"Rješavanje zadataka na ispitu iz matematike" - Prednosti našeg priručnika. Pristupačnost teorijskog dijela. Sažetak ankete. Glavne faze aktivnosti. Napišite vodič za pripremu za ispit. Područje trapeza. relevantnost i praktični značaj. Otvorite banku USE. Definiraj maksimalna temperatura. Podjela s ostatkom. Rezultati eksperimenta. Kratke preporuke za korištenje priručnika.

"B8 na ispitu iz matematike" - Derivat funkcije je negativan. Prava je tangenta na graf funkcije. Maksimum bodova. Pronađite apscisu dodirne tačke. geometrijskog smisla derivat. Niski bodovi. Vrijednost derivacije funkcije. Vrijeme. Broj točaka ekstrema funkcije. Rješavanje zadataka B8 UPOTREBA u matematici. Vrijednost derivata u tački kontakta.

"Zadatak iz matematike B9" - Veštine u CT. površina. Nivo tečnosti. Zapremina poliedra. Square. Dvodelni uglovi. Volumen lopte. Površina sfere. provjerljivi zahtjevi. Zadaci za samostalno odlučivanje. Rješavanje problema B9. Volumen konusa. Volumen cilindra. zapremine piramide. Sadržaj zadatka. Površina konusa.

"Rješenje zadataka B11" - Pronađite najmanju vrijednost funkcije na segmentu. Zadaci za samostalno odlučivanje. Zadaci. Pronađite najmanju vrijednost funkcije. Pronađite najveću vrijednost funkcije na segmentu. Prototip posla B11. Pronađite najveću vrijednost. Počeci matematičke analize. CT vještine. Pronađite najveću vrijednost funkcije.

"B1 u Jedinstvenom državnom ispitu iz matematike" - Promocija. Bun. Ulaznica. Američki auto. Najmanji iznos. Motorni brod. Klijent. Dan. Terminal za plaćanje. General notebook. Penzioneri. Mjerač protoka vruća voda. Lijek. Željeznička karta. Zadaci B1. Kuhalo za vodu.

"Jedinstveni državni ispitni zadaci iz matematike" - Nakon kiše nivo vode u bunaru može porasti. Samostalan rad. Zadatak B 13. Zadatak B 1. Zadatak B 6. Moramo riješiti još par primjera. Priprema za ispit. Koliko bi nivo vode trebao porasti nakon kiše? Zadatak B 5. Zadatak B 12. Zadatak B 3. Pronađite područje. Pronađite brzinu motociklista.

Ukupno u temi 33 prezentacije

Mehaničko kretanje se uzima u obzir materijalna tačka i za čvrsto telo.

Kretanje materijalne tačke

translatorno kretanje apsolutno krutog tijela je mehaničko kretanje, tokom kojeg je bilo koji segment koji je povezan sa ovim tijelom uvijek paralelan sa sobom u bilo kojem trenutku.

Ako mentalno povežete bilo koje dvije točke krutog tijela ravnom linijom, tada će rezultujući segment uvijek biti paralelan sa samim sobom u procesu translacijskog kretanja.

At kretanje napred sve tačke tela kreću se na isti način. To jest, oni prelaze istu udaljenost u istim vremenskim intervalima i kreću se u istom smjeru.

Primjeri translacijskog kretanja: kretanje vagona lifta, čaše mehaničkih vaga, trke saonica nizbrdo, pedale bicikla, platforma vlaka, klipovi motora u odnosu na cilindre.

rotaciono kretanje

Tokom rotacije, sve tačke fizičko tijelo krećući se u krugovima. Svi ovi krugovi leže u ravnima paralelnim jedna s drugom. A centri rotacije svih tačaka nalaze se na jednoj fiksnoj pravoj liniji, koja se zove osa rotacije. Krugovi opisani tačkama leže u paralelnim ravnima. A ove ravni su okomite na os rotacije.

Rotacijski pokreti su vrlo česti. Dakle, kretanje tačaka na obodu točka je primer rotacionog kretanja. Rotacijsko kretanje opisuje propeler ventilatora, itd.

Rotaciono kretanje karakterišu sledeće fizičke veličine: ugaona brzina rotacije, period rotacije, frekvencija rotacije, linearna brzina tačke.

ugaona brzina tijelo s ravnomjernom rotacijom naziva se vrijednost jednaka omjeru ugla rotacije i vremenskog intervala tokom kojeg je došlo do ove rotacije.

Vrijeme koje je potrebno tijelu da putuje puni okret, zove se period rotacije (T).

Broj okretaja koji tijelo napravi u jedinici vremena naziva se brzina (f).

Frekvencija rotacije i period su povezani relacijom T = 1/f.

Ako je tačka na udaljenosti R od centra rotacije, tada je njena linearna brzina određena formulom:

Mehaničko kretanje tijela je promjena njegovog položaja u prostoru u odnosu na druga tijela tokom vremena. Proučava kretanje tijela mehaničara. Kretanje apsolutno krutog tijela (nije deformisano tokom kretanja i interakcije), u kojem su sve njegove tačke u ovog trenutka vremensko kretanje na isti način, naziva se translatorno kretanje, za njegov opis je potrebno i dovoljno da se opiše kretanje jedne tačke tela. Kretanje u kojem su putanje svih tačaka tijela kružnice sa središtem na jednoj pravoj liniji, a sve ravnine kružnica okomite na ovu pravu liniju naziva se rotaciono kretanje. Tijelo čiji se oblik i dimenzije pod datim uvjetima mogu zanemariti naziva se materijalna tačka. Ovo je zanemarivanje

Dozvoljeno je smanjenje kada su dimenzije tijela male u odnosu na udaljenost koju pređe ili udaljenost datog tijela do drugih tijela. Da biste opisali kretanje tijela, u svakom trenutku morate znati njegove koordinate. To je glavni zadatak mehanike.

2. Relativnost kretanja. Referentni sistem. Jedinice.

Za određivanje koordinata materijalne tačke potrebno je odabrati referentno tijelo i povezati mu koordinatni sistem i postaviti ishodište vremenske reference. Koordinatni sistem i indikacija početka vremenske reference čine referentni sistem u odnosu na koji se razmatra kretanje tijela. Sistem se mora kretati konstantnom brzinom (ili mirovati, što je općenito ista stvar). Putanja tijela, prijeđeni put i pomak zavise od izbora referentnog sistema, tj. mehaničko kretanje je relativno. Jedinica za dužinu je metar, što je udaljenost koju svjetlost prijeđe u vakuumu u sekundama. Sekunda je jedinica vremena, jednaka periodima zračenja atoma cezijuma-133.

3. Putanja. Put i kretanje. Trenutna brzina.

Putanja tijela je linija opisana u prostoru pokretnom materijalnom tačkom. Put - dužina sekcije trajektorije od početnog do konačnog pomaka materijalne tačke. Radijus vektor - vektor koji povezuje ishodište i tačku u prostoru. Pomicanje je vektor koji povezuje početnu i završnu tačku putanje prođene u vremenu. brzina - fizička količina, koji karakterizira brzinu i smjer kretanja u datom trenutku. prosječna brzina definisano kao. Prosječna brzina tla jednaka je odnosu putanje koju tijelo pređe u određenom vremenskom periodu i ovog intervala. . Trenutna brzina (vektor) je prva derivacija radijus vektora pokretne tačke. . Trenutna brzina je usmjerena tangencijalno na putanju, prosječna brzina je usmjerena duž sekante. Trenutačna brzina tla (skalar) - prva derivacija putanje u odnosu na vrijeme, jednaka po veličini trenutnoj brzini

4. Ravnomjerno pravolinijsko kretanje. Grafikoni zavisnosti kinematičkih veličina od vremena u ravnomernom kretanju. Sabiranje brzina.

Kretanje sa konstantnim modulom i brzinom u smjeru naziva se ravnomjerno pravolinijsko kretanje. U ravnomjernom pravolinijskom kretanju, tijelo prelazi jednake udaljenosti u bilo kojim jednakim vremenskim intervalima. Ako je brzina konstantna, tada se pređeni put računa kao. Klasični zakon sabiranja brzina je formulisan na sledeći način: brzina materijalne tačke u odnosu na referentni sistem, uzeta kao fiksni, jednaka je vektorska suma brzine kretanja tačke u pokretnom sistemu i brzina kretanja pokretnog sistema u odnosu na stacionarni.

5. Ubrzanje. Ravnomjerno ubrzano pravolinijsko kretanje. Grafovi ovisnosti kinematičkih veličina o vremenu u ravnomjerno ubrzanom kretanju.

Kretanje u kojem tijelo čini nejednake pokrete u jednakim vremenskim intervalima naziva se neujednačeno kretanje. Kod neravnomjernog translacijskog kretanja, brzina tijela se mijenja tokom vremena. Ubrzanje (vektor) je fizička veličina koja karakterizira brzinu promjene brzine u apsolutnoj vrijednosti iu smjeru. Trenutačno ubrzanje (vektor) - prvi izvod brzine u odnosu na vrijeme. .Ujednačeno ubrzano je kretanje sa ubrzanjem, konstantnog po veličini i pravcu. Brzina pri jednoliko ubrzanom kretanju se računa kao.

Odavde se formula za putanju sa jednoliko ubrzanim kretanjem izvodi kao

Vrijede i formule izvedene iz jednačina brzine i putanje za jednoliko ubrzano kretanje.

6. Slobodan pad tijela. Ubrzanje slobodan pad.

Pad tijela je njegovo kretanje u polju gravitacije (???) . Pad tijela u vakuumu naziva se slobodni pad. Eksperimentalno je utvrđeno da se tijela u slobodnom padu kreću na isti način, bez obzira na njihove fizičke karakteristike. Ubrzanje kojim tijela padaju na Zemlju u vakuumu naziva se ubrzanje slobodnog pada i označava se

7. Ujednačeno kretanje u krugu. Ubrzanje pri ravnomjernom kretanju tijela u krug (centripetalno ubrzanje)

Svako kretanje na dovoljno malom dijelu putanje može se približno smatrati ravnomjernim kretanjem duž kružnice. U procesu ravnomjernog kretanja u krugu, vrijednost brzine ostaje konstantna, a smjer vektora brzine se mijenja.<рисунок>.. Vektor ubrzanja pri kretanju duž kružnice usmjeren je okomito na vektor brzine (usmjeren tangencijalno), na centar kružnice. Vremenski interval tokom kojeg tijelo napravi potpuni okret u krugu naziva se period. . Recipročna vrijednost perioda, koja pokazuje broj okretaja po jedinici vremena, naziva se frekvencijom. Primjenjujući ove formule, možemo zaključiti da je , ili . Ugaona brzina (brzina rotacije) je definirana kao . Ugaona brzina svih tačaka tela je ista i karakteriše kretanje rotacionog tela kao celine. U ovom slučaju, linearna brzina tijela se izražava kao , a ubrzanje - kao .

Načelo neovisnosti pokreta smatra kretanje bilo koje tačke tijela zbirom dvaju pokreta - translatornog i rotacijskog.

8. Prvi Newtonov zakon. Inercijski referentni sistem.

Fenomen održavanja brzine tijela u odsustvu vanjskih utjecaja naziva se inercija. Prvi Newtonov zakon, također poznat kao zakon inercije, kaže: "postoje takvi referentni okviri, u odnosu na koje tijela koja se progresivno kreću održavaju svoju brzinu konstantnom ako na njih ne djeluju druga tijela." Referentni okviri, u odnosu na koje se tijela u nedostatku vanjskih utjecaja kreću pravolinijski i jednoliko, nazivaju se inercijski sistemi referenca. Referentni sistemi povezani sa zemljom smatraju se inercijskim, pod uslovom da se zanemari rotacija Zemlje.

9. Masa. Snaga. Njutnov drugi zakon. Sastav snaga. Centar gravitacije.

Razlog za promjenu brzine tijela uvijek je njegova interakcija sa drugim tijelima. Kada se dva tijela međusobno djeluju, brzine se uvijek mijenjaju, tj. akceleratori su nabavljeni. Omjer ubrzanja dvaju tijela je isti za svaku interakciju. Svojstvo tijela od kojeg ovisi njegovo ubrzanje pri interakciji s drugim tijelima naziva se inercija. Kvantitativna mjera inercije je tjelesna težina. Omjer masa tijela u interakciji jednak je inverznom omjeru modula ubrzanja. Drugi Newtonov zakon uspostavlja vezu između kinematičke karakteristike kretanja – ubrzanja i dinamičke karakteristike interakcije su sile. , ili, tačnije, , tj. brzina promjene impulsa materijalne tačke jednaka je sili koja djeluje na nju. Uz istovremeno djelovanje više sila na jedno tijelo, tijelo se kreće ubrzanjem, što je vektorski zbir ubrzanja koja bi nastala pod utjecajem svake od ovih sila posebno. Sile koje djeluju na tijelo, primijenjene na jednu tačku, sabiraju se prema pravilu sabiranja vektora. Ova odredba se naziva principom nezavisnosti djelovanja snaga. Centar mase je takva tačka krutog tijela ili sistema krutih tijela koja se kreće na isti način kao materijalna tačka masa jednaka zbiru masa cijelog sistema kao cjeline, na koju djeluje ista rezultantna sila kao na tijelo. . Integracijom ovog izraza tokom vremena, mogu se dobiti izrazi za koordinate centra mase. Težište je tačka primjene rezultante svih sila gravitacije koje djeluju na čestice ovog tijela u bilo kojoj poziciji u prostoru. Ako su linearne dimenzije tijela male u odnosu na veličinu Zemlje, tada se centar mase poklapa sa centrom gravitacije. Zbir momenata svih elementarnih sila gravitacije oko bilo koje ose koja prolazi kroz centar gravitacije jednak je nuli.

10. Njutnov treći zakon.

U bilo kojoj interakciji dvaju tijela, omjer modula stečenih ubrzanja je konstantan i jednak je inverznom omjeru masa. Jer kada su tijela u interakciji, vektori ubrzanja imaju suprotan smjer, možemo to napisati . Prema drugom Newtonovom zakonu, sila koja djeluje na prvo tijelo je , a na drugo. Na ovaj način, . Treći Newtonov zakon povezuje sile kojima tijela djeluju jedno na drugo. Ako dva tijela međusobno djeluju, tada se sile koje nastaju između njih primjenjuju na različita tijela, jednake su po veličini, suprotnog smjera, djeluju duž iste prave linije i imaju istu prirodu.

11. Sile elastičnosti. Hookeov zakon.

Sila koja proizlazi iz deformacije tijela i usmjerena je u smjeru suprotnom pomaku čestica tijela tokom te deformacije naziva se elastična sila. Eksperimenti sa štapom su pokazali da je za male deformacije u odnosu na dimenzije tijela, modul elastične sile direktno proporcionalan modulu vektora pomaka slobodnog kraja štapa, koji u projekciji izgleda kao . Ovaj odnos je uspostavio R. Hooke, njegov zakon je formuliran na sljedeći način: elastična sila koja nastaje deformacijom tijela proporcionalna je istezanju tijela u smjeru suprotnom od smjera kretanja čestica tijela tokom deformacija. Koeficijent k naziva se krutost tijela, a ovisi o obliku i materijalu tijela. Izražava se u njutnima po metru. Elastične sile nastaju zbog elektromagnetnih interakcija.

12. Sile trenja, koeficijent trenja klizanja. Viskozno trenje (???)

Sila koja nastaje na granici međudjelovanja tijela u odsustvu relativnog kretanja tijela naziva se statička sila trenja. Statička sila trenja je po apsolutnoj vrijednosti jednaka vanjskoj sili usmjerenoj tangencijalno na dodirnu površinu tijela i suprotno od nje u smjeru. Kada se jedno tijelo ravnomjerno kreće po površini drugog, pod utjecajem vanjske sile na tijelo djeluje sila jednake apsolutne vrijednosti pokretačka snaga i suprotnog smera. Ova sila se naziva sila trenja klizanja. Vektor sile trenja klizanja usmjeren je prema vektoru brzine, pa ova sila uvijek dovodi do smanjenja relativne brzine tijela. Sile trenja, kao i sila elastičnosti, su elektromagnetne prirode i nastaju zbog interakcije između električnih naboja atoma tijela u kontaktu. Eksperimentalno je utvrđeno da je maksimalna vrijednost modula sile statičkog trenja proporcionalna sili pritiska. Također, maksimalne vrijednosti statičke sile trenja i sile trenja klizanja su približno jednake, kao i koeficijenti proporcionalnosti između sila trenja i pritiska tijela na podlogu.

13. Gravitacione sile. Zakon gravitacije. Gravitacija. Tjelesna težina.

Iz činjenice da tijela, bez obzira na njihovu masu, padaju istom akceleracijom, slijedi da je sila koja djeluje na njih proporcionalna masi tijela. Ova sila privlačenja koja djeluje na sva tijela sa strane Zemlje naziva se gravitacija. Sila gravitacije djeluje na bilo kojoj udaljenosti između tijela. Sva tijela se privlače jedno prema drugom, sila univerzalne gravitacije je direktno proporcionalna proizvodu masa i obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti između njih. Vektori sila univerzalne gravitacije usmjereni su duž prave linije koja povezuje centre mase tijela. , G – Gravitaciona konstanta, jednaka . Težina tijela je sila kojom tijelo, uslijed gravitacije, djeluje na oslonac ili rasteže ovjes. Težina tijela je po apsolutnoj vrijednosti jednaka i suprotna u smjeru elastične sile oslonca prema trećem Newtonovom zakonu. Prema drugom Newtonovom zakonu, ako nijedna druga sila ne djeluje na tijelo, tada je sila gravitacije tijela uravnotežena silom elastičnosti. Kao rezultat toga, težina tijela na fiksnom ili ravnomjerno pokretnom horizontalnom osloncu jednaka snazi gravitacije. Ako se oslonac kreće ubrzano, onda prema drugom Newtonovom zakonu , iz koje je izvedeno. To znači da je težina tijela čiji se smjer ubrzanja poklapa sa smjerom ubrzanja slobodnog pada manja od težine tijela u mirovanju.

14. Kretanje tijela pod dejstvom gravitacije po vertikali. Saobraćaj umjetni sateliti. bestežinsko stanje. Prva kosmička brzina.

Prilikom paralelnog bacanja tijela zemljine površine domet leta će biti veći, što je veća početna brzina. Pri velikim brzinama potrebno je uzeti u obzir i sferičnost zemlje koja se ogleda u promjeni smjera vektora gravitacije. Pri određenoj vrijednosti brzine, tijelo se može kretati oko Zemlje pod utjecajem univerzalne gravitacijske sile. Ova brzina, nazvana prva kosmička brzina, može se odrediti iz jednačine kretanja tijela u krugu. S druge strane, iz drugog Newtonovog zakona i zakona univerzalne gravitacije to slijedi. Dakle, na daljinu R od centra nebesko telo težina M prva kosmička brzina je jednaka. Kada se brzina tijela promijeni, oblik njegove orbite mijenja se iz kruga u elipsu. Po dolasku do drugog svemirska brzina jednaka orbiti postaje parabolična.

15. Zamah tijela. Zakon održanja impulsa. Mlazni pogon.

Prema drugom Newtonovom zakonu, bez obzira da li je tijelo mirovalo ili se kretalo, promjena njegove brzine može nastati samo u interakciji s drugim tijelima. Ako je na tijelu mase m na neko vrijeme t sila djeluje i brzina njenog kretanja se mijenja od do , tada je ubrzanje tijela jednako . Na osnovu drugog Newtonovog zakona, sila se može zapisati kao . Fizička veličina jednaka proizvodu sile i vremena njenog djelovanja naziva se impuls sile. Impuls sile pokazuje da postoji veličina koja se jednako mijenja za sva tijela pod utjecajem istih sila, ako je trajanje sile isto. Ova vrijednost, jednaka proizvodu mase tijela i brzine njegovog kretanja, naziva se impulsom tijela. Promjena količine gibanja tijela jednaka je impulsu sile koja je izazvala ovu promjenu Uzmimo dva tijela, mase i , koja se kreću brzinama i . Prema trećem Njutnovom zakonu, sile koje deluju na tela tokom njihove interakcije su jednake po apsolutnoj vrednosti i suprotne po smeru, tj. mogu se označiti kao . Za promjene impulsa tokom interakcije možemo napisati . Iz ovih izraza dobijamo to , odnosno vektorski zbir impulsa dvaju tijela prije interakcije jednak je vektorskom zbiru impulsa nakon interakcije. U više opšti pogled zakon održanja impulsa zvuči ovako: Ako, onda.

16. mehanički rad. Snaga. Kinetički i potencijalna energija.

rad ALI Konstantna sila je fizička veličina jednaka proizvodu modula sile i pomaka, pomnoženog kosinusom ugla između vektora i. . Rad je skalarna veličina i može biti negativan ako je kut između vektora pomaka i sile veći od . Jedinica rada se zove džul, 1 džul jednako radu vrši sila od 1 njutna pri pomicanju tačke njegove primjene za 1 metar. Snaga je fizička veličina jednaka odnosu rada i vremena tokom kojeg je ovaj rad obavljen. . Jedinica snage naziva se vat, 1 vat je jednak snazi ​​pri kojoj se rad od 1 džula obavi u 1 sekundi. Pretpostavimo da je to na tijelu mase m djeluje sila (koja općenito može biti rezultanta više sila), pod čijim se utjecajem tijelo kreće u smjeru vektora . Modul sile prema drugom Newtonovom zakonu je ma, a modul vektora pomaka povezan je sa ubrzanjem i početnom i konačnom brzinom kao. Odavde se dobija formula za rad . Fizička veličina jednaka polovini proizvoda mase tijela i kvadrata brzine naziva se kinetička energija. Rad rezultantnih sila primijenjenih na tijelo jednak je promjeni kinetičke energije. Fizička veličina jednaka umnošku tjelesne mase puta modula ubrzanja slobodnog pada i visine na koju je tijelo podignuto iznad površine s nultim potencijalom naziva se potencijalna energija tijela. Promjena potencijalne energije karakterizira rad gravitacije pri kretanju tijela. Ovaj rad je jednak promjeni potencijalne energije, uzete sa suprotnim predznakom. Tijelo ispod površine zemlje ima negativnu potencijalnu energiju. Ne samo podignuta tijela imaju potencijalnu energiju. Razmotrite rad elastične sile kada je opruga deformisana. Sila elastičnosti je direktno proporcionalna deformaciji, a njena prosječna vrijednost će biti jednaka , rad je jednak proizvodu sile i deformacije , ili . Fizička veličina jednaka polovini proizvoda krutosti tijela i kvadrata deformacije naziva se potencijalna energija deformiranog tijela. Važna karakteristika potencijalne energije je da je tijelo ne može posjedovati bez interakcije s drugim tijelima.

17. Zakoni održanja energije u mehanici.

Potencijalna energija karakterizira tijela u interakciji, kinetička - kretanje. I to i drugo nastaju kao rezultat interakcije tijela. Ako nekoliko tijela međusobno djeluju samo gravitacijskim i elastičnim silama, a na njih ne djeluju vanjske sile (ili je njihova rezultanta nula), tada je za bilo koju interakciju tijela rad elastičnih ili gravitacijskih sila jednak promjeni u potencijalnoj energiji, uzetoj sa suprotnim predznakom. Istovremeno, prema teoremu kinetičke energije (promjena kinetičke energije tijela jednaka je radu vanjskih sila), rad istih sila jednak je promjeni kinetičke energije. . Iz ove jednakosti slijedi da zbir kinetičke i potencijalne energije tijela koja čine zatvoreni sistem i međusobno djeluju silama gravitacije i elastičnosti ostaje konstantan. Zbir kinetičke i potencijalne energije tijela naziva se ukupna mehanička energija. Završeno mehanička energija zatvorenog sistema tijela koja međusobno djeluju silama gravitacije i elastičnosti, ostaje nepromijenjena. Rad sila gravitacije i elastičnosti jednak je, s jedne strane, povećanju kinetičke energije, as druge strane smanjenju potencijalne energije, odnosno rad je jednak energiji koja se pretvorila iz jednog oblika u drugi.

18. jednostavnim mehanizmima(kosa ravan, poluga, blok) njihova primjena.

Kosa ravan se koristi tako da se tijelo velike mase može pomaknuti djelovanjem sile koja je mnogo manja od težine tijela. Ako je ugao kosoj ravni je jednako a, tada je za kretanje tijela duž ravnine potrebno primijeniti silu jednaku . Omjer ove sile i težine tijela, zanemarujući silu trenja, jednak je sinusu ugla nagiba ravnine. Ali sa dobitkom na snazi ​​nema dobitka u radu, jer put se umnožava. Ovaj rezultat je posljedica zakona održanja energije, budući da rad gravitacije ne ovisi o putanji podizanja tijela.

Poluga je u ravnoteži ako je moment sila koji je rotira u smjeru kazaljke na satu jednak momentu il koji rotira ručicu u smjeru suprotnom od kazaljke na satu. Ako su pravci vektora sila primijenjenih na polugu okomiti na najkraće prave linije koje spajaju točke primjene sila i os rotacije, tada uvjeti ravnoteže poprimaju oblik. Ako , onda poluga daje dobitak u snazi ​​. Dobitak u snazi ​​ne daje dobitak u radu, jer kada se rotira za ugao a, sila radi, a sila radi. Jer prema uslovu , onda .

Blok vam omogućava da promijenite smjer sile. Primijenjeno oružje na različite tačke nepokretni blok su isti, pa stoga nepokretni blok ne daje dobitak na snazi. Prilikom podizanja tereta uz pomoć pokretnog bloka, postiže se dvostruko povećanje snage, jer. krak gravitacije je polovina kraka napetosti kabla. Ali kada povučete kabl na dužinu l opterećenje raste l/2, dakle, fiksni blok također ne daje dobit u radu.

19. Pritisak. Pascalov zakon za tečnosti i gasove.

Fizička veličina jednaka omjeru modula sile koja djeluje okomito na površinu i površine ove površine naziva se tlak. Jedinica za pritisak je paskal, koji je jednak pritisku koji deluje sila od 1 njutna na površinu od 1 kvadratni metar. Sve tekućine i plinovi prenose pritisak koji se na njih stvara u svim smjerovima.

20. Plovila za komunikaciju. Hidraulična presa. Atmosferski pritisak. Bernoullijeva jednadžba.

U cilindričnoj posudi, sila pritiska na dno posude jednaka je težini stupca tečnosti. Pritisak na dnu posude je , odakle pritisak na dubini h jednako . Isti pritisak djeluje i na zidove posude. Jednakost pritisaka fluida na istoj visini dovodi do toga da su u komunikacionim sudovima bilo kog oblika slobodne površine homogenog fluida u mirovanju na istom nivou (u slučaju zanemarljivo malih kapilarnih sila). U slučaju nehomogene tečnosti, visina stuba gušće tečnosti biće manja od visine manje guste tečnosti. Hidraulična mašina radi na osnovu Pascalovog zakona. Sastoji se od dvije međusobno povezane posude zatvorene klipovima. različitim oblastima. Pritisak koji stvara vanjska sila na jedan klip prenosi se prema Pascalovom zakonu na drugi klip. . Hidraulična mašina daje dobit u snazi ​​onoliko puta koliko je površina njenog velikog klipa veća od površine malog.

U stacionarnom kretanju nestišljivog fluida važi jednačina kontinuiteta. Za idealnu tekućinu u kojoj se viskozitet (tj. trenje između njegovih čestica) može zanemariti, matematički izraz za zakon održanja energije je Bernoullijeva jednačina .

21. Toričelijevo iskustvo. Promjena atmosferskog tlaka s visinom.

Pod uticajem gravitacije, gornji slojevi atmosfere vrše pritisak na donje slojeve. Taj se pritisak, prema Pascalovom zakonu, prenosi u svim smjerovima. Najviša vrijednost ovaj pritisak je na površini Zemlje, a nastaje zbog težine vazdušnog stuba od površine do granice atmosfere. S povećanjem nadmorske visine, masa slojeva atmosfere koja pritiska površinu opada, pa se atmosferski tlak smanjuje s visinom. Na nivou mora, atmosferski pritisak je 101 kPa. Ovaj pritisak vrši stub žive visine 760 mm. Ako se cijev spusti u tečnu živu, u kojoj se stvara vakuum, tada će se pod utjecajem atmosferskog tlaka živa u njoj podići do takve visine na kojoj tlak stupca tekućine postaje jednak vanjskom atmosferski pritisak na izloženoj površini žive. Kada se atmosferski pritisak promeni, promeniće se i visina stuba tečnosti u cevi.

22. Arhimedova sila dana tečnosti i gasova. Uslovi plovidbe tel.

Ovisnost pritiska u tečnosti i gasu o dubini dovodi do pojave uzgonske sile koja deluje na bilo koje telo uronjeno u tečnost ili gas. Ova sila se naziva Arhimedova sila. Ako je tijelo uronjeno u tekućinu, tada se pritisci na bočnim stijenkama posude međusobno uravnotežuju, a rezultanta pritisaka odozdo i odozgo je Arhimedova sila. , tj. Sila koja gura tijelo uronjeno u tečnost (gas) jednaka je težini tečnosti (gasa) koju je tijelo istisnulo. Arhimedova sila je usmjerena suprotno sili gravitacije, pa je pri vaganju u tekućini težina tijela manja nego u vakuumu. Na tijelo u tečnosti djeluju gravitacija i Arhimedova sila. Ako je sila gravitacije veća u modulu - tijelo tone, ako je manja - pluta, jednaka - može biti u ravnoteži na bilo kojoj dubini. Ovi omjeri sila jednaki su odnosima gustoće tijela i tekućine (gasa).

23. Glavne odredbe molekularno-kinetičke teorije i njihove eksperimentalno potkrepljenje. Brownovo kretanje. Težina i veličina molekule.

Molekularno-kinetička teorija je proučavanje strukture i svojstava materije, koristeći koncept postojanja atoma i molekula kao najmanjih čestica materije. Glavne odredbe MKT-a: tvar se sastoji od atoma i molekula, te se čestice kreću nasumično, čestice međusobno djeluju. Kretanje atoma i molekula i njihova interakcija podliježu zakonima mehanike. U početku, u interakciji molekula kada se međusobno približavaju, prevladavaju privlačne sile. Na određenoj udaljenosti između njih nastaju odbojne sile, koje premašuju silu privlačenja u apsolutnoj vrijednosti. Molekuli i atomi prave nasumične vibracije oko položaja u kojima sile privlačenja i odbijanja uravnotežuju jedna drugu. U tečnosti, molekuli ne samo da osciliraju, već i skaču iz jednog ravnotežnog položaja u drugi (fluidnost). U plinovima su udaljenosti između atoma velike više veličina molekule (kompresibilnost i rastezljivost). R. Brown je početkom 19. vijeka otkrio da se čvrste čestice kreću nasumično u tečnosti. Ovu pojavu može objasniti samo MKT. Molekuli tečnosti ili gasa koji se nasumično kreću sudaraju se sa čvrstom česticom i menjaju smer i modul brzine njenog kretanja (pri čemu, naravno, menjaju i smer i brzinu). Što je manja veličina čestica, to je primjetnija promjena momenta. Svaka tvar se sastoji od čestica, pa se smatra da je količina tvari proporcionalna broju čestica. Jedinica za količinu supstance naziva se mol. Mol je jednak količini tvari koja sadrži onoliko atoma koliko ih ima u 0,012 kg ugljika 12 C. Omjer broja molekula i količine tvari naziva se Avogadrova konstanta: . Količina supstance može se naći kao omjer broja molekula i Avogadrove konstante. molarna masa M naziva se količina jednaka omjeru mase tvari m na količinu supstance. Molarna masa se izražava u kilogramima po molu. molarna masa može se izraziti u smislu mase molekula m0 : .

24. Idealan plin. Osnovna jednadžba molekularne kinetičke teorije idealan gas.

Da objasnimo svojstva materije u gasovitom stanju koristeći model idealnog gasa. Ovaj model pretpostavlja sljedeće: molekule plina su zanemarljive veličine u odnosu na volumen posude, između molekula nema privlačnih sila, a kada se sudare jedna s drugom i stijenkama posude, djeluju sile odbijanja. Kvalitativno objašnjenje fenomena pritiska gasa je da molekuli idealnog gasa, kada se sudaraju sa zidovima posude, stupaju u interakciju sa njima kao elastična tela. Kada se molekul sudari sa stijenkom posude, projekcija vektora brzine na os okomitu na zid mijenja se u suprotnu. Stoga, tokom sudara, projekcija brzine se mijenja od –mv x prije mv x, a promjena momenta je . Tokom sudara, molekul djeluje na zid sa silom jednakom, prema trećem Newtonovom zakonu, sili suprotnog smjera. Molekula je mnogo, a prosječna vrijednost geometrijskog zbira sila koje djeluju na dio pojedinih molekula formira silu pritiska plina na stijenke posude. Tlak plina jednak je omjeru modula sile pritiska i površine zida posude: p=F/S. Pretpostavimo da se gas nalazi u kubnoj posudi. Impuls jednog molekula je 2 mv, jedan molekul djeluje na zid u prosjeku silom 2mv/Dt. Vrijeme D t kretanje od jednog zida posude do drugog 2l/v, Shodno tome, . Sila pritiska na zid posude svih molekula proporcionalna je njihovom broju, tj. . Zbog potpune nasumice kretanja molekula, njihovo kretanje u svakom od smjerova je jednako vjerovatno i jednako je 1/3 ukupan broj molekule. Na ovaj način, . Budući da se pritisak vrši na lice kocke s površinom l 2, tada će pritisak biti isti. Ova jednačina se naziva osnovnom jednačinom molekularne kinetičke teorije. Označavajući za prosječnu kinetičku energiju molekula, dobijamo.

25. Temperatura, njeno mjerenje. Apsolutna temperaturna skala. Brzina molekula gasa.

Osnovna MKT jednadžba za idealni plin uspostavlja vezu između mikro- i makroskopskih parametara. Kada dva tijela dođu u kontakt, njihovi makroskopski parametri se mijenjaju. Kada je ova promjena prestala, kaže se da je uspostavljena termička ravnoteža. Fizički parametar koji je isti u svim dijelovima sistema tijela u stanju termičke ravnoteže naziva se tjelesna temperatura. Eksperimenti su pokazali da je za bilo koji plin u stanju termičke ravnoteže omjer umnožaka tlaka i volumena i broja molekula isti . Ovo omogućava da se vrijednost uzme kao mjera temperature. Jer n=N/V, dakle, uzimajući u obzir osnovnu jednačinu MKT, dakle, vrijednost je jednaka dvije trećine prosječne kinetičke energije molekula. , gdje k– koeficijent proporcionalnosti, u zavisnosti od skale. Parametri na lijevoj strani ove jednačine su nenegativni. Dakle, temperatura gasa na kojoj je njegov pritisak konstantan volumen jednaka nuli naziva se temperatura apsolutne nule. Vrijednost ovog koeficijenta može se naći iz dva poznata stanja materije sa poznatim pritiskom, zapreminom, brojem molekula i temperaturom. . Koeficijent k, nazvana Boltzmannova konstanta, jednaka je . To proizilazi iz jednačina odnosa između temperature i prosječne kinetičke energije, tj. prosjek kinetička energija nasumično kretanje molekula je proporcionalno apsolutnoj temperaturi. , . Ova jednadžba pokazuje da je pri istoj temperaturi i koncentraciji molekula pritisak svih plinova isti.

26. Jednačina stanja idealnog gasa (Mendelejev-Klapejronova jednačina). Izotermni, izohorni i izobarični procesi.

Koristeći zavisnost pritiska o koncentraciji i temperaturi, može se pronaći odnos između makroskopskih parametara gasa – zapremine, pritiska i temperature. . Ova jednačina se naziva jednačina stanja idealnog gasa (Mendelejev-Klapejronova jednačina).

Izotermni proces je proces koji se odvija na konstantna temperatura. Iz jednadžbe stanja idealnog plina slijedi da pri konstantnoj temperaturi, masi i sastavu plina proizvod tlaka i volumena treba ostati konstantan. Grafikon izoterme (kriva izotermnog procesa) je hiperbola. Jednačina se zove Boyle-Mariotteov zakon.

Izohorni proces je proces koji se odvija pri konstantnoj zapremini, masi i sastavu gasa. Pod ovim uslovima , gdje je temperaturni koeficijent pritiska gasa. Ova jednačina se zove Charlesov zakon. Grafikon jednadžbe izohornog procesa naziva se izohora i predstavlja pravu liniju koja prolazi kroz ishodište.

Izobarski proces je proces koji se odvija pri konstantnom pritisku, masi i sastavu gasa. Na isti način kao i za izohorni proces, možemo dobiti jednačinu za izobarni proces . Jednačina koja opisuje ovaj proces naziva se Gay-Lussacov zakon. Grafikon jednadžbe izobarnog procesa naziva se izobara i prava je linija koja prolazi kroz ishodište.

27. Unutrašnja energija. Rad u termodinamici.

Ako je potencijalna energija interakcije molekula nula, onda unutrašnja energija jednak je zbiru kinetičkih energija kretanja svih molekula gasa . Stoga, kada se temperatura promijeni, mijenja se i unutrašnja energija plina. Zamjenom jednačine stanja idealnog plina u jednačinu za energiju, dobivamo da je unutrašnja energija direktno proporcionalna proizvodu tlaka i zapremine plina. . Unutrašnja energija tijela može se promijeniti samo u interakciji s drugim tijelima. U slučaju mehaničke interakcije tijela (makroskopska interakcija), mjera prenesene energije je rad ALI. U prijenosu topline (mikroskopska interakcija), mjera prenesene energije je količina topline Q. U neizolovanom termodinamičkom sistemu, promena unutrašnje energije D U jednak zbiru prenesene količine toplote Q i rad spoljnih sila ALI. Umesto posla ALI koje obavljaju vanjske sile, prikladnije je razmotriti rad A` vrši sistem na eksternim tijelima. A=-A`. Tada se prvi zakon termodinamike izražava kao, ili. To znači da svaka mašina može raditi na vanjskim tijelima samo primajući toplinu izvana. Q ili smanjenje unutrašnje energije D U. Ovaj zakon isključuje stvaranje perpetualnog motora prve vrste.

28. Količina toplote. Specifična toplota supstance. Zakon održanja energije u toplotnim procesima (prvi zakon termodinamike).

Proces prenošenja toplote sa jednog tela na drugo bez vršenja rada naziva se prenos toplote. Energija koja se prenosi na tijelo kao rezultat prijenosa topline naziva se količina topline. Ako proces prijenosa topline nije praćen radom, onda na osnovu prvog zakona termodinamike. Dakle, unutrašnja energija tijela je proporcionalna masi tijela i njegovoj temperaturi . Vrijednost With se zove specifični toplinski kapacitet, jedinica je . Specifični toplotni kapacitet pokazuje koliko toplote treba preneti da se 1 kg supstance zagreje za 1 stepen. Specifični toplotni kapacitet nije jednoznačna karakteristika i zavisi od rada tela tokom prenosa toplote.

U realizaciji prenosa toplote između dva tela pod uslovima jednakosti nuli rada spoljnih sila i u toplotnoj izolaciji od drugih tela, po zakonu održanja energije . Ako promjena unutrašnje energije nije praćena radom, onda , ili , odakle . Ova jednačina se zove jednačina toplotnog bilansa.

29. Primjena prvog zakona termodinamike na izoprocese. adijabatski proces. Nepovratnost termičkih procesa.

Jedan od glavnih procesa koji rade u većini mašina je širenje gasa za obavljanje posla. Ako tokom izobarnog širenja gasa iz zapremine V 1 do jačine V 2 pomak klipa cilindra je bio l, pa posao A savršeni plin je jednak , ili . Ako uporedimo površine ispod izobare i izoterme, koje su radovi, možemo zaključiti da će se sa istim širenjem gasa pri istom početnom pritisku, u slučaju izotermnog procesa, obaviti manji rad. Pored izobarnog, izohornog i izotermni procesi postoji tzv adijabatski proces. Za proces se kaže da je adijabatski ako nema prijenosa topline. Proces brzog širenja ili kompresije plina može se smatrati bliskim adijabatskom. U ovom procesu rad se obavlja zbog promjene unutrašnje energije, tj. , Dakle, kada adijabatski proces temperatura pada. Pošto temperatura gasa raste tokom adijabatske kompresije gasa, pritisak gasa raste brže sa smanjenjem zapremine nego tokom izotermnog procesa.

Procesi prijenosa topline spontano se odvijaju samo u jednom smjeru. Toplota se uvijek prenosi na hladnije tijelo. Drugi zakon termodinamike kaže da je to nemoguće termodinamički proces, usled čega bi se toplota prenosila sa jednog tela na drugo, toplije, bez ikakvih drugih promena. Ovaj zakon isključuje stvaranje perpetualnog motora druge vrste.

30. Princip rada toplotnih motora. termička efikasnost motor.

U toplotnim motorima rad se obično obavlja ekspandirajućim gasom. Gas koji radi tokom ekspanzije naziva se radni fluid. Širenje plina nastaje kao rezultat povećanja njegove temperature i tlaka pri zagrijavanju. Uređaj iz kojeg radni fluid prima određenu količinu topline Q zove grejač. Uređaj na koji mašina odaje toplotu nakon radnog takta naziva se frižider. Prvo, pritisak raste izohorično, izobarično se širi, izohorično se hladi, izobarično se skuplja.<рисунок с подъемником>. Kao rezultat radnog ciklusa, plin se vraća u početno stanje, njegova unutrašnja energija poprima svoju prvobitnu vrijednost. To znači da . Prema prvom zakonu termodinamike,. Rad koji tijelo obavi po ciklusu jednak je Q. Količina topline koju tijelo primi po ciklusu jednaka je razlici između topline primljene od grijača i predate hladnjaku. Shodno tome, . Koeficijent korisna akcija mašinom se naziva odnos upotrebljene korisne energije i utrošene energije .

31. Isparavanje i kondenzacija. Zasićena i nezasićene pare. Vlažnost vazduha.

Neravnomjerna raspodjela kinetičke energije toplinskog kretanja dovodi do toga. Da na bilo kojoj temperaturi kinetička energija nekih molekula može premašiti potencijalnu energiju vezivanja s ostalima. Isparavanje je proces kojim molekuli izlaze s površine tekućine ili čvrste tvari. Isparavanje je praćeno hlađenjem, jer brži molekuli napuštaju tečnost. Isparavanje tekućine u zatvorenoj posudi na konstantnoj temperaturi dovodi do povećanja koncentracije molekula u plinovitom stanju. Nakon nekog vremena dolazi do ravnoteže između broja molekula koji isparavaju i vraćaju se u tekućinu. Zove se plinovita tvar u dinamičkoj ravnoteži sa svojom tekućinom zasićena para. Parite pod pritiskom ispod pritiska zasićena para, naziva se nezasićenim. Pritisak zasićene pare ne zavisi od zapremine (od ) pri konstantnoj temperaturi. Pri konstantnoj koncentraciji molekula, pritisak zasićene pare raste brže od pritiska idealnog gasa, jer broj molekula raste sa temperaturom. Odnos pritiska vodene pare na datoj temperaturi i pritiska zasićene pare na istoj temperaturi, izražen u procentima, naziva se relativna vlažnost zrak . Što je temperatura niža, to je niži pritisak zasićene pare, pa kada se ohladi na određenu temperaturu, para postaje zasićena. Ova temperatura se naziva tačka rose. tp.

32. Crystal and amorfna tela. Mehanička svojstva čvrstih materija. Elastične deformacije.

Amorfna tijela su ona čija su fizička svojstva ista u svim smjerovima (izotropna tijela). Izotropija fizičkih svojstava objašnjava se nasumičnim rasporedom molekula. Čvrste tvari u kojima su molekuli uređeni nazivaju se kristali. Physical Properties kristalna tela nisu isti u različitim pravcima (anizotropna tijela). Anizotropija svojstava kristala objašnjava se činjenicom da kod uređene strukture sile interakcije nisu iste u različitim smjerovima. Spoljašnje mehaničko djelovanje na tijelo uzrokuje pomicanje atoma iz ravnotežnog položaja, što dovodi do promjene oblika i zapremine tijela – deformacije. Deformacija se može okarakterisati apsolutnim izduženjem, jednakom razlici između dužina prije i poslije deformacije, ili relativnim izduženjem. Kada se tijelo deformira, nastaju elastične sile. Fizička veličina jednaka omjeru modula elastičnosti i površine poprečnog presjeka tijela naziva se mehaničko naprezanje. Pri malim deformacijama, napon je direktno proporcionalan relativnom istezanju. Faktor proporcionalnosti E u jednadžbi se naziva modul elastičnosti (Youngov modul). Modul elastičnosti je konstantan za dati materijal , gdje . Potencijalna energija deformiranog tijela jednaka je radu utrošenom na napetost ili kompresiju. Odavde .

Hookeov zakon je zadovoljen samo za male deformacije. Maksimalni napon na kojem se još uvijek izvodi naziva se proporcionalna granica. Iza ove granice, napon prestaje proporcionalno rasti. Do određenog nivoa naprezanja, deformirano tijelo će vratiti svoje dimenzije nakon uklanjanja opterećenja. Ova tačka se naziva granica elastičnosti tela. Kada se prekorači granica elastičnosti, počinje plastična deformacija u kojoj tijelo ne vraća svoj prethodni oblik. U području plastične deformacije, naprezanje se gotovo ne povećava. Ovaj fenomen se naziva protok materijala. Iza granice popuštanja, napon raste do tačke koja se naziva krajnja čvrstoća, nakon čega se napon smanjuje sve dok se tijelo ne slomi.

33. Svojstva tečnosti. Površinski napon. kapilarne pojave.

Mogućnost slobodnog kretanja molekula u tečnosti određuje fluidnost tečnosti. tijelo unutra tečno stanje nema trajni oblik. Oblik tečnosti je određen oblikom posude i silama površinski napon. Unutar tekućine kompenziraju se privlačne sile molekula, ali ne blizu površine. Bilo koji molekul blizu površine privučen je molekulima unutar tečnosti. Pod djelovanjem ovih sila, molekuli se uvlače u površinu sve dok slobodna površina ne postane najmanja od svih mogućih. Jer Ako lopta ima minimalnu površinu za dati volumen, tada uz malo djelovanje drugih sila, površina poprima oblik sfernog segmenta. Površina tečnosti na rubu posude naziva se meniskus. Fenomen vlaženja karakterizira kontaktni ugao između površine i meniskusa na mjestu presjeka. Veličina sile površinskog napona u presjeku dužine D l je jednako . Zakrivljenost površine stvara višak pritiska na tečnost, jednak poznatom kontaktnom uglu i radijusu . Koeficijent s se naziva koeficijent površinskog napona. Kapilara je cijev sa malim unutrašnjim prečnikom. Sa potpunim vlaženjem, sila površinskog napona se usmjerava duž površine tijela. U ovom slučaju, podizanje tekućine kroz kapilaru se nastavlja pod djelovanjem ove sile sve dok sila gravitacije ne uravnoteži silu površinske napetosti, tk. , zatim .

34. Električno punjenje. Interakcija naelektrisanih tela. Coulombov zakon. Zakon održanja električnog naboja.

Ni mehanika ni MKT nisu u stanju da objasne prirodu sila koje vezuju atome. Zakoni interakcije atoma i molekula mogu se objasniti na osnovu koncepta električnih naboja.<Опыт с натиранием ручки и притяжением бумажки>Interakcija tijela pronađena u ovom eksperimentu naziva se elektromagnetna i određena je električnim nabojem. Sposobnost naboja da privlače i odbijaju objašnjava se pretpostavkom da postoje dvije vrste naboja - pozitivni i negativni. tijela optužena. ista naplata, odbijati, drugačije - privlačiti. Jedinica punjenja je privjesak - naboj koji prolazi kroz poprečni presjek vodiča za 1 sekundu pri jakosti struje od 1 ampera. AT zatvoreni sistem, u koji električni naboji ne ulaze izvana i iz kojeg električni naboji ne izlaze ni za kakve interakcije, algebarski zbir naboja svih tijela je konstantan. Osnovni zakon elektrostatike, poznat i kao Coulombov zakon, kaže da je modul sile interakcije između dva naelektrisanja direktno proporcionalan proizvodu modula naelektrisanja i obrnuto proporcionalan kvadratu udaljenosti između njih. Sila je usmjerena duž prave linije koja povezuje nabijena tijela. Je sila odbijanja ili privlačenja, ovisno o znaku naboja. Konstantno k u izrazu Coulombovog zakona jednak je . Umjesto ovog koeficijenta koristi se tzv. električna konstanta povezana sa koeficijentom k izraz odakle. Interakcija fiksnih električnih naboja naziva se elektrostatička.

35. Električno polje. tenzija električno polje. Princip superpozicije električnih polja.

Oko svakog naboja, na osnovu teorije kratkog dometa, postoji električno polje. Električno polje je materijalni objekt koji stalno postoji u prostoru i može djelovati na druga naboja. Električno polje se širi u svemiru brzinom svjetlosti. Fizička veličina jednaka omjeru sile kojom električno polje djeluje na probni naboj (tačkasti pozitivni mali naboj koji ne utječe na konfiguraciju polja) i vrijednosti ovog naboja naziva se jakost električnog polja. Koristeći Coulombov zakon, moguće je dobiti formulu za jačinu polja koju stvara naboj q na daljinu r od naplate . Jačina polja ne zavisi od naboja na koji deluje. Ako se naplaćuje q električna polja više naboja djeluju istovremeno, tada je rezultirajuća sila jednaka geometrijskom zbiru sila koje djeluju iz svakog polja posebno. To se zove princip superpozicije električnih polja. Linija jačine električnog polja je linija čija se tangenta u svakoj tački poklapa sa vektorom jačine. Zatezne linije počinju na pozitivnim nabojima i završavaju na negativnim, ili idu u beskonačnost. Električno polje čiji je intenzitet jednak za sve u bilo kojoj tački prostora naziva se uniformno električno polje. Približno homogenim se može smatrati polje između dva paralelna suprotno naelektrisana metalne ploče. Sa ravnomjernom raspodjelom naboja q na površini područja S površinska gustina naelektrisanja je . Za beskonačnu ravan sa površinskom gustinom naelektrisanja s, jačina polja je ista u svim tačkama u prostoru i jednaka je .

36. Rad elektrostatičko polje prilikom pomeranja punjenja. Razlika potencijala.

Kada se naboj pomiče električnim poljem na daljinu, izvršeni rad je jednak . Kao iu slučaju rada gravitacije, rad Kulonove sile ne zavisi od putanje naelektrisanja. Kada se smjer vektora pomaka promijeni za 180 0, rad sila polja mijenja predznak u suprotan. Dakle, rad sila elektrostatičkog polja pri kretanju naboja duž zatvorenog kruga jednak je nuli. Polje čiji je rad sila duž zatvorene putanje jednak nuli naziva se potencijalno polje.

Baš kao tijelo mase m u polju gravitacije ima potencijalnu energiju proporcionalnu masi tijela, električni naboj u elektrostatičkom polju ima potencijalnu energiju Wp, proporcionalno napunjenosti. Rad sila elektrostatičkog polja jednak je promjeni potencijalne energije naboja, uzete sa suprotnim predznakom. U jednom trenutku u elektrostatičkom polju različita naelektrisanja mogu imati različite potencijalne energije. Ali omjer potencijalne energije i naboja za datu tačku je konstantna vrijednost. Ova fizička veličina se naziva potencijal električnog polja, odakle je potencijalna energija naboja jednaka proizvodu potencijala u datoj tački i naboja. Potencijal - skalarna vrijednost, potencijal više polja jednak je zbiru potencijale ovih polja. Mjera promjene energije tokom interakcije tijela je rad. Kada se naboj kreće, rad sila elektrostatičkog polja jednak je promjeni energije suprotnog predznaka, dakle. Jer rad zavisi od razlike potencijala i ne zavisi od putanje između njih, tada se razlika potencijala može smatrati energetskom karakteristikom elektrostatičkog polja. Ako se potencijal na beskonačnoj udaljenosti od naboja uzme jednak nuli, onda na udaljenosti r od naboja, određuje se formulom .

37. Napetost. Električni kapacitet. Kondenzatori.

Omjer rada bilo kojeg električnog polja pri kretanju pozitivan naboj od jedne tačke polja do druge, do vrednosti naelektrisanja naziva se napon između ovih tačaka, odakle je rad. U elektrostatičkom polju, napon između bilo koje dvije tačke jednak je razlici potencijala između ovih tačaka. Jedinica napona (i potencijalne razlike) naziva se volt, . 1 volt je napon pri kojem polje vrši rad od 1 džula da pomjeri naboj od 1 kulona. S jedne strane, rad pomjeranja naboja jednak je proizvodu sile i pomaka. S druge strane, može se naći iz poznatog napona između dionica kolosijeka. Odavde. Jedinica jačine električnog polja je volti po metru ( ja sam).

Kondenzator - sistem od dva vodiča razdvojena dielektričnim slojem čija je debljina mala u odnosu na dimenzije vodiča. Između ploča, jačina polja je jednaka dvostrukoj jačini svake od ploča; izvan ploča, jednaka je nuli. Fizička veličina jednaka omjeru naboja jedne od ploča i napona između ploča naziva se kapacitivnost kondenzatora. Jedinica električnog kapaciteta je farad, kondenzator ima kapacitet od 1 farad, između ploča čiji je napon 1 volt kada su ploče napunjene sa 1 privjeskom. Jačina polja između ploča čvrstog kondenzatora jednaka je zbiru jačine njegovih ploča. , i od tada za uniformno polje se onda izvodi , tj. Kapacitet je direktno proporcionalan površini ploča i obrnuto proporcionalan udaljenosti između njih. Kada se dielektrik unese između ploča, njegov električni kapacitet se povećava za faktor e, gdje je e dielektrična konstanta ulazni materijal.

38. Dielektrična konstanta. Energija električnog polja.

Dielektrična permitivnost je fizička veličina koja karakterizira omjer modula električnog polja u vakuumu i modula električnog polja u homogenom dielektriku. Rad električnog polja je jednak, ali kada se kondenzator napuni, njegov napon raste od 0 prije U, zbog toga . Stoga je potencijalna energija kondenzatora jednaka .

39. Električna struja. Snaga struje. Uslovi za postojanje električne struje.

Električna struja je uredno kretanje električnih naboja. Za smjer struje se uzima kretanje pozitivnih naboja. Električni naboji se mogu kretati na uredan način pod uticajem električnog polja. Dakle, dovoljan uslov za postojanje struje je prisustvo polja i slobodnih nosilaca naboja. Električno polje mogu stvoriti dva povezana suprotno nabijena tijela. Odnos punjenja D q, prenesen kroz poprečni presjek provodnika za vremenski interval D t ovaj interval se naziva jačina struje. Ako se jačina struje ne mijenja s vremenom, tada se struja naziva konstantnom. Da bi struja postojala u provodniku dugo vremena, neophodno je da uslovi koji izazivaju struju budu nepromenjeni.<схема с один резистором и батареей>. Sile koje uzrokuju da se naboj kreće unutar izvora struje nazivaju se vanjske sile. U galvanskoj ćeliji (i bilo koja baterija - npr.???) one su sile hemijske reakcije u automobilu jednosmerna struja je Lorentzova sila.

40. Ohmov zakon za presjek lanca. otpor provodnika. Ovisnost otpora provodnika o temperaturi. Superprovodljivost. Serijsko i paralelno povezivanje provodnika.

Omjer napona između krajeva jednog dijela električnog kola i jačine struje je konstantna vrijednost i naziva se otpor. Jedinica otpora je 0 ohma, otpor od 1 oma ima takav dio kruga u kojem je, pri jakosti struje od 1 ampera, napon 1 volt. Otpor je direktno proporcionalan dužini i obrnuto proporcionalan površini poprečnog presjeka, gdje je r specifična električni otpor, vrijednost je konstantna za datu supstancu pod datim uslovima. Kada se zagreje otpornost metala raste linearno, gdje je r 0 otpornost na 0 0 C, a je temperaturni koeficijent otpora, specifičan za svaki metal. U blizini apsolutna nula temperaturama, otpor tvari naglo pada na nulu. Ovaj fenomen se naziva supravodljivost. Prolazak struje u supravodljivim materijalima odvija se bez gubitaka zagrijavanjem provodnika.

Ohmov zakon za dio kola naziva se jednačina. Kada su provodnici spojeni u seriju, jačina struje je ista u svim provodnicima, a napon na krajevima kola jednak je zbiru napona na svim serijski spojenim provodnicima. . Kada su provodnici spojeni u seriju, ukupni otpor jednak je zbiru otpora komponenti. At paralelna veza napon na krajevima svake sekcije kola je isti, a struja se grana na zasebne dijelove. Odavde. Kada su provodnici spojeni paralelno, recipročna vrijednost ukupnog otpora jednaka je zbroju recipročnih otpora svih paralelno povezanih provodnika.

41. Rad i strujna snaga. Elektromotorna sila. Ohmov zakon za kompletan lanac.

Rad sila električnog polja koje stvara struja, naziva se rad struje. Posao ALI struja u području sa otporom R u vremenu D t je jednako . Snaga električne struje jednaka je odnosu rada i vremena završetka, tj. . Rad se izražava, kao i obično, u džulima, snaga - u vatima. Ako se u strujnom krugu ne radi pod dejstvom električnog polja i ne hemijske reakcije, tada rad dovodi do zagrijavanja provodnika. U ovom slučaju rad je jednak količini topline koju oslobađa provodnik sa strujom (Joule-Lenzov zakon).

U električnom kolu rad se obavlja ne samo u vanjskom dijelu, već iu bateriji. Električni otpor izvora struje naziva se unutrašnji otpor r. U unutrašnjem dijelu kruga oslobađa se količina topline jednaka. Puni rad sile elektrostatičkog polja pri kretanju po zatvorenom kolu su ravne nuli, pa se sav rad obavlja zbog vanjskih sila koje održavaju konstantan napon. Omjer rada vanjskih sila i prenesenog naboja naziva se elektromotorna sila izvora, gdje je D q- prenosiva naknada. Ako je kao rezultat prolaska jednosmjerne struje došlo samo do zagrijavanja vodiča, onda prema zakonu održanja energije , tj. . Struja u električnom kolu je direktno proporcionalna EMF-u i obrnuto proporcionalna impedanciji kola.

42. Poluprovodnici. Električna provodljivost poluvodiča i njena ovisnost o temperaturi. Intrinzična i nečistoća provodljivost poluprovodnika.

Mnoge tvari ne provode struju kao metali, ali u isto vrijeme nisu dielektrici. Jedna od razlika između poluvodiča je u tome što kada se zagriju ili osvijetle, njihova otpornost se ne povećava, već opada. Ali pokazalo se da je njihovo glavno praktično primjenjivo svojstvo jednostrana vodljivost. Zbog neravnomjerne raspodjele energije toplinskog kretanja u poluvodičkom kristalu, neki atomi su ionizirani. Otpuštene elektrone ne mogu zarobiti okolni atomi, jer njihove valentne veze su zasićene. Ovi slobodni elektroni mogu se kretati u metalu, stvarajući struju elektronske provodljivosti. Istovremeno, atom, iz čijeg omotača je pobjegao elektron, postaje ion. Ovaj ion se neutralizira hvatanjem atoma susjeda. Kao rezultat takvog haotičnog kretanja dolazi do pomicanja mjesta s nedostajućim jonom, što je spolja vidljivo kao kretanje pozitivnog naboja. To se zove struja provodljivosti rupa. U idealnom poluvodičkom kristalu struja se stvara kretanjem jednakog broja slobodnih elektrona i rupa. Ova vrsta provođenja naziva se intrinzična provodljivost. Kako temperatura opada, broj slobodnih elektrona, koji je proporcionalan prosječnoj energiji atoma, opada i poluvodič postaje sličan dielektriku. Ponekad se poluvodiču dodaju nečistoće da bi se poboljšala provodljivost, a to su donor (povećavaju broj elektrona bez povećanja broja rupa) i akceptor (povećavaju broj rupa bez povećanja broja elektrona). Poluprovodnici kod kojih je broj elektrona veći od broja rupa nazivaju se elektronski poluprovodnici ili poluprovodnici n-tipa. Poluprovodnici kod kojih je broj rupa veći od broja elektrona nazivaju se poluvodiči rupa ili poluvodiči p-tipa.

43. Poluprovodnička dioda. Tranzistor.

Poluvodička dioda se sastoji od pn tranzicije, tj. iz dva povezana poluprovodnika drugačiji tip provodljivost. Kada se spoje, elektroni difundiraju u R-poluprovodnik. To dovodi do pojave nekompenziranog u elektronskom poluvodiču pozitivni joni donorske nečistoće, a u rupi - negativni ioni akceptorske nečistoće, koji su uhvatili difuzne elektrone. Između dva sloja se razvija električno polje. Ako se pozitivno naelektrisanje primijeni na područje s elektronskom vodljivošću, a negativno na područje s vodljivošću rupa, tada će se polje blokiranja povećati, jačina struje će naglo pasti i gotovo je neovisna o naponu. Ovaj način uključivanja naziva se blokiranje, a struja koja teče u diodi naziva se obrnuto. Ako se pozitivni naboj primijeni na područje s vodljivošću rupa, a negativno na područje s elektroničkim, tada će polje blokiranja oslabiti, struja kroz diodu u ovom slučaju ovisi samo o otporu vanjskog kruga. Ovaj način uključivanja naziva se propusnost, a struja koja teče u diodi naziva se direktna.

Tranzistor, poznat i kao poluprovodnička trioda, sastoji se od dva pn(ili n-p) tranzicije. Srednji dio kristala naziva se baza, a ekstremni su emiter i kolektor. Tranzistori u kojima baza ima provodljivost rupa nazivaju se tranzistori. p-n-p tranzicija. Za pogon tranzistora p-n-p-tip, na kolektor se primjenjuje napon negativnog polariteta u odnosu na emiter. Osnovni napon može biti pozitivan ili negativan. Jer ima više rupa, tada će glavna struja kroz spoj biti difuzijski tok rupa iz R- područja. Ako se na emiter primeni mali prednji napon, tada će kroz njega teći struja rupe, difundujući iz R-područja u n-područje (baza). Ali pošto baza je uska, onda rupe lete kroz nju, ubrzane poljem, u kolektor. (???, nesto ovde nisam razumeo...). Tranzistor je u stanju da distribuira struju, čime je pojačava. Omjer promjene struje u kolektorskom kolu i promjene struje u osnovnom kolu, ako su sve ostale jednake, je konstantna vrijednost, koja se naziva integralni koeficijent prijenosa struje baze. Stoga je promjenom struje u osnovnom kolu moguće dobiti promjene struje u kolu kolektora. (???)

44. Električna struja u plinovima. Vrste gasnih pražnjenja i njihovu primjenu. Koncept plazme.

Gas pod uticajem svetlosti ili toplote može postati provodnik struje. Fenomen prolaska struje kroz gas pod uslovima spoljašnjeg uticaja naziva se nesamoodrživo električno pražnjenje. Proces stvaranja gasnih jona pod uticajem temperature naziva se termička jonizacija. Pojava jona pod uticajem svetlosnog zračenja je fotojonizacija. Gas u kojem je značajan dio molekula joniziran naziva se plazma. Temperatura plazme dostiže nekoliko hiljada stepeni. Elektroni i joni plazme su u stanju da se kreću pod uticajem električnog polja. S povećanjem jačine polja, ovisno o tlaku i prirodi plina, u njemu se javlja pražnjenje bez utjecaja vanjskih ionizatora. Ovaj fenomen se naziva samoodrživo električno pražnjenje. Da bi elektron ionizirao atom kada ga udari, on mora imati energiju ne manju od rada ionizacije. Ovu energiju elektron može steći pod uticajem sila spoljašnjeg električnog polja u gasu na svom slobodnom putu, tj. . Jer srednji slobodni put je mali, samopražnjenje je moguće samo pri velikim jačinama polja. Pri niskom tlaku plina nastaje usijano pražnjenje, što se objašnjava povećanjem provodljivosti plina tijekom razrjeđivanja (srednji slobodni put se povećava). Ako je jakost struje u samopražnjenju vrlo visoka, onda udari elektrona mogu uzrokovati zagrijavanje katode i anode. Elektroni se emituju sa površine katode na visokoj temperaturi, što održava pražnjenje u gasu. Ova vrsta pražnjenja naziva se lučno.

45. Električna struja u vakuumu. Termionska emisija. Katodna cijev.

Nema besplatnih nosača punjenja u vakuumu, dakle bez njih spoljni uticaj nema struje u vakuumu. Može nastati ako se jedna od elektroda zagrije visoke temperature. Zagrijana katoda emituje elektrone sa svoje površine. Fenomen emisije slobodnih elektrona sa površine zagrijanih tijela naziva se termoionska emisija. Najjednostavniji uređaj koji koristi termoionsku emisiju je elektrovakum dioda. Anoda se sastoji od metalne ploče, katoda je napravljena od tanke namotane žice. Kada se zagreje oko katode stvara se elektronski oblak. Ako spojite katodu na pozitivni terminal baterije, a anodu na negativni terminal, tada će polje unutar diode pomaknuti elektrone prema katodi i neće biti struje. Ako spojite suprotno - anodu na plus, a katodu na minus - tada će električno polje pomjeriti elektrone prema anodi. Ovo objašnjava svojstvo jednostranog provođenja diode. Tok elektrona koji se kreću od katode do anode može se kontrolirati pomoću elektromagnetno polje. Da bi se to postiglo, dioda se modificira i dodaje se mreža između anode i katode. Rezultirajući uređaj naziva se trioda. Ako se negativni potencijal primijeni na mrežu, tada će polje između mreže i katode spriječiti kretanje elektrona. Ako primijenite pozitivno, tada će polje spriječiti kretanje elektrona. Elektroni koje emituje katoda mogu se ubrzati do velikih brzina pomoću električnih polja. Sposobnost elektronskih snopova da odstupaju pod uticajem elektromagnetnih polja koristi se u CRT-u.

46. ​​Magnetna interakcija struja. Magnetno polje. Sila koja djeluje na provodnik sa strujom u magnetskom polju. Indukcija magnetnog polja.

Ako struja prolazi kroz vodiče u istom smjeru, oni se privlače, a ako je jednaka, onda se odbijaju. Posljedično, postoji određena interakcija između provodnika, koja se ne može objasniti prisustvom električnog polja, jer. Općenito, provodnici su električno neutralni. Magnetno polje nastaje pokretnim električnim nabojima i djeluje samo na pokretne naboje. Magnetno polje je posebna vrsta materije i neprekidno je u prostoru. Prolazak električne struje kroz provodnik je praćen stvaranjem magnetskog polja, bez obzira na medij. Magnetska interakcija provodnika se koristi za određivanje veličine jačine struje. 1 amper - jačina struje koja prolazi kroz dva paralelna vodiča ¥ dužine i malog poprečnog presjeka, koji se nalaze na udaljenosti od 1 metar jedan od drugog, pri čemu magnetni tok uzrokuje interakcijsku silu naniže jednaku svakom metru dužine . Sila kojom magnetsko polje djeluje na provodnik sa strujom naziva se amperska sila. Da bi se okarakterisala sposobnost magnetskog polja da utiče na provodnik sa strujom, postoji veličina koja se zove magnetna indukcija. Modul magnetske indukcije jednak je omjeru maksimalne vrijednosti amperove sile koja djeluje na vodič kroz koji teče struja prema jačini struje u vodiču i njegovoj dužini. Smjer vektora indukcije određen je pravilom lijeve ruke (na ruci je provodnik, na palcu je snaga, na dlanu je indukcija). Jedinica za magnetnu indukciju je tesla. jednaka indukciji takav magnetni fluks, u kojem maksimalna amperska sila od 1 Njutna djeluje na 1 metar provodnika pri jakosti struje od 1 ampera. Prava u bilo kojoj tački u kojoj je vektor magnetske indukcije usmjeren tangencijalno naziva se linija magnetske indukcije. Ako u svim tačkama nekog prostora vektor indukcije ima istu apsolutnu vrijednost i isti smjer, tada se polje u ovom dijelu naziva homogeno. U zavisnosti od ugla nagiba provodnika sa strujom u odnosu na vektor magnetske indukcije, Amperova sila se menja proporcionalno sinusu ugla.

47. Amperov zakon. Djelovanje magnetskog polja na pokretni naboj. Lorencova sila.

Djelovanje magnetskog polja na struju u provodniku pokazuje da ono djeluje na pokretne naboje. Snaga struje I u provodniku je povezan sa koncentracijom n slobodne naelektrisane čestice, brzina v njihovo uredno kretanje i područje S presjek provodnika po izrazu , gdje je q je naboj jedne čestice. Zamjenom ovog izraza u formulu Amperove sile, dobijamo . Jer nSl jednak je broju slobodnih čestica u provodniku dužine l, zatim sila koja djeluje sa strane polja na jednu nabijenu česticu koja se kreće brzinom v pod uglom a prema vektoru magnetske indukcije B je jednako . Ova sila se zove Lorentzova sila. Smjer Lorentzove sile za pozitivan naboj određen je pravilom lijeve ruke. U jednoličnom magnetskom polju, čestica koja se kreće okomito na linije indukcije magnetskog polja dobiva centripetalno ubrzanje pod djelovanjem Lorentzove sile i kreće se u krug. Poluprečnik kruga i period okretanja određuju se izrazima . Nezavisnost perioda okretanja od radijusa i brzine koristi se u akceleratoru nabijenih čestica - ciklotronu.

48. Magnetna svojstva materije. Feromagneti.

Elektromagnetna interakcija zavisi od sredine u kojoj se naelektrisanja nalaze. Ako okačite malu zavojnicu blizu velike zavojnice, ona će odstupiti. Ako se željezno jezgro umetne u veliko, tada će se odstupanje povećati. Ova promjena pokazuje da se indukcija mijenja kako se jezgro uvodi. Tvari koje značajno povećavaju vanjsko magnetsko polje nazivaju se feromagneti. Fizička veličina koja pokazuje koliko se puta induktivnost magnetskog polja u mediju razlikuje od induktivnosti polja u vakuumu naziva se magnetska permeabilnost. Ne pojačavaju sve tvari magnetsko polje. Paramagneti stvaraju slabo polje koje se u pravcu poklapa sa spoljašnjim. Dijamagneti svojim poljem slabe vanjsko polje. Feromagnetizam se objašnjava magnetskim svojstvima elektrona. Elektron je pokretno naelektrisanje i stoga ima svoje magnetno polje. U nekim kristalima postoje uslovi za paralelnu orijentaciju magnetnih polja elektrona. Kao rezultat toga, unutar kristala feromagneta pojavljuju se magnetizirane regije, nazvane domene. Kako se vanjsko magnetsko polje povećava, domeni poređaju svoju orijentaciju. Pri određenoj vrijednosti indukcije dolazi do potpunog uređenja orijentacije domena i dolazi do magnetskog zasićenja. Kada se feromagnet ukloni iz vanjskog magnetskog polja, ne gube sve domene svoju orijentaciju, a tijelo postaje permanentni magnet. Poredak orijentacije domena može biti poremećen termičkim vibracijama atoma. Temperatura na kojoj tvar prestaje biti feromagnet naziva se Curiejeva temperatura.

49. Elektromagnetna indukcija. magnetni fluks. Zakon elektromagnetna indukcija. Lenzovo pravilo.

U zatvorenom kolu, kada se magnetsko polje promijeni, nastaje električna struja. Ova struja se naziva induktivna struja. Fenomen pojave struje u zatvorenom kolu s promjenama u magnetskom polju koje prodire u kolo naziva se elektromagnetna indukcija. Pojava struje u zatvorenom kolu ukazuje na prisutnost vanjskih sila neelektrostatičke prirode ili pojavu EMF indukcija. Dat je kvantitativni opis fenomena elektromagnetne indukcije na osnovu uspostavljanja veze između indukcijske EMF i magnetskog fluksa. magnetni fluks F kroz površinu naziva se fizička veličina jednaka proizvodu površine S po modulu vektora magnetske indukcije B i kosinusom ugla a između njega i normale na površinu . Jedinica magnetskog fluksa je weber, jednak fluksu, koji, kada se ravnomjerno smanjuje na nulu u 1 sekundi, uzrokuje emf od 1 volta. Smjer indukciona struja zavisi od toga da li se fluks koji prodire u konturu povećava ili smanjuje, a takođe i od smera polja u odnosu na konturu. Opća formulacija Lenzovog pravila: induktivna struja koja se javlja u zatvorenom krugu ima takav smjer da magnetski tok koji njome stvara kroz područje ograničeno krugom teži da kompenzira promjenu magnetskog toka koja uzrokuje ovu struju. Zakon elektromagnetne indukcije: EMF indukcije u zatvorenom kolu je direktno proporcionalan brzini promjene magnetnog fluksa kroz površinu ograničenu ovim strujnim krugom i jednak je brzini promjene ovog fluksa, uzimajući u obzir Lenzov pravilo. Prilikom promjene EMF-a u zavojnici koja se sastoji od n identični zavoji, ukupna emf in n puta više EMF u jednoj zavojnici. Za jednolično magnetsko polje, na osnovu definicije magnetskog fluksa, slijedi da je indukcija 1 tesla ako je fluks kroz krug od 1 kvadratnog metra 1 weber. Pojava električne struje u fiksnom provodniku ne objašnjava se magnetskom interakcijom, jer Magnetno polje djeluje samo na pokretne naboje. Električno polje koje nastaje kada se magnetsko polje promijeni naziva se vrtložno električno polje. Rad sila vrtložnog polja na kretanje naelektrisanja je EMF indukcije. Vrtložno polje nije povezano sa naelektrisanjem i predstavlja zatvorenu liniju. Rad sila ovog polja duž zatvorene konture može biti različit od nule. Fenomen elektromagnetne indukcije također se javlja kada izvor magnetskog fluksa miruje, a provodnik se kreće. U ovom slučaju, uzrok indukcijske EMF je jednak , je Lorentzova sila.

50. Fenomen samoindukcije. Induktivnost. Energija magnetnog polja.

Električna struja koja prolazi kroz provodnik stvara magnetsko polje oko njega. magnetni fluks F kroz konturu je proporcionalna vektoru magnetske indukcije AT, a indukcija, zauzvrat, jačina struje u vodiču. Stoga, za magnetni fluks možemo napisati . Koeficijent proporcionalnosti naziva se induktivnost i zavisi od svojstava provodnika, njegovih dimenzija i okoline u kojoj se nalazi. Jedinica za induktivnost je henry, induktivnost je 1 henry, ako je pri jakosti struje od 1 ampera magnetni tok 1 weber. Kada se jačina struje u zavojnici promijeni, mijenja se i magnetski fluks koji stvara ova struja. Promjena magnetskog fluksa uzrokuje pojavu EMF indukcije u zavojnici. Fenomen pojave EMF indukcije u zavojnici kao rezultat promjene jačine struje u ovom krugu naziva se samoindukcija. U skladu s Lenzovim pravilom, EMF samoindukcije sprječava povećanje kada je krug uključen i smanjenje kada je krug isključen. EMF samoindukcije koja nastaje u zavojnici sa induktivnošću L, prema zakonu elektromagnetne indukcije jednak je . Pretpostavimo da kada je mreža isključena iz izvora, struja se smanjuje prema linearnom zakonu. Tada EMF samoindukcije ima konstantnu vrijednost jednaku . Tokom t u linearnom smanjenju kruga, naelektrisanje će proći. U ovom slučaju, rad električne struje je jednak . Ovaj rad se vrši za svjetlo energije W m magnetno polje zavojnice.

51. Harmonične vibracije. Amplituda, period, frekvencija i faza oscilacija.

Mehaničke vibracije su pokreti tijela koji se ponavljaju potpuno ili približno isto u pravilnim intervalima. Sile koje djeluju između tijela unutar razmatranog sistema tijela nazivaju se unutrašnje sile. Sile koje na tijela sistema djeluju iz drugih tijela nazivaju se vanjske sile. Slobodne vibracije nazivaju se vibracije koje su nastale pod uticajem unutrašnje sile, na primjer - klatno na niti. Oscilacije pod djelovanjem vanjskih sila su prisilne oscilacije, na primjer, klip u motoru. Zajednička karakteristika svih vrsta oscilacija je ponovljivost procesa kretanja nakon određenog vremenskog intervala. Oscilacije koje opisuje jednačina nazivaju se harmonijskim. . Konkretno, vibracije koje se javljaju u sistemu sa jednom povratnom silom proporcionalnom deformaciji su harmonijske. Minimalni interval kroz koji se ponavlja kretanje tijela naziva se period oscilovanja. T. Fizička veličina koja je recipročna perioda oscilovanja i karakteriše broj oscilacija u jedinici vremena naziva se frekvencija. Frekvencija se mjeri u hercima, 1 Hz = 1 s -1. Koristi se i koncept ciklične frekvencije, koji određuje broj oscilacija u 2p sekunde. Modul maksimalnog pomaka iz ravnotežnog položaja naziva se amplituda. Vrijednost pod predznakom kosinusa je faza oscilacija, j 0 je početna faza oscilacija. Izvodi se također harmonično mijenjaju, i , i ukupna mehanička energija sa proizvoljnim odstupanjem X(ugao, koordinata, itd.) je , gdje ALI i AT su konstante određene sistemskim parametrima. Diferencirajući ovaj izraz i uzimajući u obzir odsustvo vanjskih sila, moguće je zapisati šta , odakle .

52. Matematičko klatno. Vibracija opterećenja na oprugu. Period oscilovanja matematičkog klatna i utega na oprugi.

Tijelo male veličine, okačeno na nerastavljivu nit, čija je masa zanemarljiva u odnosu na masu tijela, naziva se matematičko klatno. Vertikalni položaj je položaj ravnoteže, u kojem je sila gravitacije uravnotežena silom elastičnosti. Pri malim odstupanjima klatna od ravnotežnog položaja nastaje rezultantna sila usmjerena ka ravnotežnom položaju, čije oscilacije su harmonijske. Period harmonijskih oscilacija matematičkog klatna pri malom kutu zamaha je jednak . Da bismo izveli ovu formulu, pišemo drugi Newtonov zakon za klatno. Na klatno djeluje sila gravitacije i napetost strune. Njihova rezultanta pri malom kutu otklona je . shodno tome, , gdje .

Kod harmonijskih vibracija tijela okačenog na oprugu, sila elastičnosti je jednaka prema Hookeovom zakonu. Prema drugom Newtonovom zakonu.

53. Konverzija energije tokom harmonijskih vibracija. Prisilne vibracije. Rezonancija.

Kada matematičko klatno odstupi od ravnotežnog položaja, njegova potencijalna energija raste, jer rastojanje do zemlje se povećava. Kada se kreće u ravnotežni položaj, brzina klatna se povećava, a kinetička energija raste, zbog smanjenja potencijalne rezerve. U ravnotežnom položaju kinetička energija je maksimalna, a potencijalna minimalna. U položaju maksimalnog odstupanja - obrnuto. Sa oprugom - isto, ali ne potencijalna energija u gravitacionom polju Zemlje, već se uzima potencijalna energija opruge. Slobodne vibracije se uvijek ispostavljaju prigušene, tj. sa smanjenjem amplitude, jer energija se troši na interakciju sa okolnim tijelima. Gubitak energije u ovom slučaju jednak je radu vanjskih sila za isto vrijeme. Amplituda ovisi o učestalosti promjene sile. Svoju maksimalnu amplitudu dostiže na frekvenciji oscilacija vanjske sile, koja se poklapa sa prirodnom frekvencijom oscilacija sistema. Fenomen povećanja amplitude prisilnih oscilacija u opisanim uslovima naziva se rezonancija. Od rezonancije spoljna sila izvrši maksimalni pozitivan rad za period, tada se uslov rezonancije može definisati kao uslov za maksimalni prenos energije u sistem.

54. Širenje vibracija u elastičnim medijima. Poprečni i uzdužni talasi. Talasna dužina. Odnos talasne dužine prema brzini njenog širenja. Zvučni talasi. Brzina zvuka. Ultrazvuk

Pobuđivanje oscilacija na jednom mjestu medija uzrokuje prisilne oscilacije susjednih čestica. Proces širenja vibracija u prostoru naziva se talas. Talasi u kojima se vibracije javljaju okomito na smjer širenja nazivaju se poprečni valovi. Talasi u kojima se vibracije javljaju duž smjera širenja valova nazivaju se longitudinalni valovi. Longitudinalni talasi može se pojaviti u svim medijima, poprečno - u čvrste materije pod dejstvom elastičnih sila tokom deformacije ili sila površinske napetosti i gravitacije. Brzina prostiranja oscilacija v u prostoru naziva se brzina talasa. Udaljenost l između tačaka najbližih jedna drugoj, koje osciliraju u istim fazama, naziva se valna dužina. Zavisnost talasne dužine o brzini i periodu izražava se kao , ili . Kada se pojave valovi, njihova frekvencija je određena frekvencijom oscilacija izvora, a brzina je određena sredinom u kojoj se šire, pa valovi iste frekvencije mogu imati u različitim medijima različite dužine. Procesi kompresije i razrjeđivanja u zraku šire se u svim smjerovima i nazivaju se zvučni talasi. Zvučni talasi su uzdužni. Brzina zvuka, kao i brzina svakog talasa, zavisi od medijuma. U vazduhu je brzina zvuka 331 m/s, u vodi - 1500 m/s, u čeliku - 6000 m/s. Zvučni pritisak je dodatni pritisak u gasu ili tečnosti izazvan zvučnim talasom. Intenzitet zvuka se mjeri energijom koju zvučni valovi prenose u jedinici vremena kroz jediničnu površinu presjeka okomitog na smjer širenja valova, a mjeri se u vatima po kvadratnom metru. Intenzitet zvuka određuje njegovu glasnoću. Visina zvuka određena je frekvencijom vibracija. Ultrazvuk i infrazvuk se nazivaju zvučne vibracije koje se nalaze izvan granica sluha sa frekvencijama od 20 kiloherca, odnosno 20 herca.

55. Slobodne elektromagnetne oscilacije u kolu. Konverzija energije u oscilatornom kolu. Prirodna frekvencija oscilacija u kolu.

Električno oscilatorno kolo je sistem koji se sastoji od kondenzatora i zavojnice spojenih u zatvoreno kolo. Kada se zavojnica spoji na kondenzator, u zavojnici se stvara struja i energija električnog polja se pretvara u energiju magnetskog polja. Kondenzator se ne prazni odmah, jer. ovo je spriječeno EMF-om samoindukcije u zavojnici. Kada se kondenzator potpuno isprazni, EMF samoindukcije će spriječiti smanjenje struje, a energija magnetskog polja će se pretvoriti u električnu energiju. Struja koja nastaje u ovom slučaju napunit će kondenzator, a predznak naboja na pločama bit će suprotan originalu. Nakon toga, postupak se ponavlja sve dok se sva energija ne potroši na zagrijavanje elemenata kola. Tako se energija magnetskog polja u oscilatornom krugu pretvara u električnu energiju i obrnuto. Za puna energija sistema, moguće je napisati relacije: , odakle za proizvoljan trenutak vremena . Kao što je poznato, za kompletan lanac . Pod pretpostavkom da je to u idealnom slučaju R"0, konačno dobijamo , ili . Rješenje za ovo diferencijalna jednadžba je funkcija , gdje . Vrijednost w naziva se vlastita kružna (ciklička) frekvencija oscilacija u kolu.

56. Prisilne električne oscilacije. Naizmjenična električna struja. Generator naizmjenična struja. AC napajanje.

AC in električna kola je rezultat pobude u njima prisilnih elektromagnetnih oscilacija. Neka ravna zavojnica ima površinu S i vektor indukcije Bčini ugao j sa okomom na ravan zavojnice. magnetni fluks F kroz površinu zavojnice u ovom slučaju određuje se izraz . Kada se zavojnica rotira frekvencijom n, ugao j se mijenja prema zakonu ., tada će izraz za protok dobiti oblik. Promjene magnetskog fluksa stvaraju indukcijsku emf jednaku minus stopi promjene fluksa. Stoga će se promjena EMF indukcije odvijati prema harmonijskom zakonu. Napon uzet sa izlaza generatora proporcionalan je broju zavoja namotaja. Kada se napon mijenja prema harmonijskom zakonu jačina polja u provodniku varira prema istom zakonu. Pod dejstvom polja nastaje nešto čija se frekvencija i faza poklapaju sa frekvencijom i fazom naponskih oscilacija. Fluktuacije struje u kolu su prisilne, nastaju pod utjecajem primijenjenog naizmjeničnog napona. Ako se faze struje i napona poklapaju, snaga naizmjenične struje je jednaka ili . Srednja vrijednost kvadrata kosinusa za period je 0,5, dakle . Efektivna vrijednost jačine struje je jačina jednosmjerne struje, koja oslobađa istu količinu topline u vodiču kao i naizmjenična struja. U amplitudi Imax harmonijskih oscilacija struje, efektivni napon je jednak. Trenutna vrijednost napona je također nekoliko puta manja od vrijednosti njegove amplitude.Prosječna strujna snaga pri poklapanju faza oscilovanja određena je kroz efektivni napon i jačinu struje.

5 7. Aktivni, induktivni i kapacitivni otpor.

aktivni otpor R naziva se fizička veličina jednaka omjeru snage i kvadrata struje, koja se dobija iz izraza za snagu. Na niskim frekvencijama praktički ne ovisi o frekvenciji i podudara se s električnim otporom vodiča.

Neka je zavojnica spojena na kolo naizmjenične struje. Zatim, kada se jačina struje promijeni u skladu sa zakonom, u zavojnici se pojavljuje emf samoindukcije. Jer električni otpor zavojnice je nula, tada je EMF jednak minus napon na krajevima zavojnice, stvoren od strane vanjskog generatora (??? Koji drugi generator???). Stoga promjena struje uzrokuje promjenu napona, ali s faznim pomakom . Umnožak je amplituda fluktuacija napona, tj. . Odnos amplitude kolebanja napona na zavojnici i amplitude strujnih fluktuacija naziva se induktivna reaktancija .

Neka postoji kondenzator u kolu. Kada se uključi, puni se četvrtinu perioda, zatim isprazni isto toliko, pa isto, ali sa promjenom polariteta. Kada se napon na kondenzatoru promijeni prema harmonijskom zakonu naboj na njegovim pločama je jednak . Struja u kolu nastaje kada se naboj promijeni: , slično kao kod zavojnice, amplituda strujnih oscilacija jednaka je . Vrijednost jednaka omjeru amplitude i jačine struje naziva se kapacitivnost .

58. Ohmov zakon za naizmjeničnu struju.

Razmotrimo kolo koje se sastoji od otpornika, zavojnice i kondenzatora spojenih u seriju. U svakom trenutku, primijenjeni napon je jednak zbiru napona na svakom elementu. Trenutne fluktuacije u svim elementima se dešavaju u skladu sa zakonom. Fluktuacije napona na otporniku su u fazi sa strujnim fluktuacijama, fluktuacije napona na kondenzatoru zaostaju za trenutnim fluktuacijama u fazi, fluktuacije napona na zavojnici dovode do fluktuacija struje u fazi za (zašto su iza?). Dakle, uslov jednakosti zbira napona ukupnom može se zapisati kao. Koristeći vektorski dijagram, možete vidjeti da je amplituda napona u kolu , ili , tj. . Impedancija kola je označena . Iz dijagrama je očito da i napon fluktuira po harmonijskom zakonu . Početna faza j se može naći po formuli . Trenutna snaga u AC kolu je jednaka. Budući da je prosječna vrijednost kvadrata kosinusa tokom perioda 0,5, . Ako u krugu postoji zavojnica i kondenzator, onda prema Ohmovom zakonu za izmjeničnu struju. Vrijednost se naziva faktor snage.

59. Rezonancija u električnom kolu.

Kapacitivni i induktivni otpori zavise od frekvencije primijenjenog napona. Stoga, pri konstantnoj amplitudi napona, amplituda jačine struje ovisi o frekvenciji. Pri takvoj vrijednosti frekvencije, pri kojoj, zbir napona na zavojnici i kondenzatoru postaje jednak nuli, jer njihove oscilacije su suprotne u fazi. Kao rezultat toga, napon na aktivnom otporu u rezonanciji ispada jednak punom naponu, a jačina struje dostiže svoju maksimalnu vrijednost. Induktivni i kapacitivni otpori izražavamo na rezonanciji: , Shodno tome . Ovaj izraz pokazuje da pri rezonanciji amplituda fluktuacija napona na zavojnici i kondenzatoru može premašiti amplitudu primijenjenih fluktuacija napona.

60. Transformator.

Transformator se sastoji od dva namotaja s različitim brojem zavoja. Kada se napon dovede na jedan od zavojnica, u njemu se stvara struja. Ako se napon mijenja prema harmonijskom zakonu, tada će se i struja mijenjati po istom zakonu. Magnetski fluks koji prolazi kroz zavojnicu je . Kada se magnetski fluks promijeni u svakom zavoju prve zavojnice, nastaje emf samoindukcije. Umnožak je amplituda EMF-a u jednom zavoju, ukupna EMF u primarnoj zavojnici. Dakle, sekundarni kalem je probijen istim magnetnim fluksom. Jer magnetni fluksovi su, dakle, isti. Aktivni otpor Namotaj je mali u odnosu na induktivnu reaktanciju, tako da je napon približno jednak EMF. Odavde. Koeficijent To naziva se koeficijent transformacije. Zbog toga su gubici grijanja žica i jezgara mali F1" F 2. Magnetni tok je proporcionalan struji u namotu i broju zavoja. Dakle, tj. . One. transformator povećava napon u To puta, smanjujući struju za isti iznos. Snaga struje u oba kola, zanemarujući gubitke, je ista.

61. Elektromagnetski talasi. Brzina njihovog širenja. Osobine elektromagnetnih talasa.

Svaka promjena magnetskog toka u krugu uzrokuje pojavu indukcijske struje u njemu. Njegov izgled se objašnjava pojavom vrtložnog električnog polja sa bilo kojom promjenom magnetnog polja. Vrtložno električno ognjište ima isto svojstvo kao i obično - da stvara magnetsko polje. Tako se, jednom započet, proces međusobnog stvaranja magnetnog i električnog polja nastavlja neprekidno. Električni i magnetna polja, koji čine elektromagnetne talase, mogu postojati i u vakuumu, za razliku od drugih talasnih procesa. Iz eksperimenata sa smetnjama utvrđena je brzina širenja elektromagnetnih talasa koja je iznosila približno . U opštem slučaju, brzina elektromagnetnog talasa u proizvoljnom mediju izračunava se po formuli . Gustoća energije električne i magnetske komponente jednaka je jedna drugoj: , gdje . Svojstva elektromagnetnih talasa su slična osobinama drugih talasnih procesa. Prilikom prolaska kroz sučelje između dva medija, oni se djelomično reflektiraju, djelomično prelamaju. Ne reflektiraju se od površine dielektrika, ali se gotovo u potpunosti reflektiraju od metala. Elektromagnetski talasi imaju svojstva interferencije (Hertz eksperiment), difrakcije (aluminijska ploča), polarizacije (mreža).

62. Principi radio komunikacija. Najjednostavniji radio prijemnik.

Za realizaciju radio komunikacije potrebno je obezbediti mogućnost zračenja elektromagnetnih talasa. Što je veći ugao između ploča kondenzatora, slobodnije se EM talasi šire u prostoru. U stvarnosti, otvoreni krug se sastoji od zavojnice i dugačke žice - antene. Jedan kraj antene je uzemljen, drugi je podignut iznad površine Zemlje. Jer Budući da je energija elektromagnetnih talasa proporcionalna četvrtom stepenu frekvencije, tada se tokom oscilovanja naizmenične struje zvučnih frekvencija EM talasi praktično ne javljaju. Stoga se koristi princip modulacije - frekvencija, amplituda ili faza. Najjednostavniji generator moduliranih oscilacija prikazan je na slici. Neka se frekvencija oscilovanja kola menja u skladu sa zakonom. Neka se i frekvencija moduliranih zvučnih vibracija mijenja kao , i W<(šta je to tačno???)(G je recipročna vrijednost otpora). Zamjenom u ovom izrazu vrijednosti naprezanja, gdje , dobijamo . Jer u rezonanciji se odsjecaju frekvencije daleko od rezonantne frekvencije, a zatim iz izraza za i drugi, treći i peti termin nestaju; .

Zamislite jednostavan radio prijemnik. Sastoji se od antene, oscilatornog kola sa varijabilnim kondenzatorom, detektorske diode, otpornika i telefona. Frekvencija oscilatornog kruga je odabrana na način da se poklapa sa frekvencijom nosioca, dok amplituda oscilacija na kondenzatoru postaje maksimalna. Ovo vam omogućava da odaberete željenu frekvenciju od svih primljenih. Iz kola modulirane visokofrekventne oscilacije stižu do detektora. Nakon prolaska detektora, struja puni kondenzator svakih pola ciklusa, a u sljedećem poluciklusu, kada struja ne prođe kroz diodu, kondenzator se prazni kroz otpornik. (Jesam li dobro shvatio???).

64. Analogija između mehaničkih i električnih vibracija.

Analogije između mehaničkih i električnih vibracija izgledaju ovako:

Zakoni oscilatornog kretanja isti su za sve vrste vibracija. Na primjer, za opružno klatno, zakon održanja energije je zapisan kao . Razlikujući se u odnosu na vrijeme, dobijamo . Ali, ah, dakle. Sa matematičke tačke gledišta, ova jednačina je identična jednačini oscilovanja za oscilatorno kolo. Stoga je njegovo rješenje , gdje .

65. Skala elektromagnetnog zračenja. Ovisnost svojstava elektromagnetnog zračenja o frekvenciji. Upotreba elektromagnetnog zračenja.

Opseg elektromagnetnih talasa dužine od 10 -6 m do m je radio talas. Koriste se za televizijske i radio komunikacije. Dužine od 10 -6 m do 780 nm su infracrveni talasi. Vidljiva svjetlost - od 780 nm do 400 nm. Ultraljubičasto zračenje - od 400 do 10 nm. Zračenje u rasponu od 10 nm do 22 sata je rendgensko zračenje. Manje talasne dužine odgovaraju gama zračenju. (Prijava???). Što je talasna dužina kraća (dakle što je frekvencija viša), medij apsorbuje manje talasa.

65. Pravolinijsko širenje svjetlosti. Brzina svetlosti. Zakoni refleksije i prelamanja svjetlosti.

Prava linija koja pokazuje smjer širenja svjetlosti naziva se svjetlosni snop. Na granici dva medija, svjetlost se može djelomično reflektirati i širiti u prvom mediju u novom smjeru, a također djelomično prolaziti kroz granicu i širiti se u drugom mediju. Incident, reflektovan i okomit na granicu dva medija, rekonstruisan u tački upada, leži u istoj ravni. Ugao refleksije jednak je upadnom uglu. Ovaj zakon se poklapa sa zakonom refleksije talasa bilo koje prirode i dokazan je Hajgensovim principom. Kada svjetlost prođe kroz međuprostor između dva medija, omjer sinusa upadnog ugla i sinusa ugla prelamanja je konstantna vrijednost za ova dva medija.<рисунок>. Vrijednost n naziva se indeksom prelamanja. Indeks prelamanja medija u odnosu na vakuum naziva se apsolutni indeks prelamanja tog medija. Kada se posmatra efekat prelamanja, može se uočiti da je u slučaju prelaska medija iz optički gušće sredine u manje gusto, uz postepeno povećanje upadnog ugla, moguće postići takvu vrednost da ugao prelamanja postaje jednak . U ovom slučaju, jednakost je ispunjena. Upadni ugao a 0 naziva se granični ugao ukupne refleksije. Pri uglovima većim od 0 dolazi do totalne refleksije.

66. Objektiv, snimanje. formula sočiva.

Sočivo je prozirno tijelo ograničeno s dvije sferne površine. Sočivo koje je na rubovima deblje nego u sredini naziva se konkavno, a deblje u sredini naziva se konveksno. Prava linija koja prolazi kroz centre obje sferne površine sočiva naziva se glavna optička os sočiva. Ako je debljina sočiva mala, onda možemo reći da glavna optička os seče sa sočivom u jednoj tački, koja se zove optički centar sočiva. Prava linija koja prolazi kroz optički centar naziva se sekundarna optička os. Ako je snop svjetlosti paralelan glavnoj optičkoj osi usmjeren na sočivo, tada će se snop prikupiti u tački blizu konveksnog sočiva F naziva glavni fokus. Ako je isti snop usmjeren na konkavno sočivo, tada se snop raspršuje tako da se čini da zraci izlaze iz tačke F nazvan imaginarni fokus. Ako je snop svjetlosti usmjeren paralelno sa sekundarnom optičkom osom, tada će se prikupiti u sekundarnom fokusu, koji leži u fokalnoj ravni koja prolazi kroz glavni fokus okomito na glavnu optičku os. Očigledno je iz sličnosti trokuta da i . Nađimo omjer , odakle . Ali takođe, tj. , što nakon smanjenja sličnog daje . Dijeljenjem ove jednakosti sa , dobivamo formulu sočiva. U formuli sočiva, udaljenost od sočiva do virtualne slike smatra se negativnom. Optička snaga bikonveksnog (i zapravo bilo kojeg) sočiva određuje se iz radijusa njegove zakrivljenosti i indeksa loma stakla i zraka .

66. Koherencija. Interferencija svjetlosti i njena primjena u tehnologiji. Difrakcija svjetlosti. Difrakciona rešetka.

U fenomenima difrakcije i interferencije uočavaju se valna svojstva svjetlosti. Dvije svjetlosne frekvencije čija je razlika faza jednaka nuli nazivaju se koherentne jedna drugoj. Tokom interferencije - dodavanja koherentnih talasa - nastaje vremenski stabilan interferencijski obrazac maksimuma i minimuma osvjetljenja. Sa razlikom putanje, javlja se maksimum interferencije, pri - minimum. Fenomen skretanja svjetlosti od pravolinijskog širenja pri prolasku kroz rub prepreke naziva se difrakcija svjetlosti. Ovaj fenomen se objašnjava Huygens-Fresnelovim principom: poremećaj u bilo kojoj tački rezultat je interferencije sekundarnih valova koje emituje svaki element valne površine. Difrakcija se koristi u spektralnim instrumentima. Element ovih uređaja je difrakciona rešetka, koja je prozirna ploča sa sistemom neprozirnih paralelnih pruga nanesenih na njoj, smještenih na udaljenosti d jedno od drugog. Neka monohromatski talas pada na rešetku. Kao rezultat difrakcije od svakog proreza, svjetlost se širi ne samo u izvornom smjeru, već iu svim ostalim. Ako se iza rešetke postavi sočivo, tada će se u fokalnoj ravni paralelne zrake iz svih proreza skupiti u jednu traku. Paralelne zrake idu sa razlikom putanje. Kada je razlika puta jednaka cijelom broju valova, uočava se interferentni maksimum svjetlosti. Za svaku talasnu dužinu, uslov maksimuma je zadovoljen za sopstvenu vrednost ugla j, tako da rešetka razlaže belu svetlost u spektar. Što je duža talasna dužina, veći je ugao.

67. Disperzija svjetlosti. Spektar elektromagnetnog zračenja. Spektroskopija. Spektralna analiza. Izvori zračenja i vrste spektra.

Uski paralelni snop bijele svjetlosti, kada prolazi kroz prizmu, razlaže se na snopove svjetlosti različitih boja. Traka boja koja je vidljiva u ovom slučaju naziva se kontinuirani spektar. Fenomen zavisnosti brzine svetlosti od talasne dužine (frekvencije) naziva se disperzija svetlosti. Ovaj efekat se objašnjava činjenicom da se bela svetlost sastoji od EM talasa različitih talasnih dužina, od kojih zavisi indeks prelamanja. Najveću vrijednost ima za najkraći talas - ljubičasti, najmanju - za crveni. U vakuumu je brzina svjetlosti ista bez obzira na njegovu frekvenciju. Ako je izvor spektra razrijeđeni plin, tada spektar ima oblik uskih linija na crnoj pozadini. Komprimovani gasovi, tečnosti i čvrste materije emituju kontinuirani spektar, gde se boje neprimetno stapaju jedna u drugu. Priroda izgleda spektra objašnjava se činjenicom da svaki element ima svoj specifični skup emitovanog spektra. Ovo svojstvo omogućava upotrebu spektralne analize za identifikaciju hemijskog sastava supstance. Spektroskop je uređaj koji se koristi za proučavanje spektralnog sastava svjetlosti koju emituje određeni izvor. Razgradnja se provodi pomoću difrakcijske rešetke (bolje) ili prizme; kvarcna optika se koristi za proučavanje ultraljubičastog područja.

68. Fotoelektrični efekat i njegovi zakoni. kvanti svetlosti. Einsteinova jednadžba za fotoelektrični efekat. Primjena fotoelektričnog efekta u tehnici.

Fenomen izvlačenja elektrona iz čvrstih i tečnih tijela pod utjecajem svjetlosti naziva se vanjski fotoelektrični efekat, a tako izvučeni elektroni nazivaju se fotoelektroni. Eksperimentalno su utvrđeni zakoni fotoelektričnog efekta - maksimalna brzina fotoelektrona određena je frekvencijom svjetlosti i ne ovisi o njenom intenzitetu, za svaku supstancu postoji svoj crveni obrub fotoelektričnog efekta, tj. takva frekvencija n min na kojoj je fotoelektrični efekat još uvijek moguć, broj fotoelektrona koji se istrgaju u sekundi je direktno proporcionalan intenzitetu svjetlosti. Utvrđena je i inercija fotoelektričnog efekta - javlja se odmah nakon početka osvjetljenja, pod uslovom da se prekorači crvena granica. Objašnjenje fotoelektričnog efekta moguće je uz pomoć kvantne teorije, koja potvrđuje diskretnost energije. Elektromagnetski talas, prema ovoj teoriji, sastoji se od odvojenih delova - kvanta (fotona). Kada apsorbuje kvant energije, fotoelektron dobija kinetičku energiju, koja se može naći iz Einsteinove jednadžbe za fotoelektrični efekat , gdje je A 0 radna funkcija, parametar supstance. Broj fotoelektrona koji napuštaju metalnu površinu proporcionalan je broju elektrona, koji zauzvrat zavisi od osvjetljenja (intenziteta svjetlosti).

69. Rutherfordovi eksperimenti o raspršenju alfa čestica. Nuklearni model atoma. Borovi kvantni postulati.

Prvi model strukture atoma pripada Thomsonu. On je sugerirao da je atom pozitivno nabijena lopta, unutar koje se nalaze mrlje negativno nabijenih elektrona. Rutherford je proveo eksperiment nanošenja brzih alfa čestica na metalnu ploču. Istovremeno, uočeno je da su neke od njih neznatno odstupile od pravolinijskog prostiranja, a neke su odstupile za uglove veće od 2 0 . To se objašnjava činjenicom da se pozitivni naboj u atomu ne nalazi jednoliko, već u određenom volumenu, mnogo manjem od veličine atoma. Ovaj središnji dio nazvan je jezgrom atoma, gdje su koncentrirani pozitivni naboj i gotovo sva masa. Radijus atomskog jezgra ima dimenzije reda 10 -15 m. Rutherford je predložio i tzv. planetarni model atoma, prema kojem se elektroni okreću oko atoma kao planete oko Sunca. Radijus najudaljenije orbite = polumjer atoma. Ali ovaj model je bio u suprotnosti s elektrodinamikom, jer ubrzano kretanje (uključujući elektrone u krugu) je praćeno emisijom EM talasa. Posljedično, elektron postepeno gubi svoju energiju i mora pasti na jezgro. U stvarnosti, ne dolazi do emisije niti pada elektrona. N. Bohr je za to dao objašnjenje, izlažući dva postulata – atomski sistem može biti samo u određenim stanjima u kojima nema emisije svjetlosti, iako je kretanje ubrzano, a pri prelasku iz jednog stanja u drugo dolazi do apsorpcije. ili emisija kvanta se dešava po zakonu gde je Plankova konstanta. Iz relacije se određuju različita moguća stacionarna stanja , gdje n je cijeli broj. Za kretanje elektrona u krugu u atomu vodonika vrijedi sljedeći izraz: Kulonova sila interakcije s jezgrom. Odavde. One. s obzirom na Borov postulat kvantizacije energije, kretanje je moguće samo duž stacionarnih kružnih orbita, čiji su polumjeri definirani kao . Sva stanja, osim jednog, su uslovno stacionarna, a samo u jednom - osnovnom stanju, u kojem elektron ima minimalnu rezervu energije - atom može ostati proizvoljno dugo, a preostala stanja se nazivaju pobuđena.

70. Emisija i apsorpcija svjetlosti od strane atoma. Laser.

Atomi mogu spontano emitovati kvante svjetlosti, dok ona prolazi nekoherentno (jer svaki atom emituje nezavisno od drugih) i naziva se spontanim. Prijelaz elektrona s gornjeg nivoa na niži može se dogoditi pod utjecajem vanjskog elektromagnetnog polja frekvencije jednakom prijelaznoj frekvenciji. Takvo zračenje se naziva stimulirano (indukovano). One. kao rezultat interakcije pobuđenog atoma sa fotonom odgovarajuće frekvencije, postoji velika vjerovatnoća pojave dva identična fotona istog smjera i frekvencije. Karakteristika stimulisane emisije je da je monohromatska i koherentna. Ovo svojstvo je osnova za rad lasera (optičkih kvantnih generatora). Da bi supstanca pojačala svetlost koja prolazi kroz nju, potrebno je da više od polovine njenih elektrona bude u pobuđenom stanju. Takvo stanje se naziva stanje sa populacijom inverznog nivoa. U ovom slučaju, apsorpcija fotona će se dešavati rjeđe od emisije. Za rad lasera na rubin štapu, tzv. lampa pumpe, čije je značenje stvaranje inverzne populacije. U ovom slučaju, ako jedan atom prijeđe iz metastabilnog stanja u osnovno stanje, tada će se dogoditi lančana reakcija emisije fotona. Sa odgovarajućim (paraboličnim) oblikom reflektirajućeg ogledala moguće je kreirati snop u jednom smjeru. Potpuno osvjetljenje svih pobuđenih atoma događa se za 10 -10 s, tako da snaga lasera doseže milijarde vati. Postoje i laseri na gasnim lampama, čija je prednost kontinuitet zračenja.

70. Sastav jezgra atoma. Izotopi. Energija vezivanja atomskih jezgara. Nuklearne reakcije.

Električni naboj atomskog jezgra q jednak je proizvodu elementarnog električnog naboja e na serijski broj Z hemijski element u periodnom sistemu. Atomi koji imaju istu strukturu imaju istu elektronsku ljusku i hemijski se ne razlikuju. Nuklearna fizika koristi vlastite mjerne jedinice. 1 fermi - 1 femtometar, . 1 jedinica atomske mase je 1/12 mase atoma ugljika. . Atomi s istim nuklearnim nabojem, ali različite mase nazivaju se izotopi. Izotopi se razlikuju po spektru. Jezgro atoma se sastoji od protona i neutrona. Broj protona u jezgru jednak je broju naelektrisanja Z, broj neutrona je masa minus broj protona A–Z=N. Pozitivni naboj protona je numerički jednak naboju elektrona, masa protona je 1,007 amu. Neutron nema naboj i ima masu od 1.009 amu. (neutron je teži od protona za više od dvije mase elektrona). Neutroni su stabilni samo u sastavu atomskih jezgara; u slobodnom obliku žive oko 15 minuta i raspadaju se na proton, elektron i antineutrino. Sila gravitacionog privlačenja između nukleona u jezgru premašuje elektrostatičku silu odbijanja za 10 36 puta. Stabilnost jezgara objašnjava se prisustvom specijalnih nuklearnih sila. Na udaljenosti od 1 fm od protona, nuklearne sile su 35 puta veće od kulonovskih, ali se vrlo brzo smanjuju, a na udaljenosti od oko 1,5 fm mogu se zanemariti. Nuklearne sile ne zavise od toga da li čestica ima naelektrisanje. Precizna mjerenja masa atomskih jezgara pokazala su postojanje razlike između mase jezgra i algebarskog zbira masa njegovih nukleona. Potrebna je energija da se atomsko jezgro podijeli na njegove sastavne dijelove. Količina se naziva defekt mase. Minimalna energija koja se mora utrošiti na podjelu jezgra na nukleone koji su mu sastavni naziva se energija vezivanja jezgre, koja se troši na rad protiv nuklearnih sila privlačenja. Odnos energije vezivanja i masenog broja naziva se specifična energija vezivanja. Nuklearna reakcija je transformacija izvornog atomskog jezgra, kada je u interakciji s bilo kojom česticom, u drugu, različitu od originalne. Kao rezultat nuklearne reakcije mogu se emitovati čestice ili gama zraci. Postoje dvije vrste nuklearnih reakcija - za provedbu jednih potrebno je potrošiti energiju, za druge se energija oslobađa. Oslobođena energija naziva se izlaz nuklearne reakcije. U nuklearnim reakcijama svi zakoni očuvanja su ispunjeni. Zakon održanja ugaonog momenta ima oblik zakona održanja spina.

71. Radioaktivnost. Vrste radioaktivnog zračenja i njihova svojstva.

Jezgra imaju sposobnost spontanog raspada. U ovom slučaju stabilne su samo one jezgre koje imaju minimalnu energiju u odnosu na one u koje se jezgro može spontano pretvoriti. Jezgra, u kojima ima više protona nego neutrona, nestabilna su, jer Kulonova odbojna sila se povećava. Jezgra sa više neutrona su takođe nestabilna, jer masa neutrona je veća od mase protona, a povećanje mase dovodi do povećanja energije. Jezgra se mogu osloboditi od viška energije ili fisijom na stabilnije dijelove (alfa raspad i fisija), ili promjenom naboja (beta raspad). Alfa raspad je spontana fisija atomskog jezgra na alfa česticu i jezgro produkta. Svi elementi teži od uranijuma prolaze kroz alfa raspad. Sposobnost alfa čestice da savlada privlačenje jezgra određena je tunelskim efektom (Schrödingerova jednačina). Tokom alfa raspada, ne pretvara se sva energija jezgra u kinetičku energiju kretanja jezgra proizvoda i alfa čestice. Dio energije može otići na pobudu atoma jezgre proizvoda. Tako, neko vrijeme nakon raspadanja, jezgro proizvoda emituje nekoliko gama kvanta i vraća se u svoje normalno stanje. Postoji i druga vrsta raspada - spontana nuklearna fisija. Najlakši element sposoban za takav raspad je uranijum. Propadanje se dešava po zakonu, gde T je vrijeme poluraspada, konstanta za dati izotop. Beta raspad je spontana transformacija atomskog jezgra, zbog čega se njegov naboj povećava za jedan zbog emisije elektrona. Ali masa neutrona premašuje zbir masa protona i elektrona. To je zbog oslobađanja druge čestice - elektronskog antineutrina . Ne može se raspasti samo neutron. Slobodni proton je stabilan, ali kada je izložen česticama, može se raspasti na neutron, pozitron i neutrino. Ako je energija novog jezgra manja, dolazi do beta raspada pozitrona. . Kao i alfa raspad, beta raspad može biti praćen gama zračenjem.

72. Metode registracije jonizujućeg zračenja.

Metoda fotoemulzije je pričvršćivanje uzorka na fotografsku ploču, a nakon razvijanja moguće je odrediti količinu i raspodjelu određene radioaktivne tvari u uzorku prema debljini i dužini traga čestica na njemu. Scintilacijski brojač je uređaj u kojem se može promatrati transformacija kinetičke energije brze čestice u energiju svjetlosnog bljeska, koji zauzvrat pokreće fotoelektrični efekat (puls električne struje) koji se pojačava i snima. . Komora za oblake je staklena komora ispunjena zrakom i prezasićenim alkoholnim parama. Kada se čestica kreće kroz komoru, ionizira molekule oko kojih odmah počinje kondenzacija. Lanac kapljica nastao kao rezultat formira trag čestica. Komora s mjehurićima radi na istim principima, ali je registrator tekućina blizu tačke ključanja. Brojač gasnog pražnjenja (Geigerov brojač) - cilindar napunjen razrijeđenim plinom i rastegnutom niti od vodiča. Čestica uzrokuje ionizaciju plina, ioni pod djelovanjem električnog polja divergiraju do katode i anode, jonizirajući druge atome na putu. Dolazi do koronskog pražnjenja čiji se impuls snima.

73. Lančana reakcija fisije jezgara uranijuma.

1930-ih godina eksperimentalno je utvrđeno da kada se uranijum ozrači neutronima, nastaju jezgra lantana, koja se ne mogu formirati kao rezultat alfa ili beta raspada. Jezgro uranijuma-238 sastoji se od 82 protona i 146 neutrona. Prilikom fisije tačno na pola trebalo je da nastane prazeodim, ali u stabilnom jezgru prazeodima ima 9 neutrona manje. Zbog toga se tokom fisije uranijuma formiraju druga jezgra i višak slobodnih neutrona. 1939. godine izvršena je prva vještačka fisija jezgra uranijuma. U ovom slučaju je oslobođeno 2-3 slobodna neutrona i 200 MeV energije, a oko 165 MeV je oslobođeno u obliku kinetičke energije jezgri fragmenata ili ili . Pod povoljnim uslovima, oslobođeni neutroni mogu izazvati fisiju drugih jezgara uranijuma. Faktor multiplikacije neutrona karakterizira kako će se reakcija odvijati. Ako je više od jednog. tada se sa svakom fisijom povećava broj neutrona, uranijum se zagreva na temperaturu od nekoliko miliona stepeni i dolazi do nuklearne eksplozije. Kada je koeficijent podjele manji od jedan, reakcija se raspada, a kada je jednak jedan, održava se na konstantnom nivou, što se koristi u nuklearnim reaktorima. Od prirodnih izotopa uranijuma, samo jezgro je sposobno za fisiju, a najčešći izotop apsorbira neutron i prema shemi se pretvara u plutonij. Plutonijum-239 je po svojstvima sličan uranijumu-235.

74. Nuklearni reaktor. termonuklearna reakcija.

Postoje dvije vrste nuklearnih reaktora - spori i brzi neutroni. Većina neutrona oslobođenih tokom fisije ima energiju reda 1-2 MeV i brzinu od oko 10 7 m/s. Takvi neutroni se nazivaju brzi, i podjednako ih efikasno apsorbuju i uranijum-235 i uranijum-238, i od tada. ima više teškog izotopa, ali se ne dijeli, tada se ne razvija lančana reakcija. Neutroni koji se kreću brzinom od oko 2×10 3 m/s nazivaju se toplotni neutroni. Takve neutrone uranijum-235 apsorbuje aktivnije od brzih neutrona. Dakle, da bi se izvela kontrolirana nuklearna reakcija, potrebno je usporiti neutrone do toplinskih brzina. Najčešći moderatori u reaktorima su grafit, obična i teška voda. Apsorberi i reflektori se koriste za održavanje faktora podjele na jedinici. Apsorberi su štapići od kadmijuma i bora, koji hvataju toplotne neutrone, reflektor - berilij.

Ako se kao gorivo koristi uranijum obogaćen izotopom mase 235, tada reaktor može raditi bez moderatora na brzim neutronima. U takvom reaktoru većinu neutrona apsorbuje uranijum-238, koji kroz dva beta raspada postaje plutonijum-239, koji je takođe nuklearno gorivo i izvorni materijal za nuklearno oružje. Dakle, reaktor na brzim neutronima nije samo elektrana, već i proizvođač goriva za reaktor. Nedostatak je potreba za obogaćivanjem uranijuma lakim izotopom.

Energija u nuklearnim reakcijama oslobađa se ne samo zbog fisije teških jezgara, već i zbog kombinacije lakih. Za spajanje jezgara potrebno je savladati Kulonovu odbojnu silu, što je moguće pri temperaturi plazme od oko 10 7 -10 8 K. Primjer termonuklearne reakcije je sinteza helijuma iz deuterijuma i tritijuma odn. . Sinteza 1 grama helijuma oslobađa energiju koja je ekvivalentna sagorevanju 10 tona dizel goriva. Kontrolirana termonuklearna reakcija je moguća zagrijavanjem do odgovarajuće temperature propuštanjem električne struje kroz nju ili korištenjem lasera.

75. Biološki efekat jonizujućeg zračenja. Zaštita od zračenja. Upotreba radioaktivnih izotopa.

Mjera utjecaja bilo koje vrste zračenja na supstancu je apsorbirana doza zračenja. Jedinica doze je siva, koja je jednaka dozi kojom se 1 džul energije prenosi na ozračenu tvar mase 1 kg. Jer fizički učinak bilo kojeg zračenja na tvar nije povezan toliko s zagrijavanjem koliko s ionizacijom, tada je uvedena jedinica doze izloženosti, koja karakterizira jonizacijski učinak zračenja na zrak. Vansistemska jedinica doze ekspozicije je rendgen, jednak 2,58×10 -4 C/kg. Pri dozi izlaganja od 1 rendgena, 1 cm 3 zraka sadrži 2 milijarde parova jona. Uz istu apsorbovanu dozu, učinak različitih vrsta zračenja nije isti. Što je čestica teža, to je njen efekat jači (međutim, teža je i lakše se zadržava). Razliku u biološkom efektu zračenja karakteriše koeficijent biološke efikasnosti jednak jedinici za gama zrake, 3 za termičke neutrone, 10 za neutrone sa energijom od 0,5 MeV. Doza pomnožena sa koeficijentom karakterizira biološki učinak doze i naziva se ekvivalentna doza, mjerena u sivertima. Glavni mehanizam djelovanja na organizam je jonizacija. Joni ulaze u hemijsku reakciju sa ćelijom i remete njenu aktivnost, što dovodi do smrti ćelije ili mutacije. Prirodna pozadinska izloženost je u prosjeku 2 mSv godišnje, za gradove dodatno +1 mSv godišnje.

76. Apsolutnost brzine svjetlosti. Elementi servisne stanice. Relativistička dinamika.

Empirijski je ustanovljeno da brzina svjetlosti ne ovisi o tome u kojem se referentnom okviru nalazi promatrač. Također je nemoguće ubrzati bilo koju elementarnu česticu, kao što je elektron, do brzine jednake brzini svjetlosti. Kontradikciju između ove činjenice i Galileovog principa relativnosti razriješio je A. Einstein. Osnovu njegove [specijalne] teorije relativnosti činila su dva postulata: svaki fizički proces odvija se na isti način u različitim inercijskim okvirima, brzina svjetlosti u vakuumu ne ovisi o brzini izvora svjetlosti i posmatrač. Pojave koje opisuje teorija relativnosti nazivaju se relativističkim. U teoriji relativnosti uvode se dvije klase čestica – one koje se kreću brzinama manjim od With, i sa kojima se referentni sistem može povezati, i oni koji se kreću brzinama jednakim With, sa kojim se referentni sistemi ne mogu povezati. Množenjem ove nejednakosti () sa , dobijamo . Ovaj izraz je relativistički zakon sabiranja brzina, koji se poklapa sa Newtonovim at v<. Za bilo koje relativne brzine inercijalnih referentnih okvira V

Sopstveno vrijeme, tj. onaj koji djeluje u referentnom okviru pridruženom čestici je invarijantan, tj. ne zavisi od izbora inercijalnog referentnog okvira. Princip relativnosti modificira ovu izjavu, govoreći da u svakom inercijskom referentnom okviru vrijeme teče na isti način, ali ne postoji jedinstveno, apsolutno vrijeme za sve. Koordinirano vrijeme je po zakonu povezano sa pravim vremenom . Kvadriranjem ovog izraza dobivamo . vrijednost s naziva intervalom. Posljedica relativističkog zakona sabiranja brzina je Doplerov efekat, koji karakterizira promjenu frekvencije oscilovanja u zavisnosti od brzina izvora talasa i posmatrača. Kada se posmatrač kreće pod uglom Q prema izvoru, frekvencija se menja u skladu sa zakonom . Kada se udalji od izvora, spektar se pomiče na niže frekvencije koje odgovaraju većoj talasnoj dužini, tj. do crvene, kada se približava - do ljubičaste. Zamah se također mijenja pri brzinama blizu With:.