„Rezolvarea problemelor la examenul de matematică” - Avantajele manualului nostru. Accesibilitatea părții teoretice. Rezumatul sondajului. Principalele etape de activitate. Scrieți un ghid de pregătire pentru examen. Zona trapezului. relevanţă şi semnificație practică. Deschide banca USE. Defini temperatura maxima. Împărțire cu rest. Rezultatele experimentului. Scurte recomandări pentru utilizarea manualului.

„B8 la examenul de matematică” – Derivata funcției este negativă. Linia este tangentă la graficul funcției. Puncte maxime. Găsiți abscisa punctului de contact. sens geometric derivat. Puncte scăzute. Valoarea derivatei funcției. Timp. Numărul de puncte extreme ale funcției. Rezolvarea sarcinilor B8 USE în matematică. Valoarea derivatei la punctul de contact.

„Sarcina în matematică B9” - Abilități în CT. suprafață. Nivelul lichidului. Volumul poliedrului. Pătrat. Colțuri diedrice. Volumul mingii. Suprafața unei sfere. cerințe verificabile. Sarcini pentru decizie independentă. Rezolvarea problemelor B9. Volumul conului. Volumul cilindrului. volumul piramidei. Conținutul sarcinii. Suprafața unui con.

„Rezolvarea sarcinilor B11” - Găsiți cea mai mică valoare a funcției de pe segment. Sarcini pentru decizie independentă. Sarcini. Găsiți cea mai mică valoare a funcției. Găsiți cea mai mare valoare a funcției de pe segment. Prototip de lucru B11. Găsiți cea mai mare valoare. Începuturile analizei matematice. abilități CT. Găsiți cea mai mare valoare a funcției.

„B1 la Examenul Unificat de Stat la Matematică” – Promovare. chifla. Bilet. mașină americană. Cea mai mică sumă. Nava cu motor. Client. Zi. Terminal de plată. Caiet general. Pensionarii. Debitmetru apa fierbinte. Medicament. Bilet de cale ferată. Sarcinile B1. Ceainic electric.

„Sarcini unificate de examen de stat în matematică” - După ploaie, nivelul apei din fântână poate crește. Muncă independentă. Sarcina B 13. Sarcina B 1. Sarcina B 6. Mai trebuie să rezolvăm câteva exemple. Pregătirea pentru examen. Cât de mult ar trebui să crească nivelul apei după ploaie? Sarcina B 5. Sarcina B 12. Sarcina B 3. Găsiți zona. Găsiți viteza motociclistului.

Total la subiect 33 prezentari

Mișcarea mecanică este luată în considerare pentru punct material și pentru corp solid.

Mișcarea unui punct material

mișcare de translație a unui corp absolut rigid este o mișcare mecanică, în timpul căreia orice segment de linie asociat cu acest corp este întotdeauna paralel cu sine în orice moment în timp.

Dacă conectați mental oricare două puncte ale unui corp rigid cu o linie dreaptă, atunci segmentul rezultat va fi întotdeauna paralel cu el însuși în procesul de mișcare de translație.

La mișcare înainte toate punctele corpului se mișcă în același mod. Adică parcurg aceeași distanță în aceleași intervale de timp și se deplasează în aceeași direcție.

Exemple de mișcare de translație: mișcarea unui vagon de lift, cupe de cântare mecanice, o sanie care cursă la vale, pedale de bicicletă, o platformă de tren, pistoane ale motorului în raport cu cilindri.

mișcare de rotație

În timpul rotației, toate punctele corpul fizic deplasându-se în cercuri. Toate aceste cercuri se află în planuri paralele între ele. Și centrele de rotație ale tuturor punctelor sunt situate pe o linie dreaptă fixă, care se numește axa de rotatie. Cercurile descrise de puncte se află în planuri paralele. Și aceste planuri sunt perpendiculare pe axa de rotație.

Mișcarea de rotație este foarte frecventă. Astfel, mișcarea punctelor de pe marginea unei roți este un exemplu de mișcare de rotație. Mișcarea de rotație descrie elicea ventilatorului etc.

Mișcarea de rotație se caracterizează prin următoarele mărimi fizice: viteza unghiulară de rotație, perioada de rotație, frecvența de rotație, viteza liniară a unui punct.

viteză unghiulară un corp cu rotație uniformă se numește valoare egală cu raportul dintre unghiul de rotație și intervalul de timp în care a avut loc această rotație.

Timpul necesar unui corp pentru a călători viraj complet, se numește perioada de rotație (T).

Se numește numărul de rotații pe care le face un corp pe unitatea de timp viteza (f).

Frecvența de rotație și perioada sunt legate de relație T = 1/f.

Dacă punctul se află la o distanță R de centrul de rotație, atunci viteza sa liniară este determinată de formula:

Mișcarea mecanică a unui corp este schimbarea poziției sale în spațiu față de alte corpuri în timp. El studiază mișcarea corpurilor unui mecanic. Mișcarea unui corp absolut rigid (nedeformat în timpul mișcării și interacțiunii), în care se află toate punctele sale acest moment mișcarea timpului în același mod, se numește mișcare de translație, pentru descrierea ei este necesară și suficientă descrierea mișcării unui punct al corpului. O mișcare în care traiectoriile tuturor punctelor corpului sunt cercuri centrate pe o singură dreaptă și toate planurile cercurilor sunt perpendiculare pe această dreaptă se numește mișcare de rotație. Un corp a cărui formă și dimensiuni pot fi neglijate în condiții date se numește punct material. Aceasta este neglijență

Este permisă o reducere atunci când dimensiunile corpului sunt mici în comparație cu distanța pe care o parcurge sau cu distanța corpului dat față de alte corpuri. Pentru a descrie mișcarea unui corp, trebuie să-i cunoașteți coordonatele în orice moment. Aceasta este sarcina principală a mecanicii.

2. Relativitatea mișcării. Sistem de referință. Unități.

Pentru a determina coordonatele unui punct material, este necesar să selectați un corp de referință și să asociați un sistem de coordonate cu acesta și să setați originea referinței de timp. Sistemul de coordonate și indicarea originii referinței de timp formează sistemul de referință față de care se ia în considerare mișcarea corpului. Sistemul trebuie să se miște cu o viteză constantă (sau să fie în repaus, ceea ce înseamnă, în general, același lucru). Traiectoria corpului, distanța parcursă și deplasarea depind de alegerea sistemului de referință, adică. mișcarea mecanică este relativă. Unitatea de măsură a lungimii este metrul, care este distanța parcursă de lumină în vid în secunde. O secundă este o unitate de timp, egală cu perioadele de radiație ale unui atom de cesiu-133.

3. Traiectorie. Calea și mișcarea. Viteza instantanee.

Traiectoria unui corp este o linie descrisă în spațiu de un punct material în mișcare. Calea - lungimea secțiunii de traiectorie de la deplasarea inițială până la cea finală a punctului material. Vector rază - un vector care leagă originea și un punct din spațiu. Deplasarea este un vector care leagă punctele de început și de sfârșit ale secțiunii de traiectorie parcurse în timp. viteza - cantitate fizica, care caracterizează viteza și direcția mișcării la un moment dat. viteza medie definit ca. Viteza medie la sol este egală cu raportul dintre traseul parcurs de corp într-o perioadă de timp până la acest interval. . Viteza instantanee (vector) este prima derivată a vectorului rază a punctului în mișcare. . Viteza instantanee este direcționată tangențial la traiectorie, viteza medie este direcționată de-a lungul secantei. Viteza la sol instantanee (scalar) - prima derivată a căii în raport cu timp, egală ca mărime cu viteza instantanee

4. Mișcare rectilinie uniformă. Grafice ale dependenței mărimilor cinematice de timp în mișcare uniformă. Adăugarea vitezelor.

Mișcarea cu viteză constantă modulo și direcție se numește mișcare rectilinie uniformă. În mișcare rectilinie uniformă, un corp parcurge distanțe egale în orice intervale de timp egale. Dacă viteza este constantă, atunci distanța parcursă se calculează ca. Legea clasică a adunării vitezelor se formulează astfel: viteza unui punct material în raport cu cadrul de referință, luată ca fiind fix, este egală cu suma vectoriala vitezele de mișcare a unui punct dintr-un sistem în mișcare și viteza de mișcare a unui sistem în mișcare față de unul staționar.

5. Accelerație. Mișcare rectilinie uniform accelerată. Grafice ale dependenței mărimilor cinematice de timp în mișcare uniform accelerată.

O mișcare în care un corp face mișcări inegale în intervale egale de timp se numește mișcare neuniformă. Cu mișcarea de translație neuniformă, viteza corpului se modifică în timp. Accelerația (vectorul) este o mărime fizică care caracterizează viteza de schimbare a vitezei în valoare absolută și în direcție. Accelerația instantanee (vector) - prima derivată a vitezei în raport cu timpul. .Uniform accelerată este mișcarea cu accelerație, constantă ca mărime și direcție. Viteza în timpul mișcării accelerate uniform este calculată ca.

De aici, formula traseului cu mișcare uniform accelerată este derivată ca

Formulele derivate din ecuațiile vitezei și ale drumului pentru mișcarea uniform accelerată sunt de asemenea valabile.

6. Căderea liberă a corpurilor. Accelerare cădere liberă.

Căderea unui corp este mișcarea lui în câmpul gravitațional (???) . Căderea corpurilor în vid se numește cădere liberă. S-a stabilit experimental că în cădere liberă corpurile se mișcă în același mod, indiferent de caracteristicile lor fizice. Accelerația cu care corpurile cad pe Pământ în vid se numește accelerația căderii libere și se notează

7. Mișcare uniformă în cerc. Accelerația în timpul mișcării uniforme a unui corp într-un cerc (accelerare centripetă)

Orice mișcare pe o secțiune suficient de mică a traiectoriei poate fi considerată aproximativ ca o mișcare uniformă de-a lungul unui cerc. În procesul de mișcare uniformă într-un cerc, valoarea vitezei rămâne constantă, iar direcția vectorului viteză se modifică.<рисунок>.. Vectorul accelerație la deplasarea de-a lungul unui cerc este direcționat perpendicular pe vectorul viteză (direcționat tangențial), pe centrul cercului. Intervalul de timp în care corpul face o revoluție completă într-un cerc se numește perioadă. . Reciproca unei perioade, care arată numărul de rotații pe unitatea de timp, se numește frecvență. Aplicând aceste formule, putem deduce că , sau . Viteza unghiulară (viteza de rotație) este definită ca . Viteza unghiulară a tuturor punctelor corpului este aceeași și caracterizează mișcarea corpului în rotație în ansamblu. În acest caz, viteza liniară a corpului este exprimată ca , iar accelerația - ca .

Principiul independenței mișcărilor consideră mișcarea oricărui punct al corpului ca suma a două mișcări - de translație și de rotație.

8. Prima lege a lui Newton. Sistem de referință inerțial.

Fenomenul de menținere a vitezei unui corp în absența influențelor externe se numește inerție. Prima lege a lui Newton, cunoscută și sub numele de legea inerției, spune: „există astfel de cadre de referință, în raport cu care corpurile în mișcare progresivă își păstrează viteza constantă dacă niciun alt corp nu acționează asupra lor”. Cadrele de referință, în raport cu care corpurile în absența influențelor externe se mișcă în linie dreaptă și uniform, se numesc sisteme inerțiale referinţă. Sistemele de referință asociate cu pământul sunt considerate inerțiale, cu condiția ca rotația pământului să fie neglijată.

9. Liturghie. Putere. A doua lege a lui Newton. Compoziția forțelor. Centrul de greutate.

Motivul schimbării vitezei unui corp este întotdeauna interacțiunea acestuia cu alte corpuri. Când două corpuri interacționează, vitezele se schimbă întotdeauna, adică. se dobândesc acceleratoare. Raportul accelerațiilor a două corpuri este același pentru orice interacțiune. Proprietatea unui corp de care depinde accelerația lui atunci când interacționează cu alte corpuri se numește inerție. O măsură cantitativă a inerției este greutatea corporală. Raportul maselor corpurilor care interacționează este egal cu raportul invers al modulelor de accelerație. A doua lege a lui Newton stabilește o relație între caracteristica cinematică a mișcării - accelerație și caracteristici dinamice interacțiunile sunt forțe. , sau, mai precis, , i.e. rata de modificare a impulsului unui punct material este egală cu forța care acționează asupra acestuia. Cu acțiunea simultană a mai multor forțe asupra unui corp, corpul se mișcă cu o accelerație, care este suma vectorială a accelerațiilor care ar apărea sub influența fiecăreia dintre aceste forțe separat. Forțele care acționează asupra corpului, aplicate într-un punct, se adună după regula adunării vectorilor. Această prevedere se numește principiul independenței acțiunii forțelor. Centrul de masă este un astfel de punct al unui corp rigid sau al unui sistem de corpuri rigide care se mișcă în același mod ca punct material o masă egală cu suma maselor întregului sistem în ansamblu, asupra căreia acționează aceeași forță rezultantă ca și asupra corpului. . Prin integrarea acestei expresii în timp, se pot obține expresii pentru coordonatele centrului de masă. Centrul de greutate este punctul de aplicare al rezultantei tuturor forțelor gravitaționale care acționează asupra particulelor acestui corp în orice poziție din spațiu. Dacă dimensiunile liniare ale corpului sunt mici în comparație cu dimensiunea Pământului, atunci centrul de masă coincide cu centrul de greutate. Suma momentelor tuturor forțelor gravitaționale elementare în jurul oricărei axe care trece prin centrul de greutate este egală cu zero.

10. A treia lege a lui Newton.

În orice interacțiune a două corpuri, raportul modulelor accelerațiilor dobândite este constant și egal cu raportul invers al maselor. pentru că când corpurile interacționează, vectorii de accelerație au direcția opusă, putem scrie asta . Conform celei de-a doua legi a lui Newton, forța care acționează asupra primului corp este , iar asupra celui de-al doilea. În acest fel, . A treia lege a lui Newton se referă la forțele cu care corpurile acționează unul asupra celuilalt. Dacă două corpuri interacționează între ele, atunci forțele care apar între ele sunt aplicate unor corpuri diferite, sunt egale ca mărime, opuse în direcție, acționează de-a lungul aceleiași linii drepte și au aceeași natură.

11. Forțe de elasticitate. legea lui Hooke.

Forța care decurge din deformarea corpului și îndreptată în direcția opusă mișcării particulelor corpului în timpul acestei deformări se numește forță elastică. Experimentele cu tija au arătat că pentru deformații mici în comparație cu dimensiunile corpului, modulul forței elastice este direct proporțional cu modulul vectorului de deplasare al capătului liber al tijei, care în proiecție arată ca . Această relație a fost stabilită de R. Hooke, legea sa este formulată astfel: forța elastică care decurge din deformarea corpului este proporțională cu alungirea corpului în direcția opusă direcției de mișcare a particulelor corpului în timpul deformare. Coeficient k numită rigiditatea corpului și depinde de forma și materialul corpului. Se exprimă în newtoni pe metru. Forțele elastice se datorează interacțiunilor electromagnetice.

12. Forțe de frecare, coeficient de frecare de alunecare. Frecare vâscoasă (???)

Forța care ia naștere la limita interacțiunii corpurilor în absența mișcării relative a corpurilor se numește forță de frecare statică. Forța de frecare statică este egală în valoare absolută cu forța exterioară îndreptată tangențial la suprafața de contact a corpurilor și opus acesteia în direcție. Când un corp se mișcă uniform pe suprafața altuia, sub influența unei forțe exterioare, asupra corpului acționează o forță egală în valoare absolută. forta motriceși opus în direcție. Această forță se numește forță de frecare de alunecare. Vectorul forță de frecare de alunecare este îndreptat împotriva vectorului viteză, astfel încât această forță duce întotdeauna la o scădere a vitezei relative a corpului. Forțele de frecare, precum și forța elastică, sunt de natură electromagnetică și apar din cauza interacțiunii dintre sarcini electrice atomi ai corpurilor în contact. S-a stabilit experimental că valoarea maximă a modulului forței statice de frecare este proporțională cu forța de presiune. De asemenea, valoarea maximă a forței de frecare statică și a forței de frecare de alunecare sunt aproximativ egale, la fel ca și coeficienții de proporționalitate dintre forțele de frecare și presiunea corpului pe suprafață.

13. Forțele gravitaționale. Lege gravitatie. Gravitatie. Greutate corporala.

Din faptul că corpurile, indiferent de masa lor, cad cu aceeași accelerație, rezultă că forța care acționează asupra lor este proporțională cu masa corpului. Această forță de atracție care acționează asupra tuturor corpurilor din partea Pământului se numește gravitație. Forța gravitației acționează la orice distanță între corpuri. Toate corpurile sunt atrase unele de altele, forța gravitațională este direct proporțională cu produsul maselor și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele. Vectorii forțelor de gravitație universală sunt direcționați de-a lungul unei linii drepte care leagă centrele de masă ale corpurilor. , G – Constanta gravitațională, egală cu . Greutatea corpului este forta cu care corpul, datorita gravitatiei, actioneaza asupra suportului sau intinde suspensia. Greutatea corpului este egală ca valoare absolută și opusă ca direcție forței elastice a suportului conform celei de-a treia legi a lui Newton. Conform celei de-a doua legi a lui Newton, dacă nicio altă forță nu acționează asupra corpului, atunci forța de gravitație a corpului este echilibrată de forța elasticității. Ca urmare, greutatea corpului pe un suport orizontal fix sau uniform în mișcare egal cu puterea gravitatie. Dacă suportul se mișcă cu accelerație, atunci conform celei de-a doua legi a lui Newton , din care este derivat. Aceasta înseamnă că greutatea unui corp a cărui direcție de accelerație coincide cu direcția de accelerație în cădere liberă este mai mică decât greutatea unui corp în repaus.

14. Mișcarea unui corp sub acțiunea gravitației pe verticală. Trafic sateliți artificiali. Imponderabilitate. Prima viteză cosmică.

La aruncarea corpului paralel suprafața pământului raza de zbor va fi mai mare, cu atât viteza inițială este mai mare. La viteze mari, este necesar să se țină seama și de sfericitatea pământului, care se reflectă în schimbarea direcției vectorului gravitațional. La o anumită valoare a vitezei, corpul se poate mișca în jurul Pământului sub influența forței gravitaționale universale. Această viteză, numită prima viteză cosmică, poate fi determinată din ecuația de mișcare a unui corp într-un cerc. Pe de altă parte, din a doua lege a lui Newton și legea gravitației universale rezultă că. Astfel, la distanta R din centru corp ceresc greutate M prima viteză cosmică este egală cu. Când viteza corpului se schimbă, forma orbitei sale se schimbă de la un cerc la o elipsă. La atingerea celui de-al doilea viteza spatiala egal cu orbita devine parabolic.

15. Elanul corpului. Legea conservării impulsului. Propulsie cu reacție.

Conform celei de-a doua legi a lui Newton, indiferent dacă corpul era în repaus sau în mișcare, o schimbare a vitezei sale poate avea loc numai atunci când interacționează cu alte corpuri. Dacă pe un corp de masă m pentru un timp t actioneaza o forta si viteza de miscare a acesteia se schimba de la la , atunci acceleratia corpului este egala cu . Pe baza celei de-a doua legi a lui Newton, forța poate fi scrisă ca . Mărimea fizică egală cu produsul forței și timpul acțiunii acesteia se numește impuls al forței. Impulsul forței arată că există o mărime care se modifică în mod egal pentru toate corpurile sub influența acelorași forțe, dacă durata forței este aceeași. Această valoare, egală cu produsul dintre masa corpului și viteza de mișcare a acestuia, se numește impulsul corpului. Modificarea impulsului corpului este egală cu impulsul forței care a provocat această modificare.Să luăm două corpuri, mase și , care se deplasează cu viteze și . Conform celei de-a treia legi a lui Newton, forțele care acționează asupra corpurilor în timpul interacțiunii lor sunt egale ca valoare absolută și opuse ca direcție, i.e. ele pot fi notate ca . Pentru modificări ale momentului în timpul interacțiunii, putem scrie . Din aceste expresii obținem asta , adică suma vectorială a impulsurilor a două corpuri înainte de interacțiune este egală cu suma vectorială a impulsurilor după interacțiune. În mai mult vedere generala legea conservării impulsului sună astfel: Dacă, atunci.

16. munca mecanica. Putere. Kinetic și energie potențială.

muncă DAR forța constantă este o mărime fizică egală cu produsul modulelor de forță și deplasare, înmulțit cu cosinusul unghiului dintre vectori și. . Lucrul este o mărime scalară și poate fi negativă dacă unghiul dintre vectorii deplasare și forță este mai mare decât . Unitatea de lucru se numește joule, 1 joule este egal cu munca efectuată cu o forță de 1 newton la deplasarea cu 1 metru a punctului de aplicare a acestuia. Puterea este o mărime fizică egală cu raportul dintre muncă și perioada de timp în care a fost efectuată această muncă. . Unitatea de putere se numește watt, 1 watt este egal cu puterea la care se lucrează 1 joule într-o secundă. Să presupunem că pe un corp de masă m acţionează o forţă (care poate fi în general rezultanta mai multor forţe), sub influenţa căreia corpul se mişcă în direcţia vectorului . Modulul de forță conform celei de-a doua legi a lui Newton este ma, iar modulul vectorului deplasare este legat de accelerație și vitezele inițiale și finale ca. De aici se obține formula pentru a funcționa . O mărime fizică egală cu jumătate din produsul dintre masa corpului și pătratul vitezei se numește energie cinetică. Lucrarea forțelor rezultante aplicate corpului este egală cu modificarea energiei cinetice. Mărimea fizică egală cu produsul masei corporale cu modulul de accelerație în cădere liberă și înălțimea la care corpul este ridicat deasupra suprafeței cu potențial zero se numește energia potențială a corpului. Modificarea energiei potențiale caracterizează munca gravitației în mișcarea corpului. Această muncă este egală cu modificarea energiei potențiale, luată cu semnul opus. Un corp aflat sub suprafața pământului are o energie potențială negativă. Nu numai corpurile ridicate au energie potențială. Luați în considerare munca efectuată de forța elastică atunci când arcul este deformat. Forța elastică este direct proporțională cu deformația, iar valoarea medie a acesteia va fi egală cu , lucrul este egal cu produsul dintre forță și deformare , sau . O mărime fizică egală cu jumătate din produsul rigidității corpului și pătratul deformației se numește energia potențială a corpului deformat. O caracteristică importantă a energiei potențiale este că un corp nu o poate poseda fără a interacționa cu alte corpuri.

17. Legile conservării energiei în mecanică.

Energia potențială caracterizează corpurile care interacționează, cinetic - în mișcare. Atât acesta, cât și altul apar ca urmare a interacțiunii corpurilor. Dacă mai multe corpuri interacționează între ele numai prin forțe gravitaționale și forțe elastice și nicio forță externă nu acționează asupra lor (sau rezultanta lor este zero), atunci pentru orice interacțiune a corpurilor, munca forțelor elastice sau gravitaționale este egală cu modificarea. în energie potențială, luată cu semnul opus. În același timp, conform teoremei energiei cinetice (modificarea energiei cinetice a unui corp este egală cu munca forțelor externe), munca acelorași forțe este egală cu modificarea energiei cinetice. . Din această egalitate rezultă că suma energiilor cinetice și potențiale ale corpurilor care alcătuiesc un sistem închis și interacționează între ele prin forțele gravitației și elasticității rămâne constantă. Suma energiilor cinetice și potențiale ale corpurilor se numește energia mecanică totală. Complet energie mecanică a unui sistem închis de corpuri care interacționează între ele prin forțele gravitației și elasticității, rămâne neschimbată. Lucrarea forțelor gravitaționale și elasticității este egală, pe de o parte, cu o creștere a energiei cinetice și, pe de altă parte, cu o scădere a energiei potențiale, adică munca este egală cu energia care s-a transformat. de la o formă la alta.

18. mecanisme simple(plan înclinat, pârghie, bloc) aplicarea lor.

Se folosește un plan înclinat astfel încât un corp de masă mare să poată fi deplasat prin acțiunea unei forțe care este mult mai mică decât greutatea corpului. Dacă unghiul plan înclinat este egal cu a, apoi pentru a deplasa corpul de-a lungul planului, este necesar să se aplice o forță egală cu . Raportul dintre această forță și greutatea corpului, neglijând forța de frecare, este egal cu sinusul unghiului de înclinare al planului. Dar cu un câștig în forță, nu există câștig în muncă, pentru că calea se inmulteste. Acest rezultat este o consecință a legii conservării energiei, deoarece munca gravitației nu depinde de traiectoria ridicării corpului.

Pârghia este în echilibru dacă momentul forțelor care o rotește în sensul acelor de ceasornic este egal cu momentul il care rotește pârghia în sens invers acelor de ceasornic. Dacă direcțiile vectorilor forțelor aplicate pârghiei sunt perpendiculare pe cele mai scurte drepte care leagă punctele de aplicare a forțelor și axa de rotație, atunci condițiile de echilibru iau forma. Dacă , atunci pârghia oferă un câștig în putere. Un câștig în forță nu dă un câștig în muncă, de vreme ce când este rotită printr-un unghi a, forța funcționează, iar forța funcționează. pentru că dupa conditie , atunci .

Blocul vă permite să schimbați direcția forței. Arme de forţe aplicate la puncte diferite blocul imobil sunt aceleași și, prin urmare, blocul imobil nu oferă un câștig în forță. La ridicarea unei sarcini cu ajutorul unui bloc mobil se obține un câștig dublu în forță, deoarece. brațul gravitațional este jumătate din brațul tensiunii cablului. Dar când trageți cablul la o lungime l sarcina se ridică l/2, prin urmare, nici un bloc fix nu dă un câștig în muncă.

19. Presiune. Legea lui Pascal pentru lichide și gaze.

Mărimea fizică egală cu raportul dintre modulul de forță care acționează perpendicular pe suprafață pe aria acestei suprafețe se numește presiune. Unitatea de măsură a presiunii este pascalul, care este egală cu presiunea exercitată de o forță de 1 newton pe o suprafață de 1 metru pătrat. Toate lichidele și gazele transmit presiunea produsă asupra lor în toate direcțiile.

20. Vase comunicante. Presa hidraulica. Presiunea atmosferică. ecuația lui Bernoulli.

Într-un vas cilindric, forța de presiune pe fundul vasului este egală cu greutatea coloanei de lichid. Presiunea din fundul vasului este , de unde presiunea la adâncime h egal cu . Aceeași presiune acționează asupra pereților vasului. Egalitatea presiunilor fluidului la aceeași înălțime duce la faptul că în vasele comunicante de orice formă, suprafețele libere ale unui fluid omogen în repaus sunt la același nivel (în cazul forțelor capilare neglijabil de mici). În cazul unui lichid neomogen, înălțimea unei coloane de lichid mai dens va fi mai mică decât înălțimea unuia mai puțin dens. Mașina hidraulică funcționează pe baza legii lui Pascal. Este format din două vase comunicante închise prin pistoane. zone diferite. Presiunea produsă de o forță externă asupra unui piston este transmisă conform legii lui Pascal celui de-al doilea piston. . O mașină hidraulică oferă un câștig de putere de atâtea ori cât aria pistonului său mare este mai mare decât aria celui mic.

În mișcarea staționară a unui fluid incompresibil, ecuația de continuitate este valabilă. Pentru un fluid ideal în care vâscozitatea (adică frecarea dintre particulele sale) poate fi neglijată, expresia matematică a legii conservării energiei este ecuația Bernoulli. .

21. Experiența lui Torricelli. Modificarea presiunii atmosferice cu altitudinea.

Sub influența gravitației, straturile superioare ale atmosferei pun presiune asupra celor subiacente. Această presiune, conform legii lui Pascal, se transmite în toate direcțiile. Cea mai mare valoare această presiune se află la suprafața Pământului și se datorează greutății coloanei de aer de la suprafață până la limita atmosferei. Odată cu creșterea altitudinii, masa straturilor atmosferei care apasă pe suprafață scade, prin urmare, presiunea atmosferică scade odată cu înălțimea. La nivelul mării, presiunea atmosferică este de 101 kPa. Această presiune este exercitată de o coloană de mercur de 760 mm înălțime. Dacă un tub este coborât în ​​mercur lichid, în care se creează un vid, atunci sub influența presiunii atmosferice, mercurul se va ridica în el la o astfel de înălțime la care presiunea coloanei de lichid devine egală cu cea externă. presiune atmosferică pe suprafața expusă a mercurului. Când presiunea atmosferică se modifică, se va modifica și înălțimea coloanei de lichid din tub.

22. Forța arhimediană a zilei lichidelor și gazelor. Conditii de navigatie tel.

Dependența presiunii dintr-un lichid și gaz de adâncime duce la apariția unei forțe de plutire care acționează asupra oricărui corp scufundat într-un lichid sau gaz. Această forță se numește forța arhimediană. Dacă un corp este scufundat într-un lichid, atunci presiunile de pe pereții laterali ai vasului sunt echilibrate între ele, iar rezultanta presiunilor de jos și de sus este forța arhimediană. , adică Forța care împinge un corp scufundat într-un lichid (gaz) este egală cu greutatea lichidului (gazului) deplasat de corp. Forța arhimediană este îndreptată opus forței gravitaționale, prin urmare, atunci când se cântărește într-un lichid, greutatea unui corp este mai mică decât în ​​vid. Un corp într-un lichid este afectat de gravitație și de forța arhimediană. Dacă forța gravitațională este mai mare în modul - corpul se scufundă, dacă este mai mică - plutește, egal - poate fi în echilibru la orice adâncime. Aceste rapoarte de forțe sunt egale cu rapoartele dintre densitățile corpului și lichidul (gazul).

23. Principalele prevederi ale teoriei molecular-cinetice și ale acestora fundamentarea experimentală. Mișcarea browniană. Greutate și dimensiune molecule.

Teoria molecular-cinetică este studiul structurii și proprietăților materiei, folosind conceptul de existență a atomilor și moleculelor ca cele mai mici particule de materie. Principalele prevederi ale MKT: substanța constă din atomi și molecule, aceste particule se mișcă aleatoriu, particulele interacționează între ele. Mișcarea atomilor și moleculelor și interacțiunea lor este supusă legilor mecanicii. La început, în interacțiunea moleculelor atunci când se apropie una de alta, predomină forțele atractive. La o anumită distanță între ele apar forțe de respingere, care depășesc forța de atracție în valoare absolută. Moleculele și atomii fac vibrații aleatorii în pozițiile în care forțele de atracție și de repulsie se echilibrează reciproc. Într-un lichid, moleculele nu numai că oscilează, ci și sar de la o poziție de echilibru la alta (fluiditate). În gaze, distanțele dintre atomi sunt mari mai multe dimensiuni molecule (compresibilitate și extensibilitate). R. Brown la începutul secolului al XIX-lea a descoperit că particulele solide se mișcă aleatoriu într-un lichid. Acest fenomen ar putea fi explicat doar de MKT. Moleculele care se mișcă aleatoriu ale unui lichid sau gaz se ciocnesc cu o particulă solidă și schimbă direcția și modulul vitezei de mișcare a acesteia (în timp ce, desigur, schimbându-și atât direcția, cât și viteza). Cu cât dimensiunea particulelor este mai mică, cu atât este mai vizibilă modificarea impulsului. Orice substanță constă din particule, prin urmare cantitatea unei substanțe este considerată proporțională cu numărul de particule. Unitatea de măsură a unei substanțe se numește mol. Un mol este egal cu cantitatea de substanță care conține atâția atomi câți sunt în 0,012 kg de carbon 12 C. Raportul dintre numărul de molecule și cantitatea de substanță se numește constantă Avogadro: . Cantitatea de substanță poate fi găsită ca raport dintre numărul de molecule și constanta Avogadro. Masă molară M se numește mărime egală cu raportul dintre masa unei substanțe m la cantitatea de substanță. Masa molară este exprimată în kilograme pe mol. Masă molară poate fi exprimat în termeni de masă a moleculei m0 : .

24. Gaz ideal. Ecuația de bază a teoriei cinetice moleculare gaz ideal.

Pentru a explica proprietățile materiei în stare gazoasă folosind modelul de gaz ideal. Acest model presupune următoarele: moleculele de gaz au dimensiuni neglijabile în comparație cu volumul vasului, nu există forțe atractive între molecule și forțele de respingere acționează atunci când se ciocnesc între ele și cu pereții vasului. O explicație calitativă a fenomenului presiunii gazului este aceea că moleculele unui gaz ideal, atunci când se ciocnesc de pereții vasului, interacționează cu ele ca corpuri elastice. Când o moleculă se ciocnește de peretele vasului, proiecția vectorului viteză pe axa perpendiculară pe perete se schimbă în cea opusă. Prin urmare, în timpul unei coliziuni, proiecția vitezei se schimbă de la –mv x inainte de mv x, iar schimbarea impulsului este . În timpul ciocnirii, molecula acționează asupra peretelui cu o forță egală, conform celei de-a treia legi a lui Newton, cu o forță opusă în direcție. Există o mulțime de molecule, iar valoarea medie a sumei geometrice a forțelor care acționează din partea moleculelor individuale formează forța presiunii gazului pe pereții vasului. Presiunea gazului este egală cu raportul dintre modulul forței de presiune și aria peretelui vasului: p=F/S. Să presupunem că gazul se află într-un vas cubic. Momentul unei molecule este 2 mv, o moleculă acționează în medie asupra peretelui cu o forță 2mv/Dt. Contra cronometru t deplasarea de la un perete al vasului la altul 2l/v, Prin urmare, . Forța de presiune asupra peretelui vasului a tuturor moleculelor este proporțională cu numărul lor, adică. . Datorită caracterului aleatoriu complet al mișcării moleculelor, mișcarea lor în fiecare dintre direcții este echiprobabilă și egală cu 1/3 din numărul total molecule. În acest fel, . Deoarece presiunea se exercită asupra feței unui cub cu o zonă l 2, atunci presiunea va fi aceeași. Această ecuație se numește ecuația de bază a teoriei cinetice moleculare. Indicând energia cinetică medie a moleculelor, obținem.

25. Temperatura, măsurarea ei. Scala de temperatură absolută. Viteza moleculelor de gaz.

Ecuația de bază MKT pentru un gaz ideal stabilește o relație între parametrii micro și macroscopici. Când două corpuri intră în contact, parametrii lor macroscopici se schimbă. Când această schimbare a încetat, se spune că s-a instalat echilibrul termic. Un parametru fizic care este același în toate părțile unui sistem de corpuri aflate într-o stare de echilibru termic se numește temperatură corporală. Experimentele au arătat că pentru orice gaz aflat în stare de echilibru termic, raportul dintre produsul presiunii și volumului și numărul de molecule este același . Acest lucru permite ca valoarea să fie luată ca măsură de temperatură. pentru că n=N/V, apoi, ținând cont de ecuația de bază a MKT, prin urmare, valoarea este egală cu două treimi din energia cinetică medie a moleculelor. , Unde k– coeficient de proporționalitate, în funcție de scară. Parametrii din partea stângă a acestei ecuații sunt nenegativi. Prin urmare, temperatura gazului la care presiunea sa la volum constant egal cu zero se numește temperatură zero absolut. Valoarea acestui coeficient poate fi găsită din două stări cunoscute ale materiei cu presiune, volum, număr de molecule și temperatură cunoscute. . Coeficient k, numită constanta Boltzmann, este egală cu . Rezultă din ecuațiile relației dintre temperatură și energia cinetică medie, i.e. in medie energie kinetică mișcarea aleatorie a moleculelor este proporțională cu temperatura absolută. , . Această ecuație arată că la aceeași temperatură și concentrație de molecule, presiunea oricăror gaze este aceeași.

26. Ecuația de stare a unui gaz ideal (ecuația Mendeleev-Clapeyron). Procese izoterme, izocorice și izobare.

Folosind dependența presiunii de concentrație și temperatură, se poate găsi o relație între parametrii macroscopici ai unui gaz - volum, presiune și temperatură. . Această ecuație se numește ecuația de stare a gazelor ideale (ecuația Mendeleev-Clapeyron).

Un proces izoterm este un proces care are loc la temperatura constanta. Din ecuația de stare a unui gaz ideal rezultă că la o temperatură, masă și compoziție constante a gazului, produsul presiunii și volumului trebuie să rămână constant. Graficul unei izoterme (curba unui proces izoterm) este o hiperbolă. Ecuația se numește legea Boyle-Mariotte.

Un proces izocor este un proces care are loc la un volum, masă și compoziție constantă a gazului. În aceste condiții , unde este coeficientul de temperatură al presiunii gazului. Această ecuație se numește legea lui Charles. Graficul ecuației unui proces izocor se numește izocor și este o linie dreaptă care trece prin origine.

Un proces izobaric este un proces care are loc la o presiune, masă și compoziție constante a gazului. În același mod ca și pentru procesul izocor, putem obține ecuația pentru procesul izobar . Ecuația care descrie acest proces se numește legea Gay-Lussac. Graficul ecuației unui proces izobaric se numește izobară și este o linie dreaptă care trece prin origine.

27. Energie internă. Lucru în termodinamică.

Dacă energia potențială de interacțiune a moleculelor este zero, atunci energie interna este egală cu suma energiilor cinetice de mișcare ale tuturor moleculelor de gaz . Prin urmare, atunci când temperatura se schimbă, se modifică și energia internă a gazului. Înlocuind ecuația de stare a unui gaz ideal în ecuația pentru energie, obținem că energia internă este direct proporțională cu produsul dintre presiunea și volumul gazului. . Energia internă a unui corp se poate schimba numai atunci când interacționează cu alte corpuri. În cazul interacțiunii mecanice a corpurilor (interacțiune macroscopică), măsura energiei transferate este munca DAR. În transferul de căldură (interacțiunea microscopică), măsura energiei transferate este cantitatea de căldură Q. Într-un sistem termodinamic neizolat, modificarea energiei interne D U egală cu suma cantității de căldură transferate Qși munca forțelor externe DAR. În loc de muncă DAR efectuate de forțe externe, este mai convenabil să luăm în considerare munca A` efectuate de sistem asupra corpurilor externe. A=-A`. Atunci prima lege a termodinamicii este exprimată ca sau. Aceasta înseamnă că orice mașină poate lucra asupra corpurilor externe numai prin primirea căldurii din exterior. Q sau scăderea energiei interne D U. Această lege exclude crearea unei mașini cu mișcare perpetuă de primul fel.

28. Cantitatea de căldură. Căldura specifică substante. Legea conservării energiei în procesele termice (prima lege a termodinamicii).

Procesul de transfer de căldură de la un corp la altul fără a lucra se numește transfer de căldură. Energia transferată organismului ca rezultat al transferului de căldură se numește cantitatea de căldură. Dacă procesul de transfer de căldură nu este însoțit de muncă, atunci pe baza primei legi a termodinamicii. Energia internă a unui corp este proporțională cu masa corpului și cu temperatura acestuia, prin urmare . Valoare Cu se numește capacitate termică specifică, unitatea este . Capacitatea termică specifică arată câtă căldură trebuie transferată pentru a încălzi 1 kg dintr-o substanță cu 1 grad. Capacitatea termică specifică nu este o caracteristică clară și depinde de munca efectuată de organism în timpul transferului de căldură.

În implementarea transferului de căldură între două corpuri în condiții de egalitate la zero a muncii forțelor externe și în izolarea termică față de alte corpuri, conform legii conservării energiei . Dacă schimbarea energiei interne nu este însoțită de muncă, atunci , sau , de unde . Această ecuație se numește ecuația de echilibru termic.

29. Aplicarea primei legi a termodinamicii la izoprocese. proces adiabatic. Ireversibilitatea proceselor termice.

Unul dintre procesele principale care funcționează în majoritatea mașinilor este expansiunea unui gaz pentru a face lucru. Dacă în timpul expansiunii izobare a gazului din volum V 1 până la volum V 2 deplasarea pistonului cilindrului a fost l, apoi lucrează A gazul perfect este egal cu , sau . Dacă comparăm zonele de sub izobară și izotermă, care sunt lucrări, putem concluziona că la aceeași dilatare a gazului la aceeași presiune inițială, în cazul unui proces izoterm, se va lucra mai puțin. Pe lângă izobar, izocoric și procese izoterme există un așa-zis proces adiabatic. Se spune că un proces este adiabatic dacă nu există transfer de căldură. Procesul de expansiune sau compresie rapidă a gazului poate fi considerat apropiat de adiabatic. În acest proces, munca se realizează datorită unei schimbări a energiei interne, adică. , deci când proces adiabatic temperatura scade. Deoarece temperatura gazului crește în timpul comprimării adiabatice a unui gaz, presiunea gazului crește mai repede cu o scădere a volumului decât în ​​timpul unui proces izoterm.

Procesele de transfer de căldură au loc spontan într-o singură direcție. Căldura este întotdeauna transferată către un corp mai rece. A doua lege a termodinamicii spune că este imposibil proces termodinamic, în urma căruia căldura ar fi transferată de la un corp la altul, unul mai fierbinte, fără alte modificări. Această lege exclude crearea unei mașini cu mișcare perpetuă de al doilea fel.

30. Principiul de funcționare a motoarelor termice. eficiență termică motor.

În motoarele termice, lucrul este de obicei realizat de gazul în expansiune. Gazul care funcționează în timpul expansiunii se numește fluid de lucru. Expansiunea unui gaz are loc ca urmare a creșterii temperaturii și presiunii acestuia atunci când este încălzit. Un dispozitiv de la care fluidul de lucru primește o cantitate de căldură Q numit încălzitor. Dispozitivul căruia mașina degajă căldură după o cursă de lucru se numește frigider. În primul rând, presiunea crește izocoric, se extinde izobar, se răcește izocor, se contractă izobar.<рисунок с подъемником>. Ca urmare a ciclului de lucru, gazul revine la starea sa inițială, energia sa internă își ia valoarea inițială. Înseamnă că . Conform primei legi a termodinamicii, . Munca efectuată de organism pe ciclu este egală cu Q. Cantitatea de căldură primită de corp pe ciclu este egală cu diferența dintre cea primită de la încălzitor și cea dată la frigider. Prin urmare, . Coeficient acțiune utilă mașina se numește raportul dintre energia utilă folosită și energia cheltuită .

31. Evaporare și condensare. saturate si vapori nesaturați. Umiditatea aerului.

Distribuția neuniformă a energiei cinetice a mișcării termice duce la aceasta. Că la orice temperatură energia cinetică a unora dintre molecule poate depăși energia potențială de legare cu restul. Evaporarea este procesul prin care moleculele scapă de pe suprafața unui lichid sau solid. Evaporarea este însoțită de răcire, deoarece moleculele mai rapide părăsesc lichidul. Evaporarea unui lichid într-un vas închis la o temperatură constantă duce la o creștere a concentrației de molecule în stare gazoasă. După un timp, apare un echilibru între numărul de molecule care se evaporă și se întorc în lichid. O substanță gazoasă aflată în echilibru dinamic cu lichidul său se numește abur saturat. Abur la o presiune sub presiune abur saturat, se numește nesaturat. Presiunea vaporilor saturați nu depinde de volumul (de la ) la temperatură constantă. La o concentrație constantă de molecule, presiunea vaporilor saturați crește mai repede decât presiunea unui gaz ideal, deoarece numarul de molecule creste cu temperatura. Raportul dintre presiunea vaporilor de apă la o anumită temperatură și presiunea vaporilor de saturație la aceeași temperatură, exprimat în procente, se numește umiditate relativă aer . Cu cât temperatura este mai mică, cu atât presiunea vaporilor saturați este mai mică, astfel încât atunci când sunt răcite la o anumită temperatură, vaporii devin saturați. Această temperatură se numește punct de rouă. tp.

32. Cristal și corpuri amorfe. Proprietățile mecanice ale solidelor. Deformatii elastice.

Corpurile amorfe sunt acelea ale căror proprietăți fizice sunt aceleași în toate direcțiile (corpii izotropi). Izotropia proprietăților fizice se explică prin aranjarea aleatorie a moleculelor. Solidele în care moleculele sunt ordonate se numesc cristale. Proprietăți fizice corpuri cristaline nu sunt aceleași în direcții diferite (corpi anizotropi). Anizotropia proprietăților cristalelor se explică prin faptul că, cu o structură ordonată, forțele de interacțiune nu sunt aceleași în direcții diferite. Acțiunea mecanică externă asupra corpului determină deplasarea atomilor din poziția de echilibru, ceea ce duce la o modificare a formei și volumului corpului - deformare. Deformarea poate fi caracterizată prin alungire absolută, egală cu diferența dintre lungimile înainte și după deformare, sau prin alungire relativă. Când corpul este deformat, apar forțe elastice. O mărime fizică egală cu raportul dintre modulul de elasticitate și aria secțiunii transversale a corpului se numește stres mecanic. La deformari mici, tensiunea este direct proportionala cu alungirea relativa. Factorul de proporționalitate Eîn ecuație se numește modulul elastic (modulul Young). Modulul de elasticitate este constant pentru un material dat , Unde . Energia potențială a unui corp deformat este egală cu munca cheltuită în tensiune sau compresie. De aici .

Legea lui Hooke este îndeplinită numai pentru deformații mici. Tensiunea maximă la care este încă efectuată se numește limită proporțională. Dincolo de această limită, tensiunea încetează să crească proporțional. Până la un anumit nivel de solicitare, corpul deformat își va restabili dimensiunile după ce sarcina este îndepărtată. Acest punct se numește limita elastică a corpului. Când se depășește limita elastică, începe deformarea plastică, în care corpul nu își reface forma anterioară. În regiunea deformării plastice, tensiunea aproape nu crește. Acest fenomen se numește flux material. Dincolo de limita de curgere, stresul crește până la un punct numit rezistență finală, după care stresul scade până când corpul se rupe.

33. Proprietăţile lichidelor. Tensiune de suprafata. fenomene capilare.

Posibilitatea de mișcare liberă a moleculelor într-un lichid determină fluiditatea lichidului. trup în stare lichida nu are o formă permanentă. Forma lichidului este determinată de forma vasului și de forțe tensiune de suprafata. În interiorul lichidului, forțele atractive ale moleculelor sunt compensate, dar nu aproape de suprafață. Orice moleculă din apropierea suprafeței este atrasă de moleculele din interiorul lichidului. Sub acțiunea acestor forțe, moleculele sunt atrase în suprafață până când suprafața liberă devine minimul dintre toate posibilele. pentru că Dacă o minge are o suprafață minimă pentru un volum dat, atunci cu o acțiune mică a altor forțe, suprafața ia forma unui segment sferic. Suprafața lichidului de la marginea vasului se numește menisc. Fenomenul de umezire se caracterizează prin unghiul de contact dintre suprafață și menisc în punctul de intersecție. Mărimea forței de tensiune superficială într-o secțiune de lungime D l este egal cu . Curbura suprafeței creează o presiune în exces asupra lichidului, egală cu unghiul și raza de contact cunoscute . Coeficientul s se numește coeficient de tensiune superficială. Un capilar este un tub cu un diametru intern mic. Odată cu umezirea completă, forța de tensiune superficială este direcționată de-a lungul suprafeței corpului. În acest caz, ascensiunea lichidului prin capilar continuă sub acțiunea acestei forțe până când forța gravitației echilibrează forța tensiunii superficiale, tk. , apoi .

34. Sarcina electrică. Interacțiunea corpurilor încărcate. legea lui Coulomb. Legea conservării sarcinii electrice.

Nici mecanica, nici MKT nu sunt capabile să explice natura forțelor care leagă atomii. Legile interacțiunii atomilor și moleculelor pot fi explicate pe baza conceptului de sarcini electrice.<Опыт с натиранием ручки и притяжением бумажки>Interacțiunea corpurilor găsite în acest experiment se numește electromagnetică și este determinată de sarcini electrice. Capacitatea sarcinilor de a atrage și respinge este explicată prin presupunerea că există două tipuri de sarcini - pozitive și negative. corpuri acuzate. aceeasi taxa, respinge, diferit - atrage. Unitatea de încărcare este pandantivul - sarcina care trece prin secțiunea transversală a conductorului în 1 secundă la o putere de curent de 1 amper. LA sistem închis, în care sarcinile electrice nu intră din exterior și din care sarcinile electrice nu ies pentru nicio interacțiune, suma algebrică a sarcinilor tuturor corpurilor este constantă. Legea de bază a electrostaticii, cunoscută și sub numele de legea lui Coulomb, afirmă că modulul forței de interacțiune dintre două sarcini este direct proporțional cu produsul modulelor sarcinilor și invers proporțional cu pătratul distanței dintre ele. Forța este direcționată de-a lungul liniei drepte care leagă corpurile încărcate. Este forța de repulsie sau de atracție, în funcție de semnul sarcinilor. Constant kîn expresia legii lui Coulomb este egală cu . În locul acestui coeficient, așa-numitul. constantă electrică asociată coeficientului k expresie de unde. Interacțiunea sarcinilor electrice fixe se numește electrostatică.

35. Câmp electric. tensiune câmp electric. Principiul suprapunerii câmpurilor electrice.

În jurul fiecărei sarcini, pe baza teoriei acțiunii cu rază scurtă de acțiune, există un câmp electric. Câmpul electric este un obiect material care există constant în spațiu și este capabil să acționeze asupra altor sarcini. Câmpul electric se propagă în spațiu cu viteza luminii. O mărime fizică egală cu raportul dintre forța cu care acționează câmpul electric asupra unei sarcini de testare (o sarcină mică punctuală pozitivă care nu afectează configurația câmpului) și valoarea acestei sarcini se numește puterea câmpului electric. Folosind legea lui Coulomb, este posibil să se obțină o formulă pentru intensitatea câmpului creat de sarcină q pe distanta r din sarcina . Puterea câmpului nu depinde de sarcina asupra căreia acționează. Dacă la taxă q câmpurile electrice ale mai multor sarcini acționează simultan, atunci forța rezultată este egală cu suma geometrică a forțelor care acționează din fiecare câmp separat. Acesta se numește principiul suprapunerii câmpurilor electrice. Linia intensității câmpului electric este linia, tangenta la care în fiecare punct coincide cu vectorul intensității. Liniile de tensiune încep pe sarcini pozitive și se termină pe cele negative sau merg la infinit. Un câmp electric a cărui intensitate este aceeași pentru toți în orice punct al spațiului se numește câmp electric uniform. Aproximativ omogen poate fi considerat câmpul dintre două paralele încărcate opus plăci metalice. Cu o distribuție uniformă a sarcinii q pe suprafata zonei S densitatea de sarcină la suprafață este . Pentru un plan infinit cu o densitate de sarcină de suprafață s, intensitatea câmpului este aceeași în toate punctele din spațiu și este egală cu .

36. Munca câmp electrostatic la mutarea sarcinii. Diferenta potentiala.

Când o sarcină este mișcată de un câmp electric pe o distanță, munca efectuată este egală cu . Ca și în cazul muncii gravitației, munca forței Coulomb nu depinde de traiectoria sarcinii. Când direcția vectorului de deplasare se schimbă cu 180 0, munca forțelor câmpului schimbă semnul invers. Astfel, munca forțelor câmpului electrostatic la deplasarea sarcinii de-a lungul unui circuit închis este egală cu zero. Câmpul, al cărui lucru de forțe de-a lungul unei traiectorii închise este egal cu zero, se numește câmp potențial.

Exact ca un corp de masă mîn câmpul gravitațional are o energie potențială proporțională cu masa corpului, o sarcină electrică într-un câmp electrostatic are o energie potențială Wp, proporțional cu taxa. Lucrarea forțelor câmpului electrostatic este egală cu modificarea energiei potențiale a sarcinii, luată cu semnul opus. La un moment dat în câmpul electrostatic, sarcini diferite pot avea energii potențiale diferite. Dar raportul dintre energia potențială și încărcarea pentru un punct dat este o valoare constantă. Această mărime fizică se numește potențial de câmp electric, de unde energia potențială a sarcinii este egală cu produsul dintre potențialul dintr-un punct dat și sarcina. Potenţial - valoare scalară, potenţial al mai multor câmpuri este egală cu suma potențialele acestor domenii. Măsura schimbării energiei în timpul interacțiunii corpurilor este munca. Atunci când sarcina se mișcă, munca forțelor câmpului electrostatic este egală cu modificarea energiei cu semnul opus, prin urmare. pentru că munca depinde de diferența de potențial și nu depinde de traiectoria dintre ele, atunci diferența de potențial poate fi considerată o caracteristică energetică a câmpului electrostatic. Dacă potențialul la o distanță infinită de sarcină este luat egal cu zero, atunci la distanță r din sarcină, se determină prin formula .

37. Tensiune. Capacitate electrică. Condensatoare.

Raportul dintre munca efectuată de orice câmp electric la mișcare sarcină pozitivă de la un punct al câmpului la altul, la valoarea sarcinii se numește tensiunea dintre aceste puncte, de unde lucrează. Într-un câmp electrostatic, tensiunea dintre oricare două puncte este egală cu diferența de potențial dintre aceste puncte. Unitatea de tensiune (și diferența de potențial) se numește volt, . 1 volt este tensiunea la care câmpul efectuează 1 joule de lucru pentru a deplasa o sarcină de 1 coulomb. Pe de o parte, munca de deplasare a sarcinii este egală cu produsul dintre forță și deplasare. Pe de altă parte, poate fi găsit din tensiunea cunoscută între secțiunile de cale. De aici. Unitatea de măsură a intensității câmpului electric este volți pe metru ( Sunt).

Condensator - un sistem de doi conductori separați printr-un strat dielectric, a cărui grosime este mică în comparație cu dimensiunile conductorilor. Între plăci, intensitatea câmpului este egală cu de două ori puterea fiecăreia dintre plăci; în afara plăcilor, este egală cu zero. O mărime fizică egală cu raportul dintre sarcina uneia dintre plăci și tensiunea dintre plăci se numește capacitatea condensatorului. Unitatea de capacitate electrică este farad, un condensator are o capacitate de 1 farad, între plăcile cărora tensiunea este de 1 volt când plăcile sunt încărcate cu 1 pandantiv. Intensitatea câmpului dintre plăcile unui condensator solid este egală cu suma puterii plăcilor sale. , și de când pentru câmp omogen se execută, atunci , adică capacitatea este direct proporțională cu aria plăcilor și invers proporțională cu distanța dintre ele. Când un dielectric este introdus între plăci, capacitatea sa electrică crește cu un factor de e, unde e este constanta dielectrică materialul de intrare.

38. Constanta dielectrică. Energia câmpului electric.

Permitivitatea dielectrică este o mărime fizică care caracterizează raportul dintre modulul câmpului electric în vid și modulul câmpului electric într-un dielectric omogen. Lucrul câmpului electric este egal, dar când condensatorul este încărcat, tensiunea acestuia crește de la 0 inainte de U, de aceea . Prin urmare, energia potențială a condensatorului este egală cu .

39. Curent electric. Puterea curentă. Condiții pentru existența unui curent electric.

Curentul electric este mișcarea ordonată a sarcinilor electrice. Direcția curentului este considerată a fi mișcarea sarcinilor pozitive. Sarcinile electrice se pot mișca în mod ordonat sub influența unui câmp electric. Prin urmare, o condiție suficientă pentru existența unui curent este prezența unui câmp și purtători de încărcare liberi. Un câmp electric poate fi creat de două corpuri încărcate opus conectate. Raportul de încărcare D q, transferat prin secțiunea transversală a conductorului pentru intervalul de timp D t la acest interval se numește puterea curentului. Dacă puterea curentului nu se modifică în timp, atunci curentul se numește constant. Pentru ca un curent să existe într-un conductor pentru o perioadă lungă de timp, este necesar ca condițiile care provoacă curentul să fie neschimbate.<схема с один резистором и батареей>. Forțele care fac ca sarcina să se miște în interiorul sursei de curent se numesc forțe externe. Într-o celulă galvanică (și orice baterie - de exemplu???) sunt forțele unei reacții chimice, într-o mașină curent continuu este forța Lorentz.

40. Legea lui Ohm pentru o secțiune de lanț. rezistența conductorului. Dependența rezistenței conductoarelor de temperatură. Supraconductivitate. Conectarea în serie și paralelă a conductoarelor.

Raportul dintre tensiunea dintre capetele unei secțiuni ale unui circuit electric și puterea curentului este o valoare constantă și se numește rezistență. Unitatea de rezistență este 0 ohm, rezistența de 1 ohm are o astfel de secțiune a circuitului în care, la o putere de curent de 1 amper, tensiunea este de 1 volt. Rezistența este direct proporțională cu lungimea și invers proporțională cu aria secțiunii transversale, unde r este specificul rezistență electrică, valoarea este constantă pentru o substanță dată în condiții date. Când este încălzit rezistivitate metalele crește liniar, unde r 0 este rezistivitatea la 0 0 С, a este coeficientul de temperatură al rezistenței, specific fiecărui metal. Aproape de zero absolut temperaturi, rezistența substanțelor scade brusc la zero. Acest fenomen se numește supraconductivitate. Trecerea curentului în materialele supraconductoare are loc fără pierderi prin încălzirea conductorului.

Legea lui Ohm pentru o secțiune a unui circuit se numește ecuație. Când conductoarele sunt conectate în serie, puterea curentului este aceeași la toți conductorii, iar tensiunea la capetele circuitului este egală cu suma tensiunilor de pe toți conductorii conectați în serie. . Când conductoarele sunt conectate în serie, rezistența totală este egală cu suma rezistențelor componentelor. La conexiune paralelă tensiunea la capetele fiecărei secțiuni a circuitului este aceeași, iar curentul se ramifică în părți separate. De aici. Când conductoarele sunt conectate în paralel, reciproca rezistenței totale este egală cu suma reciprocelor rezistențelor tuturor conductorilor conectați în paralel.

41. Lucru și putere curentă. Forta electromotoare. legea lui Ohm pentru lanț complet.

Lucrarea forțelor câmpului electric care creează electricitate, se numește opera curentului. Muncă DAR curent în zona cu rezistență R in timp D t este egal cu . Puterea curentului electric este egală cu raportul dintre lucru și timpul de finalizare, adică. . Munca este exprimată, ca de obicei, în jouli, puterea - în wați. Dacă nu se lucrează în secțiunea de circuit sub acțiunea unui câmp electric și nr reacții chimice, atunci lucrarea duce la încălzirea conductorului. În acest caz, lucrul este egal cu cantitatea de căldură eliberată de conductorul purtător de curent (Legea Joule-Lenz).

Într-un circuit electric, se lucrează nu numai în secțiunea externă, ci și în baterie. Rezistența electrică a unei surse de curent se numește rezistență internă r. În secțiunea interioară a circuitului, se eliberează o cantitate de căldură egală cu. Muncă completă forțele câmpului electrostatic atunci când se deplasează de-a lungul unui circuit închis este zero, astfel încât toată munca se face datorită forțelor externe care mențin o tensiune constantă. Raportul dintre munca forțelor externe și sarcina transferată se numește forța electromotoare a sursei, unde D q- taxa transferabilă. Dacă în urma trecerii curentului continuu a avut loc numai încălzirea conductoarelor, atunci conform legii conservării energiei , adică . Curentul dintr-un circuit electric este direct proporțional cu EMF și invers proporțional cu impedanța circuitului.

42. Semiconductoare. Conductivitatea electrică a semiconductorilor și dependența acesteia de temperatură. Conductibilitatea intrinsecă și a impurităților semiconductorilor.

Multe substanțe nu conduc curentul la fel de bine ca metalele, dar în același timp nu sunt dielectrice. Una dintre diferențele dintre semiconductori este că atunci când sunt încălzite sau iluminate, rezistivitatea lor nu crește, ci scade. Dar principala lor proprietate aplicabilă practic s-a dovedit a fi conductivitatea unilaterală. Datorită distribuției neuniforme a energiei mișcării termice într-un cristal semiconductor, unii atomi sunt ionizați. Electronii eliberați nu pot fi captați de atomii din jur, deoarece legăturile lor de valență sunt saturate. Acești electroni liberi se pot deplasa în metal, creând un curent de conducere a electronilor. În același timp, un atom, din învelișul căruia a scăpat un electron, devine un ion. Acest ion este neutralizat prin captarea unui atom al unui vecin. Ca urmare a unei astfel de mișcări haotice, există o mișcare a unui loc cu un ion lipsă, care este vizibilă în exterior ca o mișcare a unei sarcini pozitive. Acesta se numește curent de conducție în gaură. Într-un cristal semiconductor ideal, curentul este generat de mișcarea unui număr egal de electroni liberi și găuri. Acest tip de conducere se numește conducție intrinsecă. Pe măsură ce temperatura scade, numărul de electroni liberi, proporțional cu energia medie a atomilor, scade și semiconductorul devine similar cu un dielectric. La un semiconductor se adaugă uneori impurități pentru îmbunătățirea conductivității, care sunt donor (măresc numărul de electroni fără a crește numărul de găuri) și acceptor (măresc numărul de găuri fără a crește numărul de electroni). Semiconductorii în care numărul de electroni depășește numărul de găuri se numesc semiconductori electronici sau semiconductori de tip n. Semiconductorii în care numărul de găuri depășește numărul de electroni se numesc semiconductori de găuri sau semiconductori de tip p.

43. Dioda semiconductoare. tranzistor.

O diodă semiconductoare este formată din pn tranziție, adică din doi semiconductori conectați tip diferit conductivitate. Când sunt combinați, electronii difuzează în R-semiconductor. Acest lucru duce la apariția în semiconductorul electronic a necompensate ionii pozitivi impuritate donor, iar în gaură - ioni negativi ai impurității acceptoare, care au captat electronii difuzați. Între cele două straturi se dezvoltă un câmp electric. Dacă o sarcină pozitivă este aplicată regiunii cu conductivitate electronică și o sarcină negativă este aplicată regiunii cu conductivitate a găurii, atunci câmpul de blocare va crește, puterea curentului va scădea brusc și este aproape independentă de tensiune. Această metodă de pornire se numește blocare, iar curentul care curge în diodă se numește invers. Dacă se aplică o sarcină pozitivă regiunii cu conductivitate a găurii și o sarcină negativă este aplicată regiunii cu electronică, atunci câmpul de blocare se va slăbi, curentul prin diodă în acest caz depinde doar de rezistența circuitului extern. Această metodă de pornire se numește debit, iar curentul care curge în diodă se numește direct.

Un tranzistor, cunoscut și sub numele de triodă semiconductoare, este format din două pn(sau n-p) tranziții. Partea de mijloc a cristalului se numește bază, cele extreme sunt emițătorul și colectorul. Tranzistoarele la care baza are conductivitate se numesc tranzistori. p-n-p tranziție. Pentru a conduce un tranzistor p-n-p-tip, la colector i se aplica o tensiune de polaritate negativa fata de emitator. Tensiunea de bază poate fi pozitivă sau negativă. pentru că există mai multe găuri, atunci curentul principal prin joncțiune va fi fluxul de difuzie al găurilor din R- zone. Dacă emițătorului i se aplică o tensiune directă mică, atunci un curent de gaură va curge prin el, difuzând R-zone în n-zonă (bază). Dar de atunci baza este îngustă, apoi găurile zboară prin ea, accelerate de câmp, în colector. (???, ceva aici am inteles gresit...). Tranzistorul este capabil să distribuie curentul, amplificându-l astfel. Raportul dintre modificarea curentului în circuitul colector și schimbarea curentului în circuitul de bază, toate celelalte lucruri fiind egale, este o valoare constantă, numită coeficient integral de transfer al curentului de bază. Prin urmare, prin modificarea curentului din circuitul de bază, este posibil să se obțină modificări ale curentului din circuitul colectorului. (???)

44. Curentul electric în gaze. Tipuri de descărcări de gaze si aplicarea acestora. Conceptul de plasmă.

Gazul sub influența luminii sau a căldurii poate deveni un conductor de curent. Fenomenul de trecere a curentului printr-un gaz sub condiția influenței externe se numește descărcare electrică neautosusținută. Procesul de formare a ionilor de gaz sub influența temperaturii se numește ionizare termică. Apariția ionilor sub influența radiației luminoase este fotoionizarea. Un gaz în care o parte semnificativă a moleculelor este ionizată se numește plasmă. Temperatura plasmei atinge câteva mii de grade. Electronii și ionii din plasmă sunt capabili să se miște sub influența unui câmp electric. Odată cu creșterea intensității câmpului, în funcție de presiunea și natura gazului, are loc o descărcare în el fără influența ionizatorilor externi. Acest fenomen se numește descărcare electrică auto-susținută. Pentru ca un electron să ionizeze un atom atunci când îl lovește, acesta trebuie să aibă o energie nu mai mică decât munca de ionizare. Această energie poate fi dobândită de un electron sub influența forțelor unui câmp electric extern dintr-un gaz pe drumul său liber, adică. . pentru că calea liberă medie este mică, autodescărcarea este posibilă numai la intensități mari ale câmpului. La presiunea scăzută a gazului, se formează o descărcare strălucitoare, care se explică printr-o creștere a conductibilității gazului în timpul rarefării (calea liberă medie crește). Dacă puterea curentului în auto-descărcare este foarte mare, atunci impactul electronilor poate provoca încălzirea catodului și anodului. Electronii sunt emiși de la suprafața catodului la temperatură ridicată, ceea ce menține descărcarea în gaz. Acest tip de descărcare se numește arc.

45. Curentul electric în vid. Emisia termoionică. Tub catodic.

Nu există suporturi de încărcare gratuite în vid, deci fără influență externă nu există curent în vid. Poate apărea dacă unul dintre electrozi este încălzit temperatura ridicata. Catodul încălzit emite electroni de pe suprafața sa. Fenomenul de emisie de electroni liberi de la suprafața corpurilor încălzite se numește emisie termoionică. Cel mai simplu dispozitiv care utilizează emisie termoionică este o diodă electrovacuum. Anodul este format dintr-o placă metalică, catodul este realizat dintr-un fir subțire spiralat. Un nor de electroni este creat în jurul catodului atunci când este încălzit. Dacă conectați catodul la borna pozitivă a bateriei și anodul la borna negativă, atunci câmpul din interiorul diodei va muta electronii către catod și nu va exista curent. Dacă conectați opusul - anodul la plus și catodul la minus - atunci câmpul electric va muta electronii către anod. Aceasta explică proprietatea conducerii unilaterale a diodei. Fluxul de electroni care se deplasează de la catod la anod poate fi controlat folosind câmp electromagnetic. Pentru a face acest lucru, dioda este modificată și se adaugă o grilă între anod și catod. Dispozitivul rezultat se numește triodă. Dacă pe rețea i se aplică un potențial negativ, atunci câmpul dintre rețea și catod va împiedica mișcarea electronului. Dacă aplicați pozitiv, atunci câmpul va împiedica mișcarea electronilor. Electronii emiși de catod pot fi accelerați la viteze mari prin intermediul câmpurilor electrice. Capacitatea fasciculelor de electroni de a devia sub influența câmpurilor electromagnetice este utilizată într-un CRT.

46. ​​​​Interacțiunea magnetică a curenților. Un câmp magnetic. Forța care acționează asupra unui conductor care poartă curent într-un câmp magnetic. Inducerea câmpului magnetic.

Dacă un curent trece prin conductori în aceeași direcție, atunci aceștia se atrag, iar dacă sunt egali, atunci se resping. În consecință, există o anumită interacțiune între conductori, care nu poate fi explicată prin prezența unui câmp electric, deoarece. În general, conductorii sunt neutri din punct de vedere electric. Un câmp magnetic este creat de sarcini electrice în mișcare și acționează numai asupra sarcinilor în mișcare. Câmpul magnetic este un tip special de materie și este continuu în spațiu. Trecerea unui curent electric printr-un conductor este însoțită de generarea unui câmp magnetic, indiferent de mediu. Interacțiunea magnetică a conductorilor este utilizată pentru a determina mărimea puterii curentului. 1 amper - puterea curentului care trece prin doi conductori paraleli ¥ de lungime, și de secțiune transversală mică, situate la o distanță de 1 metru unul de celălalt, la care fluxul magnetic determină o forță de interacțiune în jos egală cu fiecare metru de lungime . Forța cu care acționează un câmp magnetic asupra unui conductor care poartă curent se numește forță amperului. Pentru a caracteriza capacitatea unui câmp magnetic de a afecta un conductor cu curent, există o cantitate numită inducție magnetică. Modulul de inducție magnetică este egal cu raportul dintre valoarea maximă a forței Ampere care acționează asupra unui conductor purtător de curent și puterea curentului din conductor și lungimea acestuia. Direcția vectorului de inducție este determinată de regula mâinii stângi (pe mână este un conductor, pe degetul mare este puterea, în palmă este inducția). Unitatea de inducție magnetică este tesla. egală cu inducția astfel de flux magnetic, în care forța maximă Ampere de 1 Newton acționează pe 1 metru de conductor la o putere de curent de 1 Amper. O linie în orice punct al căreia vectorul de inducție magnetică este direcționat tangențial se numește linie de inducție magnetică. Dacă în toate punctele unui spațiu vectorul de inducție are aceeași valoare în valoare absolută și aceeași direcție, atunci câmpul din această parte se numește omogen. În funcție de unghiul de înclinare al conductorului purtător de curent față de vectorul inducției magnetice, forța Ampère se modifică proporțional cu sinusul unghiului.

47. legea lui Ampere. Acțiunea unui câmp magnetic asupra unei sarcini în mișcare. forța Lorentz.

Acțiunea unui câmp magnetic asupra unui curent dintr-un conductor indică faptul că acesta acționează asupra sarcinilor în mișcare. Puterea curentă euîn conductor este legat de concentraţie n particule încărcate libere, viteză v mișcarea lor ordonată și zona S secțiunea transversală a conductorului prin expresia , unde q este sarcina unei particule. Înlocuind această expresie în formula forței Ampère, obținem . pentru că nSl este egal cu numărul de particule libere dintr-un conductor de lungime l, apoi forța care acționează din partea câmpului asupra unei particule încărcate care se mișcă cu o viteză v la un unghi a faţă de vectorul de inducţie magnetică B este egal cu . Această forță se numește forța Lorentz. Direcția forței Lorentz pentru o sarcină pozitivă este determinată de regula mâinii stângi. Într-un câmp magnetic uniform, o particulă care se mișcă perpendicular pe liniile de inducție a câmpului magnetic capătă accelerație centripetă sub acțiunea forței Lorentz și se mișcă în cerc. Raza cercului și perioada de revoluție sunt determinate de expresii . Independența perioadei de revoluție față de rază și viteză este utilizată în acceleratorul de particule încărcate - ciclotronul.

48. Proprietățile magnetice ale materiei. Ferromagneți.

Interacțiunea electromagnetică depinde de mediul în care sunt situate sarcinile. Dacă agățați o bobină mică lângă o bobină mare, aceasta se va abate. Dacă un miez de fier este introdus într-unul mare, atunci abaterea va crește. Această modificare arată că inducția se modifică pe măsură ce este introdus miezul. Substanțele care cresc semnificativ câmpul magnetic extern se numesc feromagneți. O mărime fizică care arată de câte ori diferă inductanța unui câmp magnetic într-un mediu de inductanța unui câmp în vid se numește permeabilitate magnetică. Nu toate substanțele amplifică câmpul magnetic. Paramagneții creează un câmp slab care coincide în direcție cu cel extern. Diamagneții slăbesc câmpul exterior cu câmpul lor. Ferromagnetismul se explică prin proprietățile magnetice ale electronului. Un electron este o sarcină în mișcare și, prin urmare, are propriul său câmp magnetic. În unele cristale există condiții pentru orientarea paralelă a câmpurilor magnetice ale electronilor. Ca urmare a acestui fapt, în interiorul cristalului feromagnet apar regiuni magnetizate, numite domenii. Pe măsură ce câmpul magnetic extern crește, domeniile își ordonează orientarea. La o anumită valoare a inducției, are loc ordonarea completă a orientării domeniilor și se instalează saturația magnetică. Când un feromagnet este îndepărtat dintr-un câmp magnetic extern, nu toate domeniile își pierd orientarea, iar corpul devine magnet permanent. Ordinea orientării domeniului poate fi perturbată de vibrațiile termice ale atomilor. Temperatura la care o substanță încetează să mai fie feromagnet se numește temperatura Curie.

49. Inducția electromagnetică. flux magnetic. Lege inductie electromagnetica. regula lui Lenz.

Într-un circuit închis, când câmpul magnetic se modifică, apare un curent electric. Acest curent se numește curent inductiv. Fenomenul de apariție a curentului într-un circuit închis cu modificări ale câmpului magnetic care pătrunde în circuit se numește inducție electromagnetică. Apariția unui curent într-un circuit închis indică prezența unor forțe externe de natură neelectrostatică sau apariția inducția EMF. O descriere cantitativă a fenomenului de inducție electromagnetică este dată pe baza stabilirii unei legături între EMF de inducție și fluxul magnetic. flux magnetic F prin suprafață se numește mărime fizică egală cu produsul suprafeței S pe modulul vectorului de inducție magnetică B iar prin cosinusul unghiului a dintre acesta si normala la suprafata . Unitatea de flux magnetic este un weber, egal cu fluxul, care, atunci când scade uniform la zero în 1 secundă, provoacă o fem de 1 volt. Direcţie curent de inducție depinde dacă fluxul care pătrunde în contur crește sau scade și, de asemenea, de direcția câmpului față de contur. Formularea generală a regulii lui Lenz: curentul inductiv care apare într-un circuit închis are o astfel de direcție încât fluxul magnetic creat de acesta prin zona delimitată de circuit tinde să compenseze modificarea fluxului magnetic care provoacă acest curent. Legea inducției electromagnetice: EMF de inducție într-un circuit închis este direct proporțională cu rata de schimbare a fluxului magnetic prin suprafața delimitată de acest circuit și este egală cu rata de modificare a acestui flux, ținând cont de Lenz. regulă. La schimbarea EMF într-o bobină constând din n spire identice, FEM total în n de ori mai mult EMF într-o singură bobină. Pentru un câmp magnetic uniform, pe baza definiției fluxului magnetic, rezultă că inducția este de 1 tesla dacă fluxul printr-un circuit de 1 metru pătrat este de 1 weber. Apariția unui curent electric într-un conductor fix nu se explică prin interacțiune magnetică, deoarece Câmpul magnetic acționează numai asupra sarcinilor în mișcare. Câmpul electric care apare atunci când câmpul magnetic se modifică se numește câmp electric vortex. Lucrarea forțelor câmpului vortex asupra mișcării sarcinilor este EMF de inducție. Câmpul vortex nu este conectat cu sarcini și este o linie închisă. Lucrarea forțelor acestui câmp de-a lungul unui contur închis poate fi diferită de zero. Fenomenul de inducție electromagnetică apare și atunci când sursa de flux magnetic este în repaus și conductorul se mișcă. În acest caz, cauza inducției EMF, egală cu , este forța Lorentz.

50. Fenomenul de autoinducere. Inductanţă. Energia câmpului magnetic.

Un curent electric care trece printr-un conductor creează un câmp magnetic în jurul acestuia. flux magnetic F prin contur este proporţională cu vectorul de inducţie magnetică LA, și inducție, la rândul său, puterea curentului în conductor. Prin urmare, pentru fluxul magnetic, putem scrie . Coeficientul de proporționalitate se numește inductanță și depinde de proprietățile conductorului, de dimensiunile acestuia și de mediul în care se află. Unitatea de inductanță este henry, inductanța este 1 henry, dacă la o putere de curent de 1 amper fluxul magnetic este de 1 weber. Când puterea curentului din bobină se modifică, fluxul magnetic creat de acest curent se modifică. O modificare a fluxului magnetic determină apariția unei inducție EMF în bobină. Fenomenul de apariție a unei inducție EMF într-o bobină ca urmare a unei modificări a puterii curentului în acest circuit se numește auto-inducție. În conformitate cu regula Lenz, EMF de auto-inducție previne creșterea când circuitul este pornit și scăderea când circuitul este oprit. EMF de auto-inducție care apare într-o bobină cu inductanță L, conform legii inducției electromagnetice este egală cu . Să presupunem că atunci când rețeaua este deconectată de la sursă, curentul scade conform unei legi liniare. Atunci EMF de auto-inducție are o valoare constantă egală cu . Pe parcursul tîntr-o scădere liniară a circuitului, va trece o sarcină. În acest caz, lucrul curentului electric este egal cu . Această lucrare este făcută pentru lumina energiei W m câmpul magnetic al bobinei.

51. Vibrații armonice. Amplitudinea, perioada, frecventa si faza oscilatiilor.

Vibrațiile mecanice sunt mișcările corpurilor care se repetă exact sau aproximativ la fel la intervale regulate. Forțele care acționează între corpuri în cadrul sistemului considerat de corpuri se numesc forțe interne. Forțele care acționează asupra corpurilor sistemului din alte corpuri se numesc forțe externe. Vibrațiile libere se numesc vibrații care au apărut sub influența forțe interne, de exemplu - un pendul pe un fir. Oscilațiile sub acțiunea forțelor externe sunt oscilații forțate, de exemplu, un piston într-un motor. O caracteristică comună a tuturor tipurilor de oscilații este repetabilitatea procesului de mișcare după un anumit interval de timp. Oscilațiile descrise de ecuație se numesc armonice. . În special, vibrațiile care apar într-un sistem cu o forță de restabilire proporțională cu deformarea sunt armonice. Intervalul minim prin care se repetă mișcarea corpului se numește perioadă de oscilație. T. Mărimea fizică care este reciproca perioadei de oscilație și caracterizează numărul de oscilații pe unitatea de timp se numește frecvență. Frecvența se măsoară în herți, 1 Hz = 1 s -1. Se folosește și conceptul de frecvență ciclică, care determină numărul de oscilații în 2p secunde. Modulul de deplasare maximă din poziţia de echilibru se numeşte amplitudine. Valoarea sub semnul cosinus este faza oscilațiilor, j 0 este faza inițială a oscilațiilor. Derivatele se modifică, de asemenea, armonic, și , iar energia mecanică totală cu o abatere arbitrară X(unghi, coordonată etc.) este , Unde DARși LA sunt constante determinate de parametrii sistemului. Diferențiând această expresie și ținând cont de absența forțelor externe, se poate nota ce , de unde .

52. Pendul matematic. Vibrația unei sarcini pe un arc. Perioada de oscilație a unui pendul matematic și a unei greutăți pe un arc.

Un corp de dimensiuni mici, suspendat pe un fir inextensibil, a cărui masă este neglijabilă în comparație cu masa corpului, se numește pendul matematic. Poziția verticală este poziția de echilibru, în care forța gravitației este echilibrată de forța elasticității. Cu mici abateri ale pendulului de la poziția de echilibru, apare o forță rezultantă, îndreptată spre poziția de echilibru, iar oscilațiile sale sunt armonice. Perioada oscilațiilor armonice ale unui pendul matematic la un unghi mic de balansare este egală cu . Pentru a obține această formulă, scriem a doua lege a lui Newton pentru pendul. Pendulul este acționat de forța gravitației și de tensiunea corzii. Rezultanta lor la un unghi mic de deviere este . Prin urmare, , Unde .

Cu vibrațiile armonice ale unui corp suspendat pe un arc, forța elastică este egală conform legii lui Hooke. Conform celei de-a doua legi a lui Newton.

53. Conversia energiei în timpul vibrațiilor armonice. Vibrații forțate. Rezonanţă.

Când pendulul matematic se abate de la poziţia de echilibru, energia sa potenţială creşte, deoarece distanța până la pământ crește. La trecerea în poziția de echilibru, viteza pendulului crește, iar energia cinetică crește, datorită scăderii rezervei de potențial. În poziția de echilibru, energia cinetică este maximă, energia potențială este minimă. În poziția de abatere maximă - invers. Cu primăvara - la fel, dar nu energia potențială din câmpul gravitațional al Pământului, ci energia potențială a izvorului este luată. Vibrațiile libere se dovedesc întotdeauna atenuate, adică. cu amplitudine descrescătoare, deoarece energia este cheltuită pentru interacțiunea cu corpurile înconjurătoare. Pierderea de energie în acest caz este egală cu munca forțelor externe în același timp. Amplitudinea depinde de frecvența schimbării forței. El atinge amplitudinea maximă la frecvența oscilațiilor forței externe, care coincide cu frecvența naturală a oscilațiilor sistemului. Fenomenul de creștere a amplitudinii oscilațiilor forțate în condițiile descrise se numește rezonanță. Din moment ce la rezonanţă forta externa efectuează munca pozitivă maximă pentru perioada, atunci condiția de rezonanță poate fi definită ca condiția pentru transferul maxim de energie către sistem.

54. Propagarea vibrațiilor în medii elastice. Unde transversale și longitudinale. Lungime de undă. Relația lungimii de undă cu viteza de propagare a acesteia. Unde sonore. Viteza sunetului. Ecografie

Excitarea oscilațiilor într-un loc al mediului provoacă oscilații forțate ale particulelor învecinate. Procesul de propagare a vibrațiilor în spațiu se numește undă. Undele în care vibrațiile apar perpendicular pe direcția de propagare se numesc unde transversale. Undele în care se produc vibrații de-a lungul direcției de propagare a undelor se numesc unde longitudinale. Unde longitudinale poate apărea în toate mediile, transversal - în solide sub acţiunea forţelor elastice în timpul deformării sau a forţelor de tensiune superficială şi gravitaţie. Viteza de propagare a oscilațiilor v în spațiu se numește viteza undei. Distanța l dintre punctele cele mai apropiate unul de celălalt, oscilând în aceleași faze, se numește lungime de undă. Dependența lungimii de undă de viteză și perioadă este exprimată ca , sau . Când apar undele, frecvența lor este determinată de frecvența oscilațiilor sursei, iar viteza este determinată de mediul în care se propagă, astfel încât undele de aceeași frecvență pot avea în medii diferite. lungime diferită. Procesele de compresie și rarefacție în aer se propagă în toate direcțiile și se numesc unde sonore. Undele sonore sunt longitudinale. Viteza sunetului, ca și viteza oricărui val, depinde de mediu. În aer, viteza sunetului este de 331 m/s, în apă - 1500 m/s, în oțel - 6000 m/s. Presiunea sonoră este presiunea suplimentară într-un gaz sau lichid cauzată de o undă sonoră. Intensitatea sunetului este măsurată prin energia transportată de undele sonore pe unitatea de timp printr-o unitate de suprafață a unei secțiuni perpendiculare pe direcția de propagare a undelor și se măsoară în wați pe metru pătrat. Intensitatea unui sunet determină intensitatea acestuia. Înălțimea sunetului este determinată de frecvența vibrațiilor. Ultrasunetele și infrasunetele sunt numite vibrații sonore care se situează dincolo de limitele audibilității cu frecvențe de 20 kiloherți, respectiv 20 herți.

55. Oscilații electromagnetice libere în circuit. Conversia energiei într-un circuit oscilator. Frecvența naturală a oscilațiilor în circuit.

Un circuit electric oscilant este un sistem format dintr-un condensator și o bobină conectate într-un circuit închis. Când o bobină este conectată la un condensator, în bobină este generat un curent și energia câmpului electric este convertită în energia unui câmp magnetic. Condensatorul nu se descarcă instantaneu, deoarece. acest lucru este împiedicat de EMF de auto-inducție în bobină. Când condensatorul este complet descărcat, EMF de auto-inducție va împiedica scăderea curentului, iar energia câmpului magnetic se va transforma în energie electrică. Curentul care apare în acest caz va încărca condensatorul, iar semnul încărcării de pe plăci va fi opus celui original. După aceea, procesul se repetă până când toată energia este cheltuită pentru încălzirea elementelor circuitului. Astfel, energia câmpului magnetic din circuitul oscilator este convertită în energie electrică și invers. Pentru energie deplină sistem, se pot scrie relațiile: , de unde pentru un moment arbitrar de timp . După cum se știe, pentru un lanț complet . Presupunând că în cazul ideal R"0, în sfârșit obținem , sau . Soluția la asta ecuație diferențială este o funcție , Unde . Valoarea lui w se numește propria frecvență circulară (ciclică) a oscilațiilor în circuit.

56. Oscilații electrice forțate. Curent electric alternativ. Generator curent alternativ. alimentare de curent alternativ.

AC in circuite electrice este rezultatul excitaţiei în ele a oscilaţiilor electromagnetice forţate. Lasă o bobină plată să aibă o zonă Sși vectorul de inducție B face un unghi j cu perpendiculara pe planul bobinei. flux magnetic F prin aria bobinei în acest caz este determinată de expresia . Când bobina se rotește cu o frecvență n, unghiul j se modifică conform legii ., atunci expresia fluxului va lua forma. Modificările fluxului magnetic creează o FEM de inducție egală cu minus rata de modificare a fluxului. Prin urmare, modificarea EMF de inducție va avea loc conform legii armonice. Tensiunea luată de la ieșirea generatorului este proporțională cu numărul de spire de înfășurare. Când tensiunea se modifică conform legii armonice intensitatea câmpului în conductor variază după aceeași lege. Sub acțiunea câmpului, apare ceva a cărui frecvență și fază coincid cu frecvența și faza oscilațiilor de tensiune. Fluctuațiile de curent din circuit sunt forțate, care apar sub influența unei tensiuni alternative aplicate. Dacă fazele curentului și ale tensiunii coincid, puterea curentului alternativ este egală cu sau . Valoarea medie a cosinusului pătrat de-a lungul perioadei este 0,5, deci . Valoarea efectivă a intensității curentului se numește puterea curentului continuu, care eliberează aceeași cantitate de căldură în conductor ca și curentul alternativ. La amplitudine Imax oscilații armonice ale curentului, tensiunea efectivă este egală cu. Valoarea curentă a tensiunii este, de asemenea, de câteva ori mai mică decât valoarea sa de amplitudine.Puterea medie a curentului atunci când fazele de oscilație coincid este determinată prin tensiunea efectivă și puterea curentului.

5 7. Rezistență activă, inductivă și capacitivă.

rezistență activă R numită mărime fizică egală cu raportul dintre putere și pătratul curentului, care se obține din expresia pentru putere. La frecvențe joase, practic nu depinde de frecvență și coincide cu rezistența electrică a conductorului.

Lasă o bobină să fie conectată la un circuit de curent alternativ. Apoi, când puterea curentului se modifică conform legii, în bobină apare fem-ul de auto-inducție. pentru că rezistența electrică a bobinei este zero, atunci EMF este egal cu minus tensiunea de la capetele bobinei, creată de un generator extern (??? Ce alt generator???). Prin urmare, o modificare a curentului provoacă o schimbare a tensiunii, dar cu o schimbare de fază . Produsul este amplitudinea fluctuațiilor de tensiune, adică. . Raportul dintre amplitudinea fluctuațiilor de tensiune pe bobină și amplitudinea fluctuațiilor curentului se numește reactanță inductivă .

Să fie un condensator în circuit. Cand este pornit se incarca un sfert din perioada, apoi descarca aceeasi cantitate, apoi acelasi lucru, dar cu o schimbare de polaritate. Când tensiunea pe condensator se modifică conform legii armonice sarcina de pe plăcile sale este egală cu . Curentul din circuit apare atunci când sarcina se modifică: , la fel ca în cazul unei bobine, amplitudinea oscilațiilor curentului este egală cu . Valoarea egală cu raportul dintre amplitudine și puterea curentului se numește capacitate .

58. Legea lui Ohm pentru curent alternativ.

Luați în considerare un circuit format dintr-un rezistor, o bobină și un condensator conectat în serie. În orice moment dat, tensiunea aplicată este egală cu suma tensiunilor pe fiecare element. Fluctuațiile curente în toate elementele apar conform legii. Fluctuațiile de tensiune pe rezistor sunt în fază cu fluctuațiile curentului, fluctuațiile de tensiune pe condensator sunt în urmă cu fluctuațiile curentului în fază, fluctuațiile de tensiune pe bobină conduc fluctuațiile curentului în fază cu (de ce sunt în urmă?). Prin urmare, condiția de egalitate a sumei tensiunilor față de total poate fi scrisă ca. Folosind diagrama vectorială, puteți vedea că amplitudinea tensiunii din circuit este , sau , i.e. . Se notează impedanța circuitului . Din diagramă este evident că și tensiunea fluctuează conform legii armonice . Faza inițială j poate fi găsită prin formula . Puterea instantanee în circuitul de curent alternativ este egală cu. Deoarece valoarea medie a cosinusului pătrat în perioada este 0,5, . Dacă există o bobină și un condensator în circuit, atunci conform legii lui Ohm pentru curent alternativ. Valoarea se numește factor de putere.

59. Rezonanța într-un circuit electric.

Rezistențele capacitive și inductive depind de frecvența tensiunii aplicate. Prin urmare, la o amplitudine constantă a tensiunii, amplitudinea intensității curentului depinde de frecvență. La o astfel de valoare a frecvenței, la care, suma tensiunilor de pe bobină și condensator devine egală cu zero, deoarece oscilațiile lor sunt opuse ca fază. Ca rezultat, tensiunea rezistenței active la rezonanță se dovedește a fi egală cu tensiunea maximă, iar puterea curentului atinge valoarea maximă. Exprimăm rezistențele inductive și capacitive la rezonanță: , Prin urmare . Această expresie arată că la rezonanță, amplitudinea fluctuațiilor de tensiune pe bobină și condensator poate depăși amplitudinea fluctuațiilor de tensiune aplicate.

60. Transformator.

Transformatorul este format din două bobine cu un număr diferit de spire. Când se aplică o tensiune uneia dintre bobine, în ea este generat un curent. Dacă tensiunea se modifică conform legii armonice, atunci curentul se va modifica și el conform aceleiași legi. Fluxul magnetic care trece prin bobină este . Când fluxul magnetic se modifică în fiecare tură a primei bobine, apare f.e.m. de auto-inducție. Produsul este amplitudinea EMF într-o tură, EMF totală în bobina primară. Prin urmare, bobina secundară este străpunsă de același flux magnetic. pentru că atunci fluxurile magnetice sunt aceleași. Rezistență activăÎnfășurarea este mică în comparație cu reactanța inductivă, deci tensiunea este aproximativ egală cu EMF. De aici. Coeficient La numit raport de transformare. Pierderile de încălzire ale firelor și miezurilor sunt mici, așadar F1" F 2. Fluxul magnetic este proporțional cu curentul din înfășurare și cu numărul de spire. Prin urmare, i.e. . Acestea. transformatorul crește tensiunea în La ori, reducând curentul cu aceeași cantitate. Puterea curentă în ambele circuite, neglijând pierderile, este aceeași.

61. Unde electromagnetice. Viteza de răspândire a acestora. Proprietățile undelor electromagnetice.

Orice modificare a fluxului magnetic în circuit determină apariția unui curent de inducție în acesta. Apariția sa se explică prin apariția unui câmp electric vortex cu orice modificare a câmpului magnetic. O vatră electrică vortex are aceeași proprietate ca una obișnuită - de a genera un câmp magnetic. Astfel, odată început, procesul de generare reciprocă a câmpurilor magnetice și electrice continuă neîntrerupt. electrice și campuri magnetice, care alcătuiesc undele electromagnetice, pot exista și în vid, spre deosebire de alte procese ondulatorii. Din experimente cu interferență s-a stabilit viteza de propagare a undelor electromagnetice, care a fost de aproximativ . În cazul general, viteza unei unde electromagnetice într-un mediu arbitrar este calculată prin formula . Densitatea de energie a componentelor electrice și magnetice sunt egale între ele: , Unde . Proprietățile undelor electromagnetice sunt similare cu cele ale altor procese ondulatorii. La trecerea prin interfața dintre două medii, acestea sunt parțial reflectate, parțial refractate. Ele nu sunt reflectate de suprafața dielectricului, dar sunt aproape complet reflectate de metale. Undele electromagnetice au proprietăți de interferență (experimentul Hertz), difracție (placă de aluminiu), polarizare (grilă).

62. Principiile comunicaţiilor radio. Cel mai simplu receptor radio.

Pentru implementarea comunicațiilor radio, este necesar să se asigure posibilitatea de radiație a undelor electromagnetice. Cu cât unghiul dintre plăcile condensatorului este mai mare, cu atât undele EM se propagă mai liber în spațiu. În realitate, un circuit deschis este format dintr-o bobină și un fir lung - o antenă. Un capăt al antenei este împământat, celălalt este ridicat deasupra suprafeței Pământului. pentru că Deoarece energia undelor electromagnetice este proporțională cu puterea a patra a frecvenței, atunci în timpul oscilațiilor curentului alternativ al frecvențelor sonore, undele EM practic nu apar. Prin urmare, se folosește principiul modulației - frecvență, amplitudine sau fază. Cel mai simplu generator de oscilații modulate este prezentat în figură. Fie ca frecvența de oscilație a circuitului să se schimbe conform legii. Să se schimbe și frecvența vibrațiilor sonore modulate ca , și W<(ce dracu este asta mai exact???)(G este reciproca rezistenței). Inlocuind in aceasta expresie valorile tensiunilor, unde , se obtine . pentru că la rezonanță, frecvențele departe de frecvența de rezonanță sunt tăiate, apoi din expresia pentru i al doilea, al treilea și al cincilea termen dispar; .

Luați în considerare un simplu receptor radio. Este alcătuit dintr-o antenă, un circuit oscilator cu un condensator variabil, o diodă detector, un rezistor și un telefon. Frecvența circuitului oscilator este selectată în așa fel încât să coincidă cu frecvența purtătoare, în timp ce amplitudinea oscilațiilor pe condensator devine maximă. Acest lucru vă permite să selectați frecvența dorită dintre toate recepționate. Din circuit, oscilații modulate de înaltă frecvență ajung la detector. După trecerea detectorului, curentul încarcă condensatorul la fiecare jumătate de ciclu, iar următoarea jumătate de ciclu, când nu trece curent prin diodă, condensatorul se descarcă prin rezistor. (Am inteles bine???).

64. Analogie între vibrațiile mecanice și cele electrice.

Analogiile dintre vibrațiile mecanice și cele electrice arată astfel:

Legile mișcării oscilatorii sunt aceleași pentru toate tipurile de vibrații. De exemplu, pentru un pendul cu arc, legea conservării energiei este scrisă ca . Diferențiând în funcție de timp, obținem . Dar , ah , prin urmare . Din punct de vedere matematic, această ecuație este identică cu ecuația de oscilație pentru un circuit oscilator. Prin urmare, soluția lui este , Unde .

65. Scara radiațiilor electromagnetice. Dependența proprietăților radiațiilor electromagnetice de frecvență. Utilizarea radiațiilor electromagnetice.

Gama undelor electromagnetice cu o lungime de 10 -6 m la m este undele radio. Sunt folosite pentru televiziune și comunicații radio. Lungimile de la 10 -6 m până la 780 nm sunt unde infraroșii. Lumină vizibilă - de la 780 nm la 400 nm. Radiația ultravioletă - de la 400 la 10 nm. Radiația în intervalul de la 10 nm la 10 pm este radiație cu raze X. Lungimi de undă mai mici corespund radiațiilor gamma. (Aplicație???). Cu cât lungimea de undă este mai mică (deci cu atât frecvența este mai mare), cu atât mai puține unde sunt absorbite de mediu.

65. Propagarea rectilinie a luminii. Viteza luminii. Legile reflexiei și refracției luminii.

Linia dreaptă care indică direcția de propagare a luminii se numește fascicul de lumină. La limita a două medii, lumina poate fi parțial reflectată și propagată în primul mediu într-o nouă direcție și, de asemenea, poate trece parțial prin graniță și se poate propaga în al doilea mediu. Incidentul, reflectat și perpendicular pe limita a două medii, reconstruit în punctul de incidență, se află în același plan. Unghiul de reflexie este egal cu unghiul de incidență. Această lege coincide cu legea reflectării undelor de orice natură și este dovedită de principiul lui Huygens. Când lumina trece prin interfața dintre două medii, raportul dintre sinusul unghiului de incidență și sinusul unghiului de refracție este o valoare constantă pentru aceste două medii.<рисунок>. Valoare n numit indice de refracție. Indicele de refracție al unui mediu în raport cu vidul se numește indicele de refracție absolut al acelui mediu. La observarea efectului refracției, se poate observa că în cazul unei tranziții a unui mediu de la un mediu mai dens optic la unul mai puțin dens, cu creșterea treptată a unghiului de incidență, este posibilă atingerea unei astfel de valori. că unghiul de refracție devine egal cu . În acest caz, egalitatea este îndeplinită. Unghiul de incidență a 0 se numește unghi limitativ de reflexie totală. La unghiuri mai mari decât 0, are loc reflexia totală.

66. Lentila, imagistica. formula lentilelor.

O lentilă este un corp transparent delimitat de două suprafețe sferice. O lentilă care este mai groasă la margini decât la mijloc se numește concavă, iar mai groasă la mijloc se numește convexă. Linia dreaptă care trece prin centrele ambelor suprafețe sferice ale lentilei se numește axa optică principală a lentilei. Dacă grosimea lentilei este mică, atunci putem spune că axa optică principală se intersectează cu lentila într-un punct, numit centrul optic al lentilei. Linia dreaptă care trece prin centrul optic se numește axă optică secundară. Dacă un fascicul de lumină paralel cu axa optică principală este îndreptat către lentilă, atunci fasciculul va fi colectat în punctul din apropierea lentilei convexe. F numit focus principal. Dacă același fascicul este îndreptat către o lentilă concavă, atunci fasciculul este împrăștiat astfel încât razele par să emane dintr-un punct F numită focalizare imaginară. Dacă un fascicul de lumină este îndreptat paralel cu axa optică secundară, atunci acesta va fi colectat la focarul secundar, care se află în planul focal care trece prin focarul principal perpendicular pe axa optică principală. Din asemănarea triunghiurilor este evident că și . Să găsim raportul , de unde . Dar, de asemenea, i.e. , care după reducerea similară dă . Împărțind această egalitate la , obținem formula lentilei. În formula lentilei, distanța de la lentilă la imaginea virtuală este considerată negativă. Puterea optică a unei lentile biconvexe (și într-adevăr a oricărei lentile) este determinată de raza curburii sale și de indicele de refracție al sticlei și al aerului. .

66. Coerența. Interferența luminii și aplicarea acesteia în tehnologie. Difracția luminii. Rețeaua de difracție.

În fenomenele de difracție și interferență se observă proprietățile de undă ale luminii. Două frecvențe luminoase a căror diferență de fază este egală cu zero sunt numite coerente între ele. În timpul interferenței - adăugarea de unde coerente - apare un model de interferență stabil în timp de maxime și minime de iluminare. Cu o diferență de cale, are loc un maxim de interferență, la - minim. Fenomenul de deviere a luminii de la propagarea rectilinie la trecerea prin marginea unui obstacol se numește difracție a luminii. Acest fenomen este explicat prin principiul Huygens-Fresnel: o perturbare în orice punct este rezultatul interferenței undelor secundare emise de fiecare element al suprafeței undei. Difracția este utilizată în instrumentele spectrale. Un element al acestor dispozitive este o rețea de difracție, care este o placă transparentă cu un sistem de dungi paralele opace depuse pe ea, situată la distanță. d unul de altul. Să fie incidentă o undă monocromatică pe grătar. Ca rezultat al difracției din fiecare fantă, lumina se propagă nu numai în direcția inițială, ci și în toate celelalte. Dacă o lentilă este plasată în spatele grătarului, atunci în planul focal, razele paralele din toate fantele se vor aduna într-o singură bandă. Razele paralele merg cu o diferență de cale. Când diferența de cale este egală cu un număr întreg de unde, se observă un maxim de interferență de lumină. Pentru fiecare lungime de undă, condiția maximă este îndeplinită pentru propria sa valoare a unghiului j, astfel încât rețeaua descompune lumina albă într-un spectru. Cu cât lungimea de undă este mai mare, cu atât unghiul este mai mare.

67. Dispersia luminii. Spectrul radiațiilor electromagnetice. Spectroscopie. Analiza spectrală. Surse de radiații și tipuri de spectre.

Un fascicul paralel îngust de lumină albă, când trece printr-o prismă, se descompune în fascicule de lumină de diferite culori. Banda de culoare vizibilă în acest caz se numește spectru continuu. Fenomenul de dependență a vitezei luminii de lungimea de undă (frecvența) se numește dispersia luminii. Acest efect se explică prin faptul că lumina albă este formată din unde EM de lungimi de undă diferite, de care depinde indicele de refracție. Are cea mai mare valoare pentru cea mai scurtă undă - violet, cea mai mică - pentru roșu. În vid, viteza luminii este aceeași, indiferent de frecvența acesteia. Dacă sursa spectrului este un gaz rarefiat, atunci spectrul are forma unor linii înguste pe un fundal negru. Gazele, lichidele și solidele comprimate emit un spectru continuu, în care culorile se îmbină perfect între ele. Natura aspectului spectrului se explică prin faptul că fiecare element are propriul său set specific al spectrului emis. Această proprietate permite utilizarea analizei spectrale pentru a identifica compoziția chimică a unei substanțe. Un spectroscop este un dispozitiv care este folosit pentru a studia compoziția spectrală a luminii emise de o anumită sursă. Descompunerea se efectuează folosind un rețele de difracție (mai bine) sau o prismă; optica cu cuarț este folosită pentru a studia regiunea ultravioletă.

68. Efectul fotoelectric și legile acestuia. cuante de lumină. Ecuația lui Einstein pentru efectul fotoelectric. Aplicarea efectului fotoelectric în tehnologie.

Fenomenul de extragere a electronilor din corpurile solide și lichide sub influența luminii se numește efect fotoelectric extern, iar electronii scoși în acest fel se numesc fotoelectroni. Legile efectului fotoelectric au fost stabilite experimental - viteza maximă a fotoelectronilor este determinată de frecvența luminii și nu depinde de intensitatea acesteia, pentru fiecare substanță există o margine roșie proprie a efectului fotoelectric, adică. la o astfel de frecvență n min la care efectul fotoelectric este încă posibil, numărul de fotoelectroni scoși pe secundă este direct proporțional cu intensitatea luminii. Se stabilește și inerția efectului fotoelectric - acesta are loc imediat după începerea iluminării, cu condiția depășirii limitei roșii. Explicația efectului fotoelectric este posibilă cu ajutorul teoriei cuantice, care afirmă discretitatea energiei. O undă electromagnetică, conform acestei teorii, constă din porțiuni separate - cuante (fotoni). Atunci când absoarbe o cantitate de energie, un fotoelectron dobândește energie cinetică, care poate fi găsită din ecuația Einstein pentru efectul fotoelectric. , unde A 0 este funcția de lucru, parametrul substanței. Numărul de fotoelectroni care părăsesc suprafața metalică este proporțional cu numărul de electroni, care, la rândul său, depinde de iluminare (intensitatea luminii).

69. Experimentele lui Rutherford privind împrăștierea particulelor alfa. Modelul nuclear al atomului. postulatele cuantice ale lui Bohr.

Primul model al structurii atomului îi aparține lui Thomson. El a sugerat că atomul este o bilă încărcată pozitiv, în interiorul căreia se află pete de electroni încărcați negativ. Rutherford a efectuat un experiment de depunere a particulelor alfa rapide pe o placă de metal. În același timp, s-a observat că unele dintre ele au deviat ușor de la propagarea rectilinie, iar unele dintre ele au deviat cu unghiuri mai mari de 2 0 . Acest lucru s-a explicat prin faptul că sarcina pozitivă din atom nu este conținută uniform, ci într-un anumit volum, mult mai mic decât dimensiunea atomului. Această parte centrală a fost numită nucleul atomului, unde se concentrează sarcina pozitivă și aproape toată masa. Raza nucleului atomic are dimensiuni de ordinul a 10 -15 m. Rutherford a propus și așa-numitul. Modelul planetar al atomului, conform căruia electronii se învârt în jurul atomului ca planetele în jurul soarelui. Raza celei mai îndepărtate orbite = raza atomului. Dar acest model a contrazis electrodinamica, deoarece mișcarea accelerată (inclusiv electronii într-un cerc) este însoțită de emisia de unde EM. În consecință, electronul își pierde treptat energia și trebuie să cadă pe nucleu. În realitate, nu are loc nici emisia, nici căderea unui electron. N. Bohr a dat o explicație pentru aceasta, propunând două postulate - un sistem atomic nu poate fi decât în ​​anumite anumite stări în care nu există emisie de lumină, deși mișcarea este accelerată, iar în timpul trecerii de la o stare la alta, fie absorbție. sau emisia unui cuantum are loc conform legii unde este constanta lui Planck. Din relație se determină diferite stări staționare posibile , Unde n este un număr întreg. Pentru mișcarea unui electron într-un cerc într-un atom de hidrogen este valabilă expresia, forța Coulomb de interacțiune cu nucleul. De aici. Acestea. având în vedere postulatul lui Bohr de cuantizare a energiei, mișcarea este posibilă numai de-a lungul orbitelor circulare staționare, ale căror raze sunt definite ca . Toate stările, cu excepția uneia, sunt condiționate staționare și numai într-una - starea fundamentală, în care electronul are o rezervă minimă de energie - un atom poate rămâne un timp arbitrar lung, iar stările rămase sunt numite excitate.

70. Emisia si absorbtia luminii de catre atomi. Laser.

Atomii pot emite spontan cuante de lumină, în timp ce aceasta trece incoerent (pentru că fiecare atom emite independent de ceilalți) și se numește spontan. Trecerea unui electron de la nivelul superior la cel inferior poate avea loc sub influența unui câmp electromagnetic extern cu o frecvență egală cu frecvența de tranziție. O astfel de radiație se numește stimulată (indusă). Acestea. ca urmare a interacțiunii unui atom excitat cu un foton de frecvența corespunzătoare, există o probabilitate mare de apariție a doi fotoni identici cu aceeași direcție și frecvență. O caracteristică a emisiei stimulate este că este monocromatică și coerentă. Această proprietate stă la baza funcționării laserelor (generatoare cuantice optice). Pentru ca o substanță să amplifice lumina care trece prin ea, este necesar ca mai mult de jumătate din electronii săi să fie în stare excitată. O astfel de stare se numește o stare cu o populație de nivel invers. În acest caz, absorbția fotonilor va avea loc mai puțin frecvent decât emisia. Pentru funcționarea unui laser pe o tijă de rubin, așa-numita. lampă cu pompă, al cărei sens este de a crea o populație inversă. În acest caz, dacă un atom trece de la starea metastabilă la starea fundamentală, atunci va avea loc o reacție în lanț de emisie de fotoni. Cu o formă adecvată (parabolică) a oglinzii reflectorizante, este posibil să se creeze un fascicul într-o direcție. Iluminarea completă a tuturor atomilor excitați are loc în 10 -10 s, astfel încât puterea laserului ajunge la miliarde de wați. Există și lasere pe lămpile cu gaz, al căror avantaj este continuitatea radiației.

70. Compoziția nucleului unui atom. Izotopi. Energia de legare a nucleelor ​​atomice. Reacții nucleare.

Sarcina electrică a nucleului unui atom q este egal cu produsul sarcinii electrice elementare e la numărul de serie Z element chimic din tabelul periodic. Atomii care au aceeași structură au aceeași înveliș de electroni și nu se pot distinge din punct de vedere chimic. Fizica nucleară folosește propriile unități de măsură. 1 fermi - 1 femtometru, . 1 unitate de masă atomică este 1/12 din masa unui atom de carbon. . Atomii cu aceeași sarcină nucleară, dar cu mase diferite se numesc izotopi. Izotopii diferă în spectre. Nucleul unui atom este format din protoni și neutroni. Numărul de protoni din nucleu este egal cu numărul de sarcină Z, numărul de neutroni este masa minus numărul de protoni A–Z=N. Sarcina pozitivă a protonului este numeric egală cu sarcina electronului, masa protonului este de 1,007 amu. Neutronul nu are sarcină și are o masă de 1,009 amu. (un neutron este mai greu decât un proton cu mai mult de două mase de electroni). Neutronii sunt stabili doar în compoziția nucleelor ​​atomice; într-o formă liberă, trăiesc aproximativ 15 minute și se descompun într-un proton, un electron și un antineutrin. Forța de atracție gravitațională dintre nucleonii din nucleu depășește forța electrostatică de repulsie de 10 36 de ori. Stabilitatea nucleelor ​​se explică prin prezența forțelor nucleare speciale. La o distanță de 1 fm de proton, forțele nucleare sunt de 35 de ori mai mari decât cele coulombice, dar scad foarte repede, iar la o distanță de aproximativ 1,5 fm pot fi neglijate. Forțele nucleare nu depind de faptul dacă particula are o sarcină. Măsurătorile precise ale maselor nucleelor ​​atomice au arătat existența unei diferențe între masa nucleului și suma algebrică a maselor nucleonilor săi constituenți. Este nevoie de energie pentru a împărți un nucleu atomic în constituenții săi. Cantitatea se numește defect de masă. Energia minimă care trebuie cheltuită pentru împărțirea nucleului în nucleonii săi constitutivi se numește energia de legare a nucleului, cheltuită pentru a lucra împotriva forțelor nucleare de atracție. Raportul dintre energia de legare și numărul de masă se numește energie de legare specifică. O reacție nucleară este transformarea nucleului atomic inițial, atunci când interacționează cu orice particulă, într-o alta, diferită de cea originală. Ca rezultat al unei reacții nucleare, pot fi emise particule sau raze gamma. Reacțiile nucleare sunt de două tipuri - pentru implementarea unora este necesară cheltuirea energiei, pentru altele, energia este eliberată. Energia eliberată se numește ieșirea unei reacții nucleare. În reacțiile nucleare, toate legile de conservare sunt îndeplinite. Legea conservării momentului unghiular ia forma legii conservării spinului.

71. Radioactivitate. Tipuri de radiații radioactive și proprietățile acestora.

Nucleii au capacitatea de a se degrada spontan. În acest caz, sunt stabili doar acele nuclee care au o energie minimă în comparație cu cele în care nucleul se poate transforma spontan. Nucleii, în care sunt mai mulți protoni decât neutroni, sunt instabili, deoarece forța de respingere coulombiană crește. Nucleii cu mai mulți neutroni sunt, de asemenea, instabili, deoarece masa unui neutron este mai mare decât masa unui proton, iar o creștere a masei duce la o creștere a energiei. Nucleii pot fi eliberați din excesul de energie fie prin fisiune în părți mai stabile (desintegrare alfa și fisiune), fie printr-o schimbare a sarcinii (desintegrare beta). Dezintegrarea alfa este fisiunea spontană a unui nucleu atomic într-o particulă alfa și un nucleu produs. Toate elementele mai grele decât uraniul suferă dezintegrare alfa. Capacitatea unei particule alfa de a depăși atracția nucleului este determinată de efectul de tunel (ecuația Schrödinger). În timpul dezintegrarii alfa, nu toată energia nucleului este convertită în energia cinetică a mișcării nucleului produs și a particulei alfa. O parte din energie poate merge la excitarea atomului de nucleu produs. Astfel, la ceva timp după dezintegrare, miezul produsului emite mai multe cuante gamma și revine la starea sa normală. Există și un alt tip de dezintegrare - fisiunea nucleară spontană. Cel mai ușor element capabil de o astfel de degradare este uraniul. Decăderea are loc conform legii, unde T este timpul de înjumătățire, o constantă pentru un izotop dat. Dezintegrarea beta este transformarea spontană a unui nucleu atomic, în urma căreia sarcina acestuia crește cu unu datorită emisiei unui electron. Dar masa unui neutron depășește suma maselor unui proton și ale unui electron. Acest lucru se datorează eliberării unei alte particule - un antineutrin electronic . Nu numai neutronul se poate descompune. Un proton liber este stabil, dar atunci când este expus la particule, se poate degrada într-un neutron, pozitron și neutrin. Dacă energia noului nucleu este mai mică, atunci are loc dezintegrarea beta a pozitronilor. . Ca și degradarea alfa, dezintegrarea beta poate fi, de asemenea, însoțită de radiații gamma.

72. Metode de înregistrare a radiaţiilor ionizante.

Metoda de fotoemulsie este de a atașa o probă pe o placă fotografică, iar după dezvoltare, este posibil să se determine cantitatea și distribuția unei anumite substanțe radioactive din probă în funcție de grosimea și lungimea urmei de particule de pe aceasta. Un contor de scintilație este un dispozitiv în care se poate observa transformarea energiei cinetice a unei particule rapide în energia unui fulger de lumină, care, la rândul său, inițiază un efect fotoelectric (un impuls de curent electric), care este amplificat și înregistrat. . O cameră cu nori este o cameră de sticlă plină cu aer și vapori de alcool suprasaturați. Când o particulă trece prin cameră, ionizează molecule în jurul cărora începe imediat condensarea. Lanțul de picături format ca rezultat formează o urmă de particule. Camera cu bule funcționează pe aceleași principii, dar registratorul este un lichid aproape de punctul de fierbere. Contor de descărcare de gaz (contor Geiger) - un cilindru umplut cu gaz rarefiat și un fir întins dintr-un conductor. Particula provoacă ionizarea gazului, ionii sub acțiunea unui câmp electric diverg către catod și anod, ionizând alți atomi pe parcurs. Are loc o descărcare corona, al cărei impuls este înregistrat.

73. Reacția în lanț de fisiune a nucleelor ​​de uraniu.

În anii 1930, s-a stabilit experimental că atunci când uraniul este iradiat cu neutroni, se formează nuclee de lantan, care nu au putut fi formate ca urmare a descompunerii alfa sau beta. Nucleul de uraniu-238 este format din 82 de protoni și 146 de neutroni. Când fisiunea exact în jumătate, praseodimiul ar fi trebuit să se formeze, dar în nucleul stabil al praseodimiului sunt cu 9 neutroni mai puțini. Prin urmare, în timpul fisiunii uraniului se formează alte nuclee și un exces de neutroni liberi. În 1939, a fost efectuată prima fisiune artificială a nucleului de uraniu. În acest caz, au fost eliberați 2-3 neutroni liberi și 200 MeV de energie, iar aproximativ 165 MeV au fost eliberați sub forma energiei cinetice a nucleelor ​​fragmentelor sau sau . În condiții favorabile, neutronii eliberați pot provoca fisiunea altor nuclee de uraniu. Factorul de multiplicare a neutronilor caracterizează modul în care va decurge reacția. Dacă este mai mult de unul. apoi cu fiecare fisiune numărul de neutroni crește, uraniul este încălzit la o temperatură de câteva milioane de grade și are loc o explozie nucleară. Când coeficientul de diviziune este mai mic de unu, reacția se dezintegra, iar când este egală cu unu, se menține la un nivel constant, care este utilizat în reactoarele nucleare. Dintre izotopii naturali ai uraniului, numai nucleul este capabil de fisiune, iar izotopul cel mai comun absoarbe un neutron și se transformă în plutoniu conform schemei. Plutoniul-239 are proprietăți similare cu uraniul-235.

74. Reactorul nuclear. reactie termonucleara.

Există două tipuri de reactoare nucleare - neutroni lente și rapide. Majoritatea neutronilor eliberați în timpul fisiunii au o energie de ordinul 1-2 MeV și o viteză de aproximativ 10 7 m/s. Astfel de neutroni sunt numiți rapid și sunt absorbiți la fel de eficient atât de uraniu-235, cât și de uraniu-238, și de atunci. există mai mult izotop greu, dar nu se împarte, apoi reacția în lanț nu se dezvoltă. Neutronii care se deplasează la viteze de aproximativ 2×10 3 m/s se numesc neutroni termici. Astfel de neutroni sunt absorbiți mai activ decât neutronii rapizi de uraniul-235. Astfel, pentru a realiza o reacție nucleară controlată, este necesară încetinirea neutronilor la viteze termice. Cei mai des întâlniți moderatori în reactoare sunt grafitul, apa obișnuită și grea. Absorbantele și reflectoarele sunt folosite pentru a menține factorul de divizare la unitate. Absorbanții sunt tije de cadmiu și bor, captând neutroni termici, reflector - beriliu.

Dacă uraniul îmbogățit cu un izotop cu o masă de 235 este folosit drept combustibil, atunci reactorul poate funcționa fără un moderator pe neutroni rapizi. Într-un astfel de reactor, cei mai mulți neutroni sunt absorbiți de uraniul-238, care prin două descompunere beta devine plutoniu-239, care este, de asemenea, combustibil nuclear și material sursă pentru arme nucleare. Astfel, un reactor cu neutroni rapidi nu este doar o centrală electrică, ci și un generator de combustibil pentru reactor. Dezavantajul este necesitatea îmbogățirii uraniului cu un izotop ușor.

Energia în reacțiile nucleare este eliberată nu numai datorită fisiunii nucleelor ​​grele, ci și datorită combinării celor ușoare. Pentru a uni nucleele, este necesară depășirea forței de respingere Coulomb, care este posibilă la o temperatură a plasmei de aproximativ 10 7 -10 8 K. Un exemplu de reacție termonucleară este sinteza heliului din deuteriu și tritiu sau . Sinteza a 1 gram de heliu eliberează energie echivalentă cu arderea a 10 tone de motorină. O reacție termonucleară controlată este posibilă prin încălzirea acesteia la o temperatură adecvată prin trecerea unui curent electric prin ea sau prin utilizarea unui laser.

75. Efectul biologic al radiațiilor ionizante. Protecție împotriva radiațiilor. Utilizarea izotopilor radioactivi.

Măsura impactului oricărui tip de radiație asupra unei substanțe este doza absorbită de radiație. Unitatea de măsură a dozei este gri, care este egală cu doza cu care 1 joule de energie este transferat unei substanțe iradiate cu o masă de 1 kg. pentru că efectul fizic al oricărei radiații asupra unei substanțe este asociat nu atât cu încălzirea, cât cu ionizarea, apoi a fost introdusă o unitate de doză de expunere, care caracterizează efectul de ionizare al radiațiilor asupra aerului. Unitatea în afara sistemului a dozei de expunere este roentgen, egală cu 2,58×10 -4 C/kg. La o doză de expunere de 1 roentgen, 1 cm 3 de aer conține 2 miliarde de perechi de ioni. Cu aceeași doză absorbită, efectul diferitelor tipuri de radiații nu este același. Cu cât particulele sunt mai grele, cu atât efectul ei este mai puternic (cu toate acestea, este mai grea și mai ușor de reținut). Diferența de efect biologic al radiațiilor este caracterizată printr-un coeficient de eficiență biologică egal cu unitatea pentru razele gamma, 3 pentru neutronii termici, 10 pentru neutronii cu o energie de 0,5 MeV. Doza înmulțită cu coeficientul caracterizează efectul biologic al dozei și se numește doză echivalentă, măsurată în sieverți. Principalul mecanism de acțiune asupra organismului este ionizarea. Ionii intră într-o reacție chimică cu celula și îi perturbă activitatea, ceea ce duce la moartea sau mutația celulei. Expunerea de fundal naturală este în medie de 2 mSv pe an, pentru orașe suplimentar +1 mSv pe an.

76. Absolutitatea vitezei luminii. Elemente statie de service. Dinamica relativiste.

Din punct de vedere empiric, s-a constatat că viteza luminii nu depinde de cadru de referință în care se află observatorul. De asemenea, este imposibil să accelerezi orice particulă elementară, cum ar fi un electron, la o viteză egală cu viteza luminii. Contradicția dintre acest fapt și principiul relativității lui Galileo a fost rezolvată de A. Einstein. Baza teoriei sale [speciale] a relativității a fost alcătuită din două postulate: orice proces fizic se desfășoară în același mod în cadre de referință inerțiale diferite, viteza luminii în vid nu depinde de viteza sursei de lumină și de observator. Fenomenele descrise de teoria relativității se numesc relativiste. În teoria relativității, sunt introduse două clase de particule - cele care se mișcă cu viteze mai mici decât Cu, și cu care se poate asocia sistemul de referință și cele care se mișcă cu viteze egale cu Cu, cu care sistemele de referință nu pot fi asociate. Înmulțind această inegalitate () cu , obținem . Această expresie este o lege relativistă a adunării vitezelor, care coincide cu a lui Newton v<. Pentru orice viteze relative ale cadrelor de referință inerțiale V

Timpul propriu, adică cel care acţionează în cadrul de referinţă asociat particulei este invariant, adică. nu depinde de alegerea cadrului de referință inerțial. Principiul relativității modifică această afirmație, spunând că în fiecare cadru inerțial de referință timpul curge în același mod, dar nu există un timp unic, absolut pentru toți. Timpul de coordonare este legat de timpul potrivit prin lege . Punând la pătrat această expresie, obținem . valoarea s numit interval. O consecință a legii relativiste a adunării vitezei este efectul Doppler, care caracterizează modificarea frecvenței de oscilație în funcție de vitezele sursei de undă și ale observatorului. Când observatorul se deplasează la un unghi Q față de sursă, frecvența se modifică conform legii . Când se îndepărtează de sursă, spectrul se schimbă la frecvențe inferioare corespunzătoare unei lungimi de undă mai mari, de exemplu. spre roșu, când se apropie - spre violet. Momentul se schimbă și la viteze apropiate de Cu:.