротивления внешней цепи. Такой способ включения называется пропускным, а

ток, текущий в диоде – прямым.

Транзистором, он же полупроводниковый триод, состоит из двух p-n (или n-p)

переходов. Средняя часть кристалла называется база, крайние – эмиттер и

коллектор. Транзисторы, в которых база обладает дырочной проводимостью,

называют транзисторами p-n-p перехода. Для приведения в действие

транзистора p-n-p-типа на коллектор полают напряжение отрицательной

полярности относительно эмиттера. Напряжение на базе при этом может быть

как положительным, так и отрицательным. Т.к. дырок больше, то основной ток

через переход будет составлять диффузионный поток дырок из р-области. Если

на эмиттер подать небольшое прямое напряжение, то через него потечет

дырочный ток, диффундирующих из р-области в n-область (базу). Но т.к. база

узкая, то дырки пролетают через нее, ускоряясь полем, в коллектор. (???,

что-то тут я недопонял…). Транзистор способен распределять ток, тем самым

его усиливая. Отношение изменения тока в цепи коллектора к изменению тока в

цепи базы при прочих равных условиях величина постоянная, называемая

интегральным коэффициентом передачи базового тока [pic]. Следовательно,

изменяя ток в цепи базы, возможно получить изменения в токе цепи

коллектора. (???)

44. Электрический ток в газах. Виды газовых разрядов и их применение.

Понятие о плазме.

Газ под воздействием света или тепла может становиться проводником тока.

Явление прохождения тока через газ при условии внешнего воздействия,

называется несамостоятельным электрическим разрядом. Процесс возникновения

ионов газа под воздействием температуры называется термической ионизацией.

Возникновение ионов под воздействием светового излучения – фотоионизация.

Газ, в котором значительная часть молекул ионизирована, называется плазмой.

Температура плазмы достигает нескольких тысяч градусов. Электроны и ионы

плазмы способны перемещаться под воздействием электрического поля. При

увеличении напряженности поля в зависимости от давления и природы газа в

нем возникает разряд без воздействия внешних ионизаторов. Это явление

называется самостоятельным электрическим разрядом. Чтобы электрон при ударе

об атом ионизовал его, необходимо, чтобы он обладал энергией не меньшей

работы ионизации [pic]. Эту энергию электрон может приобрести под

воздействием сил внешнего электрического поля в газе на пути свободного

пробега, т.е. [pic]. Т.к. длина свободного пробега мала, самостоятельный

разряд возможен только при высокой напряженности поля. При низком давлении

газа образуется тлеющий разряд, что объясняется повышением проводимости

газа при разрежении (увеличивается путь свободного пробега). Если сила тока

в самостоятельном разряде очень велика, то удары электронов могут вызвать

нагревание катода и анода. С поверхности катода при высокой температуре

происходит эмиссия электронов, поддерживающая разряд в газе. Этот вид

разряда называется дуговым.

45. Электрический ток в вакууме. Термоэлектронная эмиссия. Электронно-

лучевая трубка.

В вакууме нет носителей свободного заряда, поэтому без внешнего влияния ток

в вакууме отсутствует. Возникнуть он может в случае, если один из

электродов нагреть до высокой температуры. Нагретый катод испускает со

своей поверхности электроны. Явление испускания свободных электронов с

поверхности нагретых тел называется термоэлектронной эмиссией. Простейшим

прибором, использующим термоэлектронную эмиссию, является электровакуумный

диод. Анод состоит из металлической пластины, катод – из тонкой свернутой

спиралью проволоки. Вокруг катода при его нагревании создается электронное

облако. Если подключить катод к положительному выводу батареи, а анод – к

отрицательному, то поле внутри диода будет смещать электроны к катоду, и

тока не будет. Если же подключить наоборот – анод к плюсу, а катод к минусу

– то электрическое поле будет перемещать электроны по направлению к аноду.

Этим объясняется свойство односторонней проводимости диода. Потоком

движущихся от катода к аноду электронов можно управлять с помощью

электромагнитного поля. Для этого диод модифицируется, и между анодом и

катодом добавляется сетка. Получившийся прибор называется триодом. Если на

сетку подать отрицательный потенциал, то поле между сеткой и катодом будет

препятствовать движению электрона. Если подать положительный – то поле

будет препятствовать движению электронов. Испускаемые катодом электроны

можно с помощью электрических полей разогнать до высоких скоростей.

Способность электронных пучков отклоняться под действием электромагнитных

полей используется в ЭЛТ.

46. Магнитное взаимодействие токов. Магнитное поле. Сила, действующая на

проводник с током в магнитном поле. Индукция магнитного поля.

Если через проводники пропускают ток одного направления, то они

притягиваются, а если равного – то отталкиваются. Следовательно, между

проводниками есть некое взаимодействие, которое нельзя объяснить наличием

электрического поля, т.к. в целом проводники электронейтральны. Магнитное

поле создается движущимися электрическими зарядами и действует только на

движущиеся заряды. Магнитное поле является особым видом материи и

непрерывно в пространстве. Прохождение электрического ток по проводнику

сопровождается порождением магнитного поля независимо от среды. Магнитное

взаимодействие проводников используется для определения величины силы тока.

1 ампер – сила тока, проходящего по двум параллельным проводникам ( длины,

и малого поперечного сечения, расположенным на расстоянии 1 метра друг от

друга, при которой магнитный поток вызывает в низ силу взаимодействия,

равную [pic] на каждый метр длины. Сила, с которой магнитное поле действует

на проводник с током, называется силой Ампера. Для характеристики

способности магнитного поля оказывать воздействие на проводник с током

существует величина, называемая магнитной индукцией. Модуль магнитной

индукции равен отношению максимального значению силы Ампер, действующей на

проводник с током, к силе тока в проводнике и его длине [pic]. Направление

вектора индукции определяется по правилу левой руки (по руке проводник, по

большому пальцу сила, в ладонь – индукция). Единице магнитной индукции

является тесла, равная индукции такого магнитного потока, в котором на 1

метр проводника при силе тока в 1 ампер действует максимальная сила Ампера

1 ньютон. Линия, в любой точке которой вектор магнитной индукции направлен

по касательной, называется линией магнитной индукции. Если во всех точках

некоторого пространства вектор индукции имеет одинаковое значение по модулю

и одинаковое направление, то поле в этой части называется однородным. В

зависимости от угла наклона проводника с током относительно вектора

магнитной индукции сил Ампера изменяется пропорционально синусу угла [pic].

47. Закон Ампера. Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила

Лоренца.

Действие магнитного поля на ток в проводнике говорит о том, что оно

действует на движущиеся заряды. Сила тока I в проводнике связана с

концентрацией n свободных заряженных частиц, скоростью v их упорядоченного

движения и площадью S поперечного сечения проводника выражением [pic], где

q – заряд одной частицы. Подставив это выражение в формулу силы Ампера,

получим [pic]. Т.к. nSl равно числу свободных частиц в проводнике длиной l,

то сила, действующая со стороны поля на одну заряженную частицу, движущуюся

со скоростью v под углом ( к вектору магнитной индукции B равна [pic]. Эту

силу называют силой Лоренца. Направление силы Лоренца для положительного

заряда определяется по правилу левой руки. В однородном магнитном поле

частица, движущаяся перпендикулярно линиям индукции магнитного поля, под

действием силы Лоренца приобретает центростремительное ускорение [pic]и

движется по окружности. Радиус окружности и период обращения определяются

выражениями [pic]. Независимость периода обращения от радиуса и скорости

используется в ускорителе заряженных частиц – циклотроне.

48. Магнитные свойства вещества. Ферромагнетики.

Электромагнитное взаимодействие зависит от среды, в которой находятся

заряды. Если около большой катушки подвесить маленькую, то она отклонится.

Если в большую вставить железный сердечник, то отклонение увеличится. Это

изменение показывает, что индукция изменяется при внесении сердечника.

Вещества, значительно усиливающие внешнее магнитное поле, называются

ферромагнетиками. Физическая величина, показывающая, во сколько раз

индуктивность магнитного поля в среде отличается от индуктивности поля в

вакууме, называется магнитной проницаемостью [pic]. Не все вещества

усиливают магнитное поле. Парамагнетики создают слабое поле, совпадающее по

направлению с внешним. Диамагнетики ослабляю своим полем внешнее поле.

Ферромагнетизм объясняется магнитными свойствами электрона. Электрон

является движущимся зарядом, и поэтому обладает собственным магнитным

полем. В некоторых кристаллах существуют условия зля параллельной

ориентации магнитных полей электронов. В результате этого внутри кристалла

ферромагнетика возникают намагниченные области, называемы доменами. С

увеличением внешнего магнитного поля домены упорядочивают свою ориентацию.

При некотором значении индукции наступает полное упорядочение ориентации

доменов и наступает магнитное насыщение. При выводе ферромагнетика из

внешнего магнитного поля не все домены теряют свою ориентацию, и тело

становится постоянным магнитом. Упорядоченность ориентации доменов может

быть нарушена тепловыми колебаниями атомов. Температура, при котором

вещество перестает быть ферромагнетиком, называется температурой Кюри.

49. Электромагнитная индукция. Магнитный поток. Закон электромагнитной

индукции. Правило Ленца.

В замкнутом контуре при изменении магнитного поля возникает электрический

ток. Этот ток называется индукционным током. Явление возникновения тока в

замкнутом контуре при изменениях магнитного поля, пронизывающего контур,

называется электромагнитной индукцией. Появление тока в замкнутом контуре

свидетельствует о наличии сторонних сил неэлектростатической природы или о

возникновении ЭДС индукции. Количественное описание явления

электромагнитной индукции дается на основе установления связи ЭДС индукции

и магнитным потоком. Магнитным потоком Ф через поверхность называется

физическая величина, равная произведению площади поверхности S на модуль

вектора магнитной индукции B и на косинус угла ( между ним и нормалью к

поверхности [pic]. Единица магнитного потока – вебер, равный потоку,

который при равномерном убывании до нуля за 1 секунду вызывает ЭДС в 1

вольт. Направление индукционного тока зависит от того, возрастает или

убывает поток, пронизывающий контур, а также от направления поля

относительно контура. Общая формулировка правила Ленца: возникающий в

замкнутом контуре индукционный ток имеет такое направление, что созданный

им магнитный поток через площадь, ограниченную контуром, стремится

скомпенсировать изменение магнитного потока, которым данный ток вызывается.

Закон электромагнитной индукции: ЭДС индукции в замкнутом контуре прямо

пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность,

ограниченную этим контуром и равна скорости изменения этого потока[pic], а

с учетом правила Ленца[pic]. При изменении ЭДС в катушке, состоящей из n

одинаковых витков, общая ЭДС в n раз больше ЭДС в одном отдельно взятом

витке [pic]. Для однородного магнитного поля на основании определения

магнитного потока следует, что индукция равна 1 тесла, если поток через

контур в 1 квадратный метр равен 1 веберу. Возникновение электрического

тока в неподвижном проводнике не объясняется магнитным взаимодействием,

т.к. магнитное поле действует только на движущиеся заряды. Электрическое

поле, возникающее при изменении магнитного поля, называется вихревым

электрическим полем. Работа сил вихревого поля по перемещению зарядов и

является ЭДС индукции. Вихревое поле не связано с зарядами и представляет

собой замкнутые линии. Работа сил этого поля по замкнутому контуру может

быть отлична от нуля. Явление электромагнитной индукции также возникает при

покоящемся источнике магнитного потока и движущемся проводнике. В этом

случае причиной возникновения ЭДС индукции, равной [pic], является сила

Лоренца.

50. Явление самоиндукции. Индуктивность. Энергия магнитного поля.

Электрический ток, проходящий по проводнику, создает вокруг него магнитное

поле. Магнитный поток Ф через контур пропорционален вектору магнитной

индукции В, а индукция, в свою очередь, силе тока в проводнике.

Следовательно, для магнитного потока можно записать [pic]. Коэффициент

пропорциональности называется индуктивностью и зависит от свойств

проводника, его размеров и среды, в которой он находится. Единица

индуктивности – генри, индуктивность равна 1 генри, если при силе тока в 1

ампер магнитный поток равен 1 веберу. При изменении силы тока в катушке

происходит изменение магнитного потока, создаваемого этим током. Изменение

магнитного потока вызывает возникновение в катушке ЭДС индукции. Явление

возникновения ЭДС индукции в катушке в результате изменения силы тока в

этой цепи называется самоиндукцией. В соответствии с правилом Ленца ЭДС

самоиндукции препятствует нарастанию при включении и убыванию при

выключении цепи. ЭДС самоиндукции, возникающая в катушке с индуктивностью

L, по закону электромагнитной индукции равна[pic]. Пусть при отключении

сети от источника, ток убывает по линейному закону. Тогда ЭДС самоиндукции

имеет постоянное значение, равное [pic]. За время t при линейном убывании в

цепи пройдет заряд [pic]. При этом работа электрического тока равна [pic].

Эта работа совершается за свет энергии Wм магнитного поля катушки.

51. Гармонические колебания. Амплитуда, период, частота и фаза колебаний.

Механическими колебаниями называют движения тел, повторяющиеся точно или

приблизительно одинаково через одинаковые промежутки времени. Силы,

действующие между телами внутри рассматриваемой системы тел, называют

внутренними силами. Силы, действующие на тела системы со стороны других

тел, называют внешними силами. Свободными колебаниями называют колебания,

возникшие под воздействием внутренних сил, например – маятник на нитке.

Колебания под действиями внешних сил – вынужденные колебания, например –

поршень в двигателе. Общим признаков всех видов колебаний является

повторяемость процесса движения через определенный интервал времени.

Гармоническими называются колебания, описываемые уравнением [pic]. В

частности колебания, возникающие в системе с одной возвращающей силой,

пропорциональной деформации, являются гармоническими. Минимальный интервал,

через который происходит повторение движения тела, называется периодом

колебаний Т. Физическая величина, обратная периоду колебаний и

характеризующая количество колебаний в единицу времени, называется частотой

[pic]. Частота измеряется в герцах, 1 Гц = 1 с-1. Используется также

понятие циклической частоты, определяющей число колебаний за 2( секунд

[pic]. Модуль максимального смещения от положения равновесия называется

амплитудой. Величина, стоящая под знаком косинуса – фаза колебаний, (0 –

начальная фаза колебаний. Производные также гармонически изменяются, причем

[pic], а полная механическая энергия при произвольном отклонении х (угол,

координата, и т.д.) равна [pic], где А и В – константы, определяемые

параметрами системы. Продифференцировав это выражение и приняв во внимание

отсутствие внешних сил, возможно записать, что [pic], откуда [pic].

52. Математический маятник. Колебания груза на пружине. Период колебаний

математического маятника и груза на пружине.

Тело небольших размеров, подвешенное на нерастяжимой нити, масса которой

пренебрежимо мала по сравнению с массой тела, называется математическим

маятником. Вертикальное положением является положением равновесия, при

котором сила тяжести уравновешивается силой упругости. При малых

отклонениях маятника от положения равновесия возникает равнодействующая

сила, направленная к положению равновесия, и его колебания являются

гармоническими. Период гармонических колебаний математического маятника при

небольшом угле размаха равен [pic]. Чтобы вывести эту формулу запишем

второй закон Ньютона для маятника [pic]. На маятник действуют сила тяжести

и сила натяжения нити. Их равнодействующая при малом угле отклонения равна

[pic]. Следовательно, [pic], откуда [pic].

При гармонических колебаниях тела, подвешенного на пружине, сила упругости

равна по закону Гука [pic]. По второму закону Ньютона [pic] [pic].

53. Превращение энергии при гармонических колебаниях. Вынужденные

колебания. Резонанс.

При отклонении математического маятника от положения равновесия его

потенциальная энергия увеличивается, т.к. увеличивается расстояние до

Земли. При движении к положению равновесия скорость маятника возрастает, и

увеличивается кинетическая энергия, за счет уменьшения запаса

потенциальной. В положении равновесия кинетическая энергия – максимальная,

потенциальная – минимальна. В положении максимального отклонения –

наоборот. С пружинным – то же самое, но берется не потенциальная энергия в

поле тяготения Земли, а потенциальная энергия пружины. Свободные колебания

всегда оказываются затухающими, т.е. с убывающей амплитудой, т.к. энергия

тратится на взаимодействие с окружающими телами. Потери энергии при этом

равны работе внешних сил за это же время. Амплитуда зависит от частоты

изменения силы. Максимальной амплитуды она достигает при частоте колебаний

внешней силы, совпадающей с собственной частотой колебаний системы. Явление

возрастания амплитуды вынужденных колебаний при описанных условиях

называется резонансом. Так как при резонансе внешняя сила совершает за

период максимальную положительную работу, то условие резонанса можно

определить как условие максимальной передачи энергии системе.

54. Распространение колебаний в упругих средах. Поперечные и продольные

волны. Длина волны. Связь длины волны со скоростью ее распространения.

Звуковые волны. Скорость звука. Ультразвук

Возбуждение колебаний в одном месте среды вызывает вынужденные колебания

соседних частиц. Процесс распространении колебаний в пространстве

называется волной. Волны, в которых колебания происходят перпендикулярно

направлению распространения, называются поперечными волнами. Волны, в

которых колебания происходят вдоль направления распространения волны,

называются продольными волнами. Продольные волны могут возникать во всех

средах, поперечные – в твердых телах под действием сил упругости при

деформации или сил поверхностного натяжения и сил тяжести. Скорость

распространения колебаний v в пространстве называется скоростью волны.

Расстояние ( между ближайшими друг к другу точками, колеблющимися в

одинаковых фазах, называется длиной волны. Зависимость длины волны от

скорости и периода выражается как [pic], или же [pic]. При возникновении

волн их частота определяется частотой колебаний источника, а скорость –

средой, где они распространяются, поэтому волны одной частоты могут иметь в

разных средах различную длину. Процессы сжатия и разрежения в воздуха

распространяются во все стороны и называются звуковыми волнами. Звуковые

волны являются продольными. Скорость звука зависит, как и скорость любых

волн, от среды. В воздухе скорость звука 331 м/с, в воде – 1500 м/с, в

стали – 6000 м/с. Звуковое давление – дополнительно давление в газе или

жидкости, вызываемое звуковой волной. Интенсивность звука измеряется

энергией, переносимой звуковыми волнами за единицу времени через единицу

площади сечения, перпендикулярного направлению распространения волн, и

измеряется в ваттах на квадратный метр. Интенсивность звука определяет его

громкость. Высота звука определяется частотой колебаний. Ультразвуком и

инфразвуком называют звуковые колебания, лежащие вне пределов слышимости с

частотами 20 килогерц и 20 герц соответственно.

55.Свободные электромагнитные колебания в контуре. Превращение энергии в

колебательном контуре. Собственная частота колебаний в контуре.

Электрическим колебательным контуром называется система, состоящая из

конденсатора и катушки, соединенных в замкнутую цепь. При подключении

катушки к конденсатору в катушке возникает ток и энергия электрического

поля превращается в энергию магнитного поля. Конденсатор разряжается не

мгновенно, т.к. этому препятствует ЭДС самоиндукции в катушке. Когда же

Страницы: 1, 2, 3