Основные понятия по предмету



страница4/7
Дата08.10.2012
Размер1.41 Mb.
ТипДокументы
1   2   3   4   5   6   7

Волнами называется распространение колебаний в пространстве. Если колебания происходят в направлении распространения волны, то эти волны называются продольными. Если колебания происходят в направлении, перпендикулярном направлению распространения волны, то волны называются поперечными.

Длина волны - расстояние между двумя ближайшими вершинами волны. Скорость распространения волн v = / T = f.

Фронт волны – совокупность таких точек пространства, до которых волна дошла в данный момент времени. По форме фронта волны различают плоские и сферические волны.

Скорость распространения волн определяется свойствами той среды, в которой распространяется волна. При продольных волнах в твердом теле (в натянутой веревке или струне) v = (F / S) ½, где F- сила натяжения, - плотность, S - площадь сечения. При поперечных волнах в твердом теле v = (Е /) ½ , где Е – модуль упругости и - плотность. При продольных волнах в газе v = ( p /) ½, где - отношение молярных теплоёмкостей, p- давление, - плотность.

Волновая функция определяет зависимость отклонения u от координат и времени. В случае плоской волны, распространяющейся по оси x, волновая функция выражается в виде u (x , t) = A cos ( t k x), где величина k – называется волновым числом.

Волновое число k = 2 / показывает, сколько длин волн помещается в расстоянии 2 метра.

Принцип Гюгейнса: каждую точку фронта волны можно рассматривать как источник вторичных сферических волн.

Дифракция волн – отклонение волн от прямолинейного распространения (распространение в область тени). Дифракция хорошо наблюдаема в случае если размеры препятствия или отверстия в экране близки к длине волны.

Интерференция волн это сложение волн. Интерференция возникает обычно в том случае, если две части одной и той же волны проходят различную длину пути при достижении данной точки. Разность этих длин называется разностью хода . Разности хода соответствует разность фаз = k , где k – волновое число.

Амплитуда суммарной волны максимальна, если = 2 m и = m , где m – целое число (условие максимума интерференции) и минимальна если = 2 (m + 1/2) и = (m + 1/2) (условие минимума интерфиренции).

Стоячей волной называется волна, при которой энергия колебаний не распространяется. Стоячая волна возникает в том случае, если приближающаяся к концу тела волна и отраженная от того же конца волна усиливают друг друга при интерференции (возникает максимум интерференции).

Каждая точка в стоячей волне колеблется с определенной амплитудой.
Точки, где амплитуда максимальна, называются пучностями. Точки, которые не колеблятся (амплитуда равна нулю), называются узлами стоячей волны. В концах тела содержащего стоячие волны всегда находится узел волны. Поэтому на длине тела L помещается целое число полуволн: L = (/2) m, откуда следует, что длины волн m и их частоты fm имеют определенные, зависящие от квантового числа m значения: m = 2L / m, fm = (v /2L) m, где v – скорость распространения волн. В случае m = 1 мы имеем дело с основной гармоникой, а в случае m > 1 с соответствую­щей высшей гармоникой. Стоячая волна колебание описанное в терминах волновой физики.

Интенсивность волн показывает, сколько энергии носит волна за единицу времени, через перпендикулярную к направлению распространения волн единичную площадь. Единица интенсивности в системе СИ – один ватт на метр в квадрате 1 Вт/м 2 . Нулевым уровнем интенсивности звука (порогом слышимости) считают I0 = 10 -12 Вт/м 2. Громкость звука в децибелах определяется формулой 10 log (I/I0), где I – интенсивность рассматриваемой волны звука.

Звук – упругая волна. В жидкости или в газе это продольная волна, в твердом теле возможна и поперечная волна. Высота звука определяется частотой основной гармоники, тембрспектром частот и громкостьинтенсивностью.

Эффект Допплера заключается в том, что регистрируемая приемником частота волн различается от частоты источника, если источник и приемник движутся друг относительно друга. Если источник и приемник приближаются друг к другу, то регистрируемая частота больше частоты источника. Если источник и приемник удаляются друг от друга, то регистрируемая частота меньше. Уменьшение частоты света, идущей к нам от далеких звезд (красное смещение), свидетельствует о расширении Вселенной.

Электрический заряд (q или Q) показывает, насколько данное тело участвует в электромагнитном взаимодействии. В природе встречаются электрические заряды двух типов, которые условно называются положительными и отрицательными зарядами. Одноименно заряженные тела отталкиваются, а противоположно заряженные тела притягиваются. Единица электрического заряда в системе СИ – один кулон (1 Кл).

Элементарным зарядом e называют наименьшее значение электрического заряда. 1 e = 1,6 . 10-19 Кл. Протон имеет заряд +e, электрон заряд –e, нейтрон не имеет заряда. d- s- и b-кварки имеют заряд –1/3 e; u-, c- и t-кварки имеют заряд +2/3 e.

Закон сохранения электрического заряда гласит, что полный заряд электрически изолированной системы является постоянной величиной. Заряды могут возникать или пропадать лишь попарно (+q и –q вместе).

Свободные носители заряда – заряженные частицы, которые способны двигаться по всему исследуемому телу или по всей данной части вещества.

Электрический ток направленное движение свободных носителей заряда. Направлением тока (по общепринятой договоренности) является направление движения положительных носителей заряда (в электрической цепи из плюса в минус).

Сила тока покажет какой величины заряд проходит за единицу времени через поперечное сечение проводника: I = q / t и q = I t. Единицей измерения силы тока является один ампер. Ампер определяется через магнитное взаимодействие электрических проводов.

Один кулон - заряд, который за секунду проходит через поперечное сечение такого проводника, в котором течет ток силой в один ампер. Так как q = I t, то 1 Кл = 1 A . 1 с.

Точечными зарядами называют заряженные тела, размеры которых ничтожно малы по сравнению с расстоянием между телами. Точечный заряд – тело, заряд которого можно рассматривать сведенным в одну точку.

Закон Кулона: два точечных заряда действуют друг на друга силой, пропорциональной произ-ведению этих зарядов и обратно-пропорциональной квадрату расстояния между этими зарядами F = k q1 q2 / r 2. Сила направлена вдоль прямой, соединяющей заряды и зависит от вещества, в котором они находятся. Коэффициент пропорциональности k в вакууме выражается формулой k = 1/(4 0), где величину 0 называют электрической постоянной. При этом k = 9 . 10 9 Н.м 2/ Кл2. Это означает, что на расстоянии один метр между двумя точечными зарядами 1 Кл в вакууме действует сила 9 . 10 9 Н.

Закон Кулона аналогичен закону всемирного тяготения, электрический заряд аналогичен тяжелой массе, кулоновский коэффициент пропорциональности k аналогичен гравитационной постоянной G. Обратно-пропорциональная зависимость обеих сил от квадрата расстояния обусловлена равномерным распределением соответствующего поля на поверхности, в точках которой существует это поле.

Напряженность электрического поля показывает, какой величины сила действует в этом поле на тело с единичным положительным зарядом: E = F / q. Напряженность поля = сила, деленная на заряд того тела, на которое действует сила. Напряженность электрического поля можно кратко назвать Е-вектором. Е-вектор всегда направлен от положительно заряженного тела к отрицательно заряженному телу (от плюса к минусу). Точечный заряд создает на расстоянии от себя напряженность поля E = k Q /r2 (k – кулоновсий коэффициент пропорциональности).

Напряженностью гравитационного поля является в гравитационном поле Земли ускорение силы тяжести g. Аналогом формулы E = k Q /r2 напряженности поля точечного заряда Q является формула g = G M /r2, где М – масса Земли.

Принцип суперпозиции (сложения) полей: для нахождения напряженности электрического поля системы тел, необходимо сложить вектора напряженности отдельных тел. Принцип супер-позиции вытекает из свойства сосуществования полей (частице поля не нужно персональное пространство).

Силовая линия полямысленная линия, в каждой точке которой вектор напряженности поля направлен вдоль касательной этой линии. Направление силовой линии совпадает с направлением вектора поля. Там, где напряженность поля велика, расстояние между соседними силовыми линиями мало.

Диэлектрическая проницаемость вещества покажет, во сколько раз электрическая сила F0 в вакууме больше силы F в данном веществе: = F0 /F, следовательно F = F0 / .

Электрическое смещение D характеризует, независимо от среды, способность тела создавать электрическое поле (смещать другие заряженные тела). Если заряженное тело создает в веществе поле с напряженностью Е, то электрическое смещение показывает, какую напряженность поля ( E) создал бы это же тело в вакууме. По определению D = 0 E (единица 1 Кл / м2).

Поток – физическая величина, которая показывает насколько силовые линии поля пересекают некую поверхность. При вычислении потока необходимо умножить характеристику поля (D, E) на площадь S рассматриваемой поверхности и на косинус от угла β между нормалью поверх-ности и направлением поля. Например поток электрического смещения D = D S cos β.

Закон (теорема) Гаусса: Поток электрического смещения через замкнутую поверхность равняется алгебраической сумме зарядов, окруженных этой повехностью. Все заряды, окруженные данной замкнутой поверностью, участвуют в создании электрического поля на поверхности.

Однородным называется поле, напряженность которого одинакова во всем пространстве, как по величине, так и по направлению. Напряженность однородного электрического поля между двумя противоположно заряженными плоскими металлическими пластинками выражается в виде E = q / 0 S, где q – заряд одной пластины и S – площадь пластины.

Напряженность описывает поле через силу, а потенциал и напряжение через работу, которую может совершить эта сила, причем независимо от способа совершения работы (от формы траектории). Поле, в котором работа не зависит от формы траектории, называется потенциальным полем. Гравитационное и электростатическое поле потенциальны.

Потенциальная энергия точечного заряда q в однородном электрическом поле с напряженностью E выражается формулой Ep = q E d, где d - расстояние точечного заряда от нулевого уровня энергии. В однородном гравитационном поле (в поле тяжести) этому соответствует формула Ep = m g h потенциальной энергии точечной массы m.

Потенциальная энергия одного точечного заряда q в неоднородном электрическом поле другого точечного заряда Q выражается формулой Ep = q E r = k q Q /r , где r – расстояние между зарядами. В гравитационном поле Ep = m g r = G m M /r , где g(r) = G M /r2 .

Потенциал поля показывает, какова в данной точке потенциальная энергия тела с единичным положительным зарядом. Итак = Ep /q. Точечный заряд создает на расстоянии r от себя электрическое поле, потенциал которого выражается формулой = k Q /r (k – кулоновский коэффициент пропорциональности). В гравитационном поле = G M /r , где M – масса тела, создающего поле.

Эквипотенциальной поверхностью называется совокупность точек поля имеющих одинаковый потенциал. Эквипотенциальные поверхности и силовые линии всегда перпендикулярны.

Напряжение U – разность потенциалов двух точек поля, а потенциал – напряжение относительно некоего нулевого уровня потенциала. Напряжение описывает ситуацию, в которой силы поля совершают работу. Напряжение велико там, где этим силам придется приложить наибольшее усилие.

Напряжение между двумя точками показывает, какую работу совершает поле при смещении тела с единичным положительным зарядом из одной точки в другую: U = A / q. Единица потенциала и напряжения - один вольт.

Один вольт – напряжение между двумя точками электрического поля, когда при смещении заряда 1 Кл из одной точки в другую электрическое поле совершит работу 1 Дж: 1 В = 1 Дж / 1 Кл. В поле тяжести 1 В = 1 Дж / 1 кг, но это не используется.

Соотношение между напряжением и напряженностью электрического поля: напряженность поля между двумя эквипотенциальными поверхностями можно найти путем деления напряжения между этими поверхностями на их расстояние: E = U / d.

Один вольт деленный на метр – напряженность такого электрического поля, где потенциал изме-няется вдоль силовой линии на один вольт при прохождении каждого метра. 1 В/м = 1 Н/Кл. Форма 1 В/м используется чаще.

Один электронвольт работа, которая совершается электрическим полем при перемещении электрона или другой частицы, имеющей один элементарный заряд е, из одной точки в другую, при напряжении в один вольт между этими точками: 1 эВ = 1 е . 1 В.

Энергетическая постоянная связи между микро- и макромиром: 1,6 . 10 -19 Кл / e или Дж /эВ.

Магнитное поле возникает при изменении электрического поля, например при электрическом токе. Кроме того, существует и собственное магнитное поле частиц имеющих спин.

Постоянный магнит магнитно активное тело. Магнитное поле постоянного магнита – сумма собственных магнитных полей частиц составляющих магнит.Условно различают северный (N) и южный (S) полюс постоянного магнита. Разноименные полюса двух постоянных магнитов притягиваются, а одноименные отталкиваются. Согласно договоренности направление магнитного поля показывает северный полюс магнитной стрелки (маленького постоянного магнита), ориентированной магнитным полем.

В магнитном поле провода с током магнитная стрелка поворачивается в положение, перпенидикулярное проводу (опыт Эрстеда). Если в двух параллельных проводах, имеющих общий средний перпендикуляр, текут токи одинакого направления, то провода притяги-ваются. Если в двух параллельных проводах текут токи противоположного направления, то провода отталкиваются. Между перпендикулярными проводами силы не действуют.

Сила, действующая между двумя параллельными проводами одинаковой длины, пропорциональна длине проводов l и силам тока I1 и I2 в обеих проводах. Эта сила обратно-пропорциональна расстоянию d между проводами. Итак F = K I1 I2 l / d . В случае вакуума коэффициент про-порциональности K = 2 .10 -7 Н /A2, который в системе СИ выражается формулой K = 0 /2. Величина 0 = 4 .10 -7 Н /A2 называется магнитной постоянной.

Единица один ампер: если между двумя параллельными, бесконечно длинными и тонкими прямыми проводами, в которых течет ток одинаковой силы, и расстояние между которыми один метр, действует на каждом метре длины проводов сила 2 . 10 -7 Н, то сила тока в этих проводах один ампер.

Закон Ампера: сила F действующая на провод с током пропорциональна силе тока I в проводе, длине провода l и синусу от угла между направлением тока и магнитного поля. Итак F = B I l sin ..

Правило левой руки: Если четыре пальца открытой левой руки показывают направление тока и магнитное поле направлено в ладонь, то большой палец руки показывает направление магнитной силы. Магнитная сила всегда перпендикулярна как току, так и магнитному полю.

Магнитная индукция B показывает силу, которая действует на провод с единичным током и единичной длиной в магнитном поле перпендикулярном этому проводу: B = F / (I l) . Магнитная индукция – векториальная величина и ее можно назвать B-вектором. Согласно договоренности, направление B-вектора показывает северный полюс магнитной стрелки, ориентированной данным магнитным полем. Единицей магнитной индукции в системе СИ является тесла (1 Тл). Магнитная индукция B описывает магнитное поле также, как напряженность E описывает электрическое поле.

Одна тесла (1 Tл) эта такая магнитная индукция, при которой на перпендикулярный к направлению поля провод длиной один метр и с током один ампер, действует со стороны поля сила один ньютон: 1 Tл = 1 Н / (1 A . 1 м)

Силовая линия магнитного полямысленная линия, в каждой точке которой B-вектор направлен вдоль касательной этой линии. Вне постоянного магнита силовые линии направлены с северного полюса на южный полюс (NS). Силовые линии магнитного поля – замкнутые линии или вихри.Магнитное поле – соленойдальное или вихревое поле.

Правило кулака правой руки: если выдвинутый большой палец правой руки показывает направ-ление тока , то четыре пальца сжатые в кулак показывают направление магнитного поля тока.

Магнитная проницаемость вещества показывает во сколько раз магнитная сила в этом веществе (F) больше силы в вакууме (F0). = F / F0 , следовательно F = F0 . Так как магнитная индукция определена через силу, то = B / B0 , B = B0 и B0 = B / .

Напряженность магнитного поля H характеризует, независимо от среды, способность тока создавать магнитное поле. Если ток создает в веществе магнитную индукцию В, то напряженность магнитного поля показывает, какую магнитную индукцию (B0 = B /) создал бы этот же ток в вакууме. По определению H = B /(0 ) и B = 0 H. Единица измерения напряженности магнитного поля – 1 ампер на метр (1 А/м).

Прямой провод в котором течет ток I, создает на расстоянии d от себя магнитную индукцию B = K I / d. В системе СИ B = (0 / 2) I / d, где - диэлектрическая проницаемость окружающей среды.

Кольцо диаметром d и с током I , создает в своем центре магнитную индукцию B = 0 I / d и следовательно напряженность магнитного поля H = I / d .

Один ампер на метр – напряженность магнитного поля в центре кольца с током, если диаметр кольца 1 метр и в кольце течет ток один ампер.

Соленойд ( длинная и узкая катушка), в котором течет ток I, создает на своей оси магнитную индукцию B = (0 N / l) I . Здесь N – число витков соленойда и l – длина соленойда. Магнитная индукция всегда пропорциональна силе тока, создающего магнитное поле.

Магнитное напряжение Um на отрезке вычисляется умножением проекции напряженности магнит-ного поля Hl = H cos , на длину отрезка l, где - угол между отрезком и магнитным полем.

Закон полного тока (теорема Ампера о циркуляции) магнитное напряжение на замкнутой линии (магнито-моторная сила) равно полному току, текущему через поверхность, окруженную этой линией. Все токи текущие через поверхность, участвуют в создании магнитного поля на граничной линии данной поверхности.

Сила Лоренца FL , действующая на частицу, которая имеет заряд q и движется со скоростью v в магнитном поле с индукцией B, выражается формулой FL = q v B sin , где – угол между направлением движения частицы и магнитным полем. Магнитная сила, действующая на проводник с током, суммируется из сил Лоренца, действующих на отдельные носители заряда.

Электродвижущая сила (эдс) показывает работу посторонних сил при проведении единичного положительного заряда через всю цепь. Эдс – наибольшее напряжение, создаваемое данным источником тока или же сумма всех напряжений в цепи.

Электромагнетизм изучает неравномерное движение заряженных частиц и взаимные звязи электрических и магнитных явлений.

Явлением электромагнитной индукции называется возникновение электрического поля при изменении магнитного поля. Это электрическое поле называется вихревым, так как его силовые линии замкнуты (без начала и конца). Если движущийся провод пересекает силовые линии магнитного поля, то в этом проводе действует электродвижущая сила индукции. Если провод является частью электрической цепи, то в этой цепи возникает индукционный ток. Для создания этого тока совершает работу сила, смещающая провод в магнитном поле. Эта сила и является посторонней, определяющей электродвижущую силу. Кинетическая энергия движущегося провода переходит в энергию вихревого электрического поля.

Возникновение магнитной силы: магнитное поле + электрический ток магнитная сила движение провода.

Электромагнитная индукция: магнитное поле + движение провода магнитная сила электрический ток.

Напряжение U на концах провода, движущего в магнитном поле (электродвижущая сила i) выражается формулой U = v l B sin , где v – скорость движения, B – магнитная индукция, l – длина провода и угол между направлением движения и магнитным полем (угол в формуле силы Лоренца).

Магнитный поток показывает насколько силовые линии магнитного поля пересекают некую поверхность. Магнитный поток выражается формулой = B S cos , где В – магнитная индукция на повехности, S – площадь поверхности и – угол между нормалью поверхности и магнитным полем. Единица магнитного потока в системе СИ – один вебер.

Один вебер (1 Вб) это магнитный поток через поверхность с площадью 1 м2 в магнитном поле, перпендикулярном этой поверхности, если магнитная индукция поля 1 Тл. 1Вб = 1Тл .2.

Закон индукции Фарадея: электродвижущая сила индукции, возникающая в контуре, пропорцио-нальна скорости изменения магнитного потока в контуре. В системе СИ коэффициент пропорциональности выбран равным единице и следовательно i = d /dt. Знак минус выражает правило Ленца.

Правило Ленца: индукционный ток имеет такое направление, при котором его магнитное поле противодействует изменению магнитного потока. Индукционный ток всегда старается уничтожить своего родителя. Изменение первичного магнитного поля ΔB и магнитное поле индукционного тока Bi всегда противоположны.

Электромагнитное поле – единый посредник электромагнитного взаимодействия, частными случаями которого являются: электрическое и магнитное поле. Электромагнитное поле распространяется в пространстве как электромагнитная волна, в которой электрическое и магнитное поле периодически изменяются (одно переходит в другое и наоборот). Электромагнитное поле характеризуется уравнениями Максвелла.

Ротор (rot E или E) – вектор, который по правилу кулака правой руки направлен вдоль оси вихрей образующихся из силовых линий поля E. Ротор тем больше (длиннее), чем меньше радиус этих вихрей.

Дивергенция (div D или D) – плотность источников поля (точек, из которых выходят силовые линии поля D). Дивергенция – скалярная величина. Она тем больше, чем сильнее источник поля, который находится в данной точке.

Уравнения Максвелла: 1) rot E = B/t, изменяющееся во времени магнитное поле с индукцией B создает электрическое поле с напряженностью E. Силовые линии поля E левосторонними вихрями окружают направление изменения магнитного поля (направление вектора ΔB или B). Это – закон Фарадея. Знак минус указывает левостороннее направление вихрей. 2) div B = 0, магнитное поле не имеет источников (силовые линии замкнуты). 3) rot H = D/t + j , изменяющееся во времени электрическое поле (изменяющееся электрическое смещение D) а также и непосредственное движение носителей заряда, описываемое плотностью тока j , создают магнитное поле с напряженностью H. Силовые линии поля H правосторонними вихрями окружают направление тока или изменения электрического поля (направление вектора D). Это – закон полного тока. 4) div D = , источниками электростатического поля являются тела, имеющие электрический заряд (закон Гаусса). Величина – объемная плотность электрического заряда ( = dq/dV).

Постоянным током называется электрический ток, сила и направление которого не изменяются во времени.

Концентрацией носителей заряда n называется число свободных носителей заряда в единичном объеме данного вещества: n = N / V. Отсюда N = n V , число носителей заряда – произведение концентрации и объема.

Сила тока I может быть выражена как произведение заряда q одного носителя, концентрации носителей n , скорости направленного движения носителей v и площади поперечного сечения провода S. Итак I = q n v S .

Закон Ома: сила тока в проводнике пропорциональна напряжению: I = G U = U /R. Коэффициент пропорциональности G называется проводимостью, а её обратное значение – сопротивлением R проводника.

Сопротивление проводника показывает, какое напряжение следует приложить данному проводнику, чтобы создать в проводнике единичный ток : R = U / I. Единица сопротивления – один ом.

Один ом – сопротивление проводника, к которому приложено напряжение в один вольт для получения тока в один ампер: 1 Ом = 1 В / 1 А.

Резистором называется проводник имеющий некое определенное сопротивление. Сопротивление резистора, как правило во много раз больше сопротивления соединительных проводов. Для нахождения полного сопротивления последовательного соединения резисторов их сопротив-ления слагаются. При параллельном соединении резисторов слагаются обратные значения сопротивлений.

Сопротивление проводника пропорционально его длине и обратно пропорционально площади поперечного сечения проводника. Коэффициентом пропорциональности является удельное сопротивление вещества: R = l / S . Сопротивление металлов обусловлено взаимо-действием носителей заряда с колеблющимися ионами. При повышении температуры ионы колеблются больше и сопротивление металлического тела увеличивается. Сопротивление металлического тела пропорционально температуре.

Удельное сопротивление вещества показывает, каково сопротивление тела, состоящего из данного вещества, и имеющего единичную длину и единичную площадь сечения: = R S / l . Единица удельного сопротивления – ом умноженный на метр. 1 Ом . м – удельное сопротивление такого вещества, часть которого длиной в один метр и площадью сечения в один метр в квадрате имеет сопротивление один ом. Удельное сопротивление вещества можно выразить формулой = b/q2n, где b – коэффициент сопротивления при направленном движении носителей заряда, q – заряд одного носителя, n – концентрация носителей.

Температурный коэффициент сопротивления показывает, при повышении температуры на 10C, относительное изменение удельного сопротивления данного вещества: = ( 0) /0 t, где 0 - удельное сопротивление при 0 0C . Отсюда следует = 0 (1 + t). Единица величины - обратный градус (0C) -1.

В сверхпроводящем состоянии удельное сопротивление вещества ничтожно мало (гораздо меньше чем 10-26 Ом . м). Сверхпроводимость возможна только при температурах ниже критической.

Закон Джоуля-Ленца: количество теплоты Q, выделяющееся в проводнике под действием элек-трического тока, пропорциональна квадрату силы тока I, сопротивлению R и длительности тока t: Q = I 2 R t.

Работа, совершаемая в проводнике пропорциональна силе тока I, напряжению на концах проводника U и времени t: A = I U t.

Мощность электрического прибора можно представить как произведение силы тока на напряжение N = I U. Сопротивление нагревательного прибора или лампы в рабочем состоянии можно найти из формулы R = U 2/N, где: N – номинальная мощность и U – номинальное напряжение.

Один киловатт-час (1кВт . ч) это энергия, которая в течении одного часа выделяется в приборе мощностью 1 кВт. При этом 1кВт . ч = 3 600 000 Дж.

Источником тока называется устройство, которое трансформирует неэлектрическую энергию в электрическую. В источнике тока действуют неэлектрические или посторонние силы.

Закон Ома для полной цепи : I = /(R + r) или = I R + I r, сила тока цепи пропорциональна электродвижущей силе и обратно пропорциональна полному сопротивлению (сумме внешнего R и внутреннего r сопротивления).

Внутреннее сопротивление характеризует действие сил, которые внутри источника тока тормозят направленное движение носителей заряда. Напряжение на внутреннем сопротивлении Us = I r – работа, совершаемая посторонней силой для переноса единичного заряда через источник тока.

Взаимная емкость двух тел C показывает, какой заряд нужно перевести с одного тела на другое, чтобы между телами возникло единичное напряжение: C = q / U

Емкость тела показывает, какой заряд нужно сообщить телу, чтобы потенциал тела изменился на единицу: C = q /. О емкости одного тела говорят в том случае, если тело дающее заряд находиться очень далеко.

Один фарад (1 Ф) – емкость такого тела, которому необходимо сообщить заряд 1 кулон, чтобы потенциал тела изменился на один вольт: 1Ф = 1 Кл / 1 В.

Конденсатором называется система тел, созданная для получения определенной емкости. Конден-сатор состоит из двух проводящих пластин (покрытий), между которыми находится слой диэлектрика. Емкость кондинсатора – взаимная емкость его пластин. Емкость пластинчетого кондинсатора C пропорциональна площади S одной пластины, диэлектрической проница-емости межпластинчетого вещества и обратно пропорциональна расстоянию d между пластинами: C = 0 S / d.

Энергия электрического поля в конденсаторе выражается формулой Ee = C U 2/ 2, где C – емкость кондисатора и U – напряжение на нем. Так как U = E d , то энергия электрического поля пропорциональна квадрату напряженности поля.

Объемная плотность энергии электрического поля (энергия на единицу объема) we= dEe /dV выражается формулой we = 0 E 2/2. Энергия поля всегда пропорциональна квадрату величины, описывающей поле через силу.

Явление самоиндукции имеет место в том случае, если изменение магнитного потока, обуславли-вающее в проводнике электродвижущую силу индукции, вызвано изменением тока в самом проводнике.

Индуктивность проводника показывает электродвижущую силу самоиндукции, возникающую в этом проводнике, если сила тока в проводнике изменяется на единицу за единицу времени. L = – e / (I /t) или L = – e / (dI /dt ). Из этого следует e = – L dI/dt. В случае витка провода индуктивность показывает изменение магнитного потока , созданное единичным изменением силы тока I : L = /I. Единица индуктивности в системе СИ – генри (1 Гн). Индуктивность описывает инерцию при движении носителей заряда в данном проводнике (как масса в механике).

Один генри (1 Гн) – индуктивность такого проводника, в котором изменение силы тока со скоростью один ампер в секунду вызывает электродвижущую силу самоиндукции один вольт: 1 Гн = 1 В / (1 A/1 с) = 1 Вб / 1A.

Энергия магнитного поля в катушке с индуктивностью L и током I выражается формулой Em = L I 2/2 . Эта аналогична формуле кинетической энергии Ek = m v 2/2, которую имеет движущееся тело с массой m и скоростью v.

Объемная плотность энергии магнитного поля (энергия на единицу объема) wm= dEm /dV выражается формулой: wm= 0 H 2/2 = B 2/2 0 . .

В ходе электромагнитных колебаний энергия электрического поля в конденсаторе переходит в энергию магнитного поля в катушке и наоборот. Эти изменения периодичны, причем в случае отсутствия затухания период собственных колебаний T = 2 (L C) 1/2 и их угловая частота o = 1 / (L C) ½. Угловая частота затухающихся электромагнитных колебаний = (o2 2) 1/2, где коэффициент затухания = R / (2L).

Квантовая теория поля утверждает, что любое поле состоит из частиц. Сущность поля полностью определяется этими частицами. Сущность частицы вещества в свою очередь определяется тем, как эта частица относится к полям ( в каких взаимодействиях она участвует). Для представления процессов квантовая теория поля использует диаграммы Фейнмана ( графики в осях времени и пространственной координаты).

Дальность действия сил поля определяется средним временем жизни частиц-посредников данного взаимодействия. Так как фотон и гравитон стабильны (время жизни бесконечно), то действие электромагнитного и гравитационного поля распространяется в бесконечность. Согласно квантовой теории поля ослабление поля обратно пропорционально квадрату расстояния вызвано тем что, при увеличении площади воображаемой сферы вокруг тела, создающего поле, вероятность попадания кванта поля именно в данную точку сферы уменьшается.

Планетарная модель рассматривает атом как Солнечную систему. В роли Солнца ядро атома, в роли планет электроны. Размеры атома в порядке 10 -10 м = 1 Å (1 ангстрем), размеры ядра в порядке 10 -15 м = 1 f (1ферми).

Ядро состоит из протонов и нейтронов. Протон имеет заряд +e, нейтрон не имеет заряда. Масса протона превышает массу электрона (9,1.10 -31 кг) во 1836,1 раз, а масса нейтрона во 1838,7 раз. Масса атома почти полностью состоит из массы ядра.

Атомная модель Бора предполагает, что планетарный атом имеет стационарные (не изменяющиеся во времени) энергетические состояния. В стационарном состоянии атом не излучает электро-магнитные волны (I постулат Бора). Атом излучает или поглощает электромагнитные волны при переходе из одного стационарного состояния в другое (II постулат Бора). Экспери-ментальной основой модели Бора является сериальное расположение линий в спектре излучения атома.

Квантовыми числами называются числа, которые определяют значения физических величин, описывающих микрообъект (атом, электрон и т.д.)

Формула Бальмера-Ридберга определяет длины волн или энергии кванта h f линий в спектре излучения атома водорода : 1/ = R’ {(1/nl 2) (1/na 2)} или h f = R {(1/nl 2) (1/na 2)}, где величина R’ = 1,097 .107 м-1 или R = 13,6 эВ называется постоянной Ридберга, nl и na – целые числа. Число nl (квантовое число конечного состояния) определяет спектральную серию. Например у серии Лаймана nl = 1, у серии Бальмера nl = 2 и так далее. Число na (квантовое число начального состояния) определяет конкретную линию в рамках данной серии, при этом всегда na > nl. Коротковолновому краю серии соответствует na = .

Момент импульса электрона Ln = m vn rn согласно модели Бора является произведением целого числа n на угловую постоянную Планка ħ = h /(2) = 1,05 .10-34 Дж.с. Итак Ln = n ħ.

Энергия электрона в атоме водорода обратно пропорциональна квадрату квантового числа n: En = R /n 2 где R – постоянная Ридберга.

Радиус орбиты электрона пропорциональна квадрату квантового числа n: rn = r1 n 2, где r1 – радиус орбиты основного состояния атома водорода или радиус Бора, r1 = 5,29 . 10 -11 м. Электронные орбиты имеют определенные радиусы, так как электрон имеет волновые свойства. Электрон с импульсом p имеет длину волны = h / p (формула де Бройля). Электронная волна не гасит саму себя на интерференции, поэтому длина орбиты 2r всегда на целое число n больше длины волны n .

Скорость электрона на орбите обратно пропорциональна квантовому числу n: vn = v1 / n , где v1 – скорость электрона в основном состоянии v1 = 2,18 . 10 6 м/с.

При переходе атома из одного квантового состояния в другое испускается или поглощается квант электомагнитного поля с энергией Eэм = h f или Eэм= ħ . Частота колебаний fэм этого кванта имеет промежуточное значение между значениями частот вращения электрона, характерных начальному и конечному состоянию атома. Например при поглощении fнач < fэм < fкон .

В случае многоэлектронного атома состояние электрона характеризуют числами n, l, ml и s.

Главное квантовое число n определяет среднее расстояние электрона от ядра.

Орбитальное квантовое число l определяет длину l вектора орбитального момента импульса электрона : l= ħ [l (l + 1)]1/2. Квантовое число l определяет форму орбитали.

Орбиталью называется определенная форма стоячей волны электрона в атоме. В порядке увели-чения квантового числа l орбитали обозначаются маленькими латинскими буквами: s (l = 0), p (l = 1), d (l = 2), f (l = 3) и т.д.

Магнитное квантовое число ml определяет положение вектора орбитального импульсного момента электрона для данного типа электронной волны. Оно показывает, какова проекция этого вектора l на направление z внешнего магнитного поля. Длина проекции lz определяется формулой : lz = ml ħ.

Возможные значения квантовых чисел следущие: n = 1, 2, 3, …; l = 0, 1, …, n 1 (целые числа между 0 и n 1); ml = l, … ,+l (целые числа между l и +l ).

Спиновое квантовое число s может принимать значения ½ и + ½ , которые выражают возможные направления спина электрона во внешнем магнитном поле (по полю и против поля).

Энергию электрона в атоме определяет прежде всего главное квантовое число (среднее расстояние электрона от ядра). Влияние орбитального квантового числа слабое, влияние магнитного и спинового числа еще слабее.

Состояние электрона определяется комбинацией квантовых чисел n, l, ml и s.

Принцип запрета Паули для атома утверждает, что в одном и том же атоме не может быть двух электронов, у которых все квантовые числа (n, l, ml и s) совпадают. Комбинация всех четырех чисел является номером “комнаты” в которой помещается только один электрон. Комбинация трех чисел n, l, ml определяет область пространства, в которой помещаются два электрона с противоположными спинами.

Вырождением состояний называется ситуация, при которой электроны находящиеся в различных состояниях имеют одну и ту же энергию. Действующее на атом электрическое или магнитное поле снимает вырождение (энергии электронов будут различны).

Слоистая электронная оболочка всегда возникает при минимальной энергии электронов и выполненности принципа Паули. Порядковым номером слоя является главное квантовое число n, подслой (группу орбиталей одинаковой формы) определяет орбитальное квантовое число l. Один слой содержит максимально 2n2 электронов, один подслой имеет 2(2l +1) электронов.

Из подслоев заполняется раньше тот, у которого n + l меньше. Если n + l равно, то раньше заполняется тот подслой, у которого n меньше: (1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, ...)

Правила отбора определяют изменение квантовых чисел атома при переходах. Они выражают закон сохранения импульса. Правила отбора следующие: L = 1, J = 1, 0 (за исключением пере­хода 0 0), S = 0 (менее строгое).

Орбитальный момент импульса атома L= ħ [L (L + 1)]1/2 определяется орбитальным квантовым числом L, возможные значения которого в случае двух электронов расположены между l1+ l2 и l1 – l2. Если электронов больше, то этот же принцип применяется во много раз. Аналогично можно найти спиновое квантовое число атома и на основе значений S и L квантовое число J полного момента импульса атома J = L + S (внутреннее квантовое число).

Рентгеновское излучение может быть: 1) тормозное излучение или 2) характеристическое излуче­ние. Спектр тормозного излучения непрерывен, спектр характеристического излучения дискре­тен (с определенными частотами). Тормозное излучение возникает при торможении быстрых элек-тронов в металлическом теле (в аноде рентгеновской трубки).

Характеристическое излучение возникает, если попадающий на анод рентгеновской трубки бы-стрый электрон выбивает электрон из внутренней оболочки атома анода. Выбитый электрон заменяется электроном из внешней оболочки, при этом возникает рентгеновский квант.

Закон Мозли утверждает, что частота характеристического рентгеновского излучения пропорци-ональна квадрату зарядового числа Z (порядкового номера в таблице Менделеева) материала анода. Энергия кванта самой интенсивной линии (K -линии) характеристического излучения выражается формулой hf = 3/4 R (Z - 1)2, где R постоянная Ридберга (13,6 eV).

Ядро – шарообразное очень плотное тело в центре атома. Ядро состоит из ядерных частиц или нуклонов (протонов и нейтронов). Нуклоны связаны между собой ядерными силами, которые обусловлены сильным взаимодействием.
1   2   3   4   5   6   7

Похожие:

Основные понятия по предмету iconЭкзаменационные вопросы по предмету «Информационные технологии»
Информатика. Приоритетные направления информатики. Информация, основные понятия, определение информации
Основные понятия по предмету icon«Православные храмы»
Формирование устойчивого интереса к предмету, желания больше узнавать о православной культуре России. Усвоить основные понятия: икона,...
Основные понятия по предмету iconОсновные понятия и определения
Цели урока: дать основные понятия о принципах и методах сборки. Научиться составлять технологическую схему сборки
Основные понятия по предмету iconВопросы к зачету по I полугодию по спецматематике, 8 класс, 2007 Основные понятия и определения
Основные понятия и определения (уметь формулировать, применять, приводить примеры)
Основные понятия по предмету iconОсновные понятия и определения 4 Линейные пространства 4
Данная работа рассматривает основные понятия, свойства, определения и теоремы, связанные с одним из классов линейных операторов –...
Основные понятия по предмету iconПрограмма вступительного экзамена в магистратуру по направлению «Философия»
Развития. Древнеиндийская философия, её основные черты. Периодизация индийской философии, её основные понятия: Брахман, Атман, сансара,...
Основные понятия по предмету iconОсновные понятия теории множеств
Основные понятия теории множеств: Индивидуальные задания к модулю 1 / Юго-Зап гос ун-т; сост.: Т. В. Шевцова, Е. В. Скрипкина. Курск,...
Основные понятия по предмету iconОсновные понятия в данной главе будут описаны все основные понятия, используемые в процессе работы. Состояние вычислительной машины
...
Основные понятия по предмету iconОбщие положения *Статья Основные понятия в настоящем Законе используются следующие понятия

Основные понятия по предмету iconОсновные понятия
Для характеристики высокомолекулярных соединений необходимо рассмотреть следующие понятия
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


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