Билеты по физике для студентов заочного отделения



Скачать 59.87 Kb.
Дата04.05.2013
Размер59.87 Kb.
ТипДокументы
Билеты по физике для студентов заочного отделения
Второй семестр. Технические специальности

Билет 3

  1. Энергия при свободных колебаниях. Кинетическая и потенциальная энергия


При свободных механических колебаниях кинетическая и потенциальная энергии изменяются периодически. При максимальном отклонении тела от положения равновесия его скорость, а следовательно, и кинетическая энергия обращаются в нуль. В этом положении потенциальная энергия колеблющегося тела достигает максимального значения. Для груза на горизонтально расположенной пружине потенциальная энергия – это энергия упругих деформаций пружины. Для математического маятника – это энергия в поле тяготения Земли.
Когда тело при своем движении проходит через положение равновесия, его скорость максимальна. В этот момент оно обладает максимальной кинетической и минимальной потенциальной энергией. Увеличение кинетической энергии происходит за счет уменьшения потенциальной энергии. При дальнейшем движении начинает увеличиваться потенциальная энергия за счет убыли кинетической энергии и т. д.
Таким образом, при гармонических колебаниях происходит периодическое превращение кинетической энергии в потенциальную и наоборот.
Если в колебательной системе отсутствует трение, то полная механическая энергия при свободных колебаниях остается неизменной.
Для груза на пружине имеем:





Для малых колебаний математического маятника имеем:





Здесь hm – максимальная высота подъема маятника в поле тяготения Земли, xm и υm = ω0xm – максимальные значения отклонения маятника от положения равновесия и его скорости.
Превращения энергии при свободных механических колебаниях в отсутствие трения можно проиллюстрировать графически. Рассмотрим в качестве примера колебания груза массой m на пружине жесткости k. Пусть смещение x (t) груза из положения равновесия и его скорость υ(t) изменяются со временем по законам:



υ (t) = –ωxm sin (ω0t).

Следовательно,





На рис. изображены графики функций Ep(t) и Ek(t).
Потенциальная и кинетическая энергии за период колебаний два раза достигают максимальных значений. Сумма остается неизменной:





  1. Характеристики теплового излучения: энергетическая светимость, испускательная способность, поглощательная способность

Тепловое излучение – это испускание телом электромагнитных волн за счет его внутренней энергии. Все остальные виды свечения, возбуждаемые за счет любого вида энергии, кроме внутренней (тепловой), объединяются под общим названием люминесценция.

Излучение света происходит в результате переходов атомов, молекул и других атомных систем из состояний с большей энергией в состояния с меньшей энергией. Так называемое тепловое или температурное излучение отличается от других видов излучения (люминесценции) только способом перехода излучающих систем в возбужденные состояния. В явлениях теплового излучения такой переход осуществляется в результате теплового движения атомов и молекул.

Опыт показывает, что единственным видом излучения, которое может находиться в равновесии с излучающими его телами, является тепловое излучение. К равновесным состояниям и процессам применимы законы термодинамики, поэтому тепловое излучение подчиняется общим закономерностям, вытекающим из принципов термодинамики.

Тепловое излучение твердых тел имеет непрерывный спектр. Это объясняется тем, что энергетические уровни атомов твердого тела образуют разрешенные энергетические зоны, состоящие из очень густо расположенных уровней энергии. Ширина зон составляет несколько электронвольт. Если образец металла содержит  атомов, то энергетическая зона будет состоять из  уровней и расстояние между соседними уровнями в зоне будет равно примерно электронвольт. Возбуждаясь под действием теплового движения и переходя затем в состояние с меньшей энергией, атомы будут излучать практически непрерывный спектр.

Тепловое излучение имеет место при любой температуре. Однако при невысоких температурах излучаются практически лишь длинные (инфракрасные) электромагнитные волны.

Характеристики теплового излучения.

Энергетическая светимость – это количество лучистой энергии всех длин волн, испускаемой единицей поверхности тела в единицу времени во всех направлениях:

, (1)

где – энергия всех длин волн, излучаемая поверхностью за время .

Энергетическая светимость зависит от температуры, что отражается индексом “T”.

Плотность распределения энергии по длинам волн дается другой характеристикой, называемой испускательной способностью , которая определяется следующим образом:

, (2)

здесь включает энергию излучения с длинами волн в интерва-ле .

Зная , можно найти энергетическую светимость:

. (3)

Плотность распределения энергии описывают не только по длинам волн, но и по частотам. Мы будем записывать все формулы через длину волны.

Поглощательная способность . Это безразмерная величина, равная отношению части потока лучистой энергии в интервале длин волн поглощенной телом, ко всему потоку , падающему на тело и приходящемуся на тот же интервал длин волн.

Тело, которое полностью поглощает падающее на него излучение, называется абсолютно черным телом (АЧТ). Для него для всех значений l. Тело, для которого < 1 для всех l, называют серым.

Закон Кирхгофа. Этот закон формулируется следующим образом: отношение испускательной и поглощательной способностей не зависит от природы тела, оно является для всех тел одной и той же (универсальной) функцией длины волны (частоты) и температуры

. (4)

Сами величины и могут сильно меняться при переходе от одного тела к другому, но их отношение оказывается одинаковым для всех тел. Это означает, что тело, сильнее поглощающее какие-либо лучи, будет эти лучи сильнее и испускать (не следует смешивать испускание лучей с их отражением).

Для абсолютно черного тела по определению . Следовательно, из формулы (4) вытекает, что для такого тела равна . Таким образом, универсальная функция Кирхгофа есть не что иное, как испускательная способность абсолютно черного тела

.

Знак “*” означает, что это относится к АЧТ.

Формула Планка.

Вид универсальной функции Кирхгофа (испускательной способности АЧТ) был теоретически установлен Планком, предположившим, что электромагнитная энергия излучается порциями. Приводим эту функцию:

, (5)

где – постоянная Планка (),

– постоянная Больцмана,

– скорость света в вакууме.

Это выражение носит название формулы Планка.

Закон Стефана – Больцмана.

Этот закон выражает связь между энергетической светимостью АЧТ и его абсолютной температурой

,

где – постоянная Стефана-Больцмана.

Впервые это соотношение было получено Стефаном (1879 г.) из анализа экспериментальных данных и ошибочно им приписано для любых тел. Больцман (1884 г.), исходя из термодинамических соображений, теоретически получил этот закон для АЧТ. Таким образом, энергетическая светимость АЧТ пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры.

Закон смещения Вина.

Этот закон устанавливает зависимость между длиной волны , на которую приходится максимум испускательной способности АЧТ и температурой:

,

где .

При увеличении температуры максимум смещается в сторону коротких волн.





















Похожие:

Билеты по физике для студентов заочного отделения iconМетодические указания для самостоятельной работы в межсессионный период и подготовки к сдаче контрольных работ для студентов 1 курса заочного отделения по специальности 1-74 02 01 «агрономия»
Методические указания предназначены для студентов агрономического факультета заочного отделения. В них содержаться рекомендации по...
Билеты по физике для студентов заочного отделения iconМетодические указания и контрольные задания для студентов заочного отделения
Термодинамика и теплопередача: Метод указания и контрольные задания для студентов заочного отделения / Сост. Ю. А. Селянинов; Перм...
Билеты по физике для студентов заочного отделения iconГрафика и орфография для студентов татарской филологии отделения заочного обучения
Базовый тематический словарь и практические задания по курсу “Современный русский язык”. Учебно-методическое пособие для студентов...
Билеты по физике для студентов заочного отделения iconУчебно-методическое пособие для студентов-юристов первого курса заочного отделения
Попов Е. Б., Феоктистова Е. М. Английский язык для студентов 1-го курса заочного отделения (2 семестр): Учебно-методическое пособие....
Билеты по физике для студентов заочного отделения iconПрактикум по истории русского литературного языка для студентов заочного отделения
Практикум по истории русского литературного языка для студентов заочного отделения филологического факультета Волгоградского государственного...
Билеты по физике для студентов заочного отделения iconМатериалы по латинскому языку для самостоятельной работы студентов отделения целевой подготовки и отделения заочного обучения. Фразы для заучивания наизусть
Материалы по латинскому языку для самостоятельной работы студентов отделения целевой подготовки и отделения заочного обучения
Билеты по физике для студентов заочного отделения iconМетодическое пособие по курсу «Проблемы современной философии». Для студентов заочного отделения факультета пм-пу санкт-Петербургского государственного университета
Для студентов заочного отделения факультета пм-пу санкт-Петербургского государственного университета
Билеты по физике для студентов заочного отделения iconУчебно-методический комплекс для студентов дневного и заочного отделения по специальностям 071401 «Социально культурная деятельность»
Учебно-методический комплекс для студентов дневного и заочного отделения по специальностям
Билеты по физике для студентов заочного отделения iconПо курсу «метематика» для студентов заочного отделения направление 100400 туризм
Контрольные задания по курсу “Математика” для студентов заочного факультетов направления 100400 Туризм. – Спб: Изд-во Спбгуэф, 2012.–...
Билеты по физике для студентов заочного отделения iconМетодические указания к выполнению контрольной работы по физике для студентов инженерных специальностей заочного отделения
...
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org