Шпаргалка по "Физике"

1.Электрический заряд — это связанное с телом свойство, позволяющее ему быть источником электрического поля и участвовать в электромагнитных взаимодействиях. Заряд является количественной характеристикой. Единица измерения заряда в СИ — кулон — электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника при силе тока 1А за время 1с.

В замкнутой системе тел алгебраическая сумма заряда остается без изменений.

 

Сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в  вакууме, направлена вдоль прямой, соединяющей заряды, прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

 

2. Вынужденными электромагнитными колебаниями называют периодические изменения силы тока и напряжения в электрической цепи, происходящие под действием переменной ЭДС от внешнего источника. Внешним источником ЭДС в электрических цепях являются генераторы переменного тока, работающие на электростанциях.

Резона́нс  — явление резкого  возрастания амплитуды вынужденных  колебаний, которое наступает при  приближении частоты внешнего воздействия  к некоторым значениям , определяемым свойствами системы. При помощи явления  резонанса можно выделить или  усилить даже весьма слабые периодические  колебания. Резонанс — явление, заключающееся  в том, что при некоторой частоте  вынуждающей силы колебательная  система оказывается особенно отзывчивой на действие этой силы. Степень отзывчивости в теории колебаний описывается  величиной, называемой добротность.

 

3. Напряжённость электрического поля — векторная физическая величина, характеризующая электрическое поле в данной точке и численно равная отношению силы  действующей на пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда q:

 

Электрический диполь – система  разноименных равных по модулю точечных зарядов. Электрический диполь создает вокруг себя электрическое поле, которое нетрудно рассчитать с использованием принципа суперпозиции.

 

4. Поток вектора электрического поля в вакууме сквозь любую замкнутую поверхность равен алгебраической сумме зарядов, заключенных внутри данной поверхности деленных на электрическую постоянную.

 

 

Поток вектора напряжённости электрического поля через любую произвольно  выбранную замкнутую поверхность  пропорционален заключённому внутри этой поверхности электрическому заряду.

                

 

5. На положительный точечный заряд q в электрическом поле с напряжённостью E  действует сила

 F = q E. Работа сил электростатического поля при перемещении заряда из одной точки поля в другую не зависит от формы траектории, а определяется только положением начальной и конечной точек и величиной заряда. Работа сил электростатического поля при перемещении заряда по любой замкнутой траектории равна нулю.

A=FS=F (дельта)r

A=

Физическую величину, равную отношению  потенциальной энергии электрического заряда в электростатическом поле к  величине этого заряда, называют потенциалом  φ электрического поля:

 

Потенциал φ является энергетической характеристикой электростатического  поля.

6.Упорядоченное движение заряженных частиц называется эл. Током

 

I – физическа величина = отношению заряда ко времени, за которое этот заряд пройден.

J =             

Для существования электрического тока необходимо выполнение 2-х условий

1 наличие свободных носителей  заряда

2 наличие постоянной разности  потенциалов

-основная характеристика эл. Тока

 

Процесс взаимодействия движущихся электронов с узлами кристаллической решетки  называется эл. Сопротивлением .С увеличением температуры проводника электрическое сопротивление возрастает.

7.

Мощность тепла, выделяемого в  единице объёма среды при протекании электрического тока, пропорциональна  произведению плотности электрического тока на величину электрического поля (закон Джоуля-Ленса)

 

σ — проводимость среды.

E- напряженность эл.поля.

8.Для существования тока в металлах необходимо:

1. наличие свободных носителей  заряда; 2. Наличие разности потенциалов

Металлическая связь представляет собой положительно заряженную кристаллическую  решетку, которая помещена в электр. Газ. Электрон, в процессе своего движения в металле постоянно испытывает соударение с узлами кристаллической  решетки и соседними электронами. Расстояние, которое проходит электрон между 2-мя ударами называется длиной свободного пробега, а время между 2-мя ударами – называется временем свободного пробега.

 

В 1853г. Два ученых Видеман и Франт  экспериментально установили зависимость  между теплопроводностью и электропроводностью  в металлах.

 

 

9. Как показывает опыт, свободные электроны при обычных температурах практически не покидают металл. Следовательно, в поверхностном слое металла должно быть задерживающее электрическое поле, препятствующее выходу электронов из металла в окружающий вакуум. Работа, которую нужно затратить для удаления электрона из металла в вакуум, называется работой выхода. Укажем две вероятные причины появления работы выхода:

 

1. Если электрон по какой-то  причине удаляется из металла,  то в том месте, которое электрон  покинул, возникает избыточный  положительный заряд и электрон  притягивается к индуцированному  им самим положительному заряду.

2. Отдельные электроны покидая  металл, удаляются от него на  расстояния порядка атомных и  создают тем самым над поверхностью  металла электронное облако, плотность которого быстро убывает с расстоянием. Это облако вместе с наружным слоем положительных ионов решетки образует двойной электрический слой, поле которого подобно полю плоского конденсатора. Толщина этого слоя равна нескольким межатомным расстояниям (10√10≈10√9 м). Он не создает электрического поля во внешнем пространстве, но препятствует выходу свободных электронов из металла.

Таким образом, электрон при вылете из металла должен преодолеть задерживающее его электрическое поле двойного слоя. Разность потенциалов  в этом слое, называемая поверхностным скачком потенциала, определяется работой выхода (А) электрона из металла:

 

10. Для существования электрического тока в вакууме нужно искусственно ввести в это пространство свободные электроны (с помощью эмиссионных явлений). 

1.Термоэлектронная эмиссия Процесс  испускания электронов нагретыми  металлами называется термоэлектронной  эмиссией. Интенсивность термоэлектронной  эмиссии зависит от площади  катода, температуры нагрева металла  и свойств вещества. Если кинетическая  энергия электронов больше энергии  связи, то происходит термоэлектронная  эмиссия. 

2. Фотоэлектронная эмиссия (фотоэлектрический  эффект, фотоэффект). Процесс испускания  электронов металлами под воздействием  света. Открыт Г. Герцем, исследован  А. Г. Столетовым.  Объяснен  А. Эйнштейном.  

3. Автоэлектронная эмиссия. Процесс  испускания электронов под воздействием электрического поля

Термоэлектронная эмиссия используется в различных электронных приборах. Простейший из них — электровакуумный диод. Этот прибор состоит из стеклянного  баллона, в котором находятся  два электрода: катод и анод. Анод изготовлен из металлической пластины, катод — из тонкой металлической  проволоки, свернутой в спираль. Концы спирали укреплены на металлических  стержнях, имеющих два вывода для  подключения в электрическую  цепь. Соединив выводы катода с источником тока, можно вызвать нагревание проволочной  спирали катода проходящим током  до высокой температуры. Проволочную  спираль, нагреваемую электрическим  током, называют нитью накала лампы.

Включив вакуумный диод в электрическую  цепь последовательно с источником постоянного тока и амперметром, можно обнаружить основное свойство диода, используемое в различных  радиоэлектронных приборах,— одностороннюю  проводимость. При подключении источника  тока положительным полюсом к  аноду и отрицательным к катоду электроны, испускаемые нагретым катодом, движутся под действием электрического поля к аноду — в цепи течет  электрический ток. Если подключить источник тока положительным полюсом  к катоду, а отрицательным —  к аноду, то электрическое поле будет  препятствовать движению электронов от катода к аноду — электрического тока в цепи нет. Свойство односторонней  проводимости диода используется в  радиоэлектронных приборах для преобразования переменного тока в постоянный.

 

11.Несамостоятельным разрядом называется такой разряд, в котором ток поддерживается только за счет непрерывного образования заряженных частиц по какой-либо внешней причине и прекращается после прекращения действия источника образования зарядов. Заряды могут создаваться как на поверхности электродов, так и в объеме разрядной трубки. Самостоятельные разряды характеризуются тем, что заряженные частицы, необходимые для поддержания разряда, создаются в процессе самого разряда, то есть их количество по крайней мере не уменьшается с течением времени. Вообще, чтобы разряд стал самостоятельным, каждый вырванный с катода электрон в результате цепочки взаимодействий должен вырвать с катода по крайней мере еще 1 электрон. В результате столкновения иона с катодом с последнего может быть эмитирован электрон (этот процесс называется вторичной электронной эмиссией).

12.Плазмой называется сильно ионизованный газ, в котором концентрации положительных и отрицательных зарядов практически одинаковы. Различают высокотемпературную плазму, возникающую при сверхвысоких температурах, и газоразрядную плазму, возникающую при газовом разряде. Плазма характеризуется степенью ионизации a — отношением числа ионизованных частиц к полному их числу в единице объема плазмы. В зависимости от величины a говорят о слабо (a составляет доли процента), умеренно (a — несколько процентов) и полностью (a близко к 100%) ионизованной плазме.

 Условием существования плазмы является некоторая минимальная плотность заряженных частиц, начиная с которой можно говорить о плазме  как таковой. Эта плотность определяется в физике плазмы из неравенства L>>D, где L—линейный размер системы заряженных частиц, D — так называемый дебаевский радиус экранирования, представляющий собой то, расстояние, на котором происходит экранирование кулоновского поля любого заряда плазмы. Плазма обладает следующими основными свойствами: высокой степенью ионизации газа, в пределе — полной ионизацией; равенством нулю результирующего пространственного заряда (концентрация положительных и отрицательных частиц в плазме практически одинакова); большой электропроводностью, причем ток в плазме создается в основном электронами, как наиболее подвижными частицами; свечением; сильным взаимодействием с электрическим и магнитным полями; колебаниями электронов в плазме с большой частотой (»108 Гц), вызывающими общее вибрационное состояние плазмы; «коллективным» — одновременным взаимодействием громадного числа частиц (в обычных газах частицы взаимодействуют друг с другом попарно). Эти свойства определяют качественное своеобразие плазмы, позволяющее считать ее особым, четвертым, состоянием вещества.

13.

14. Магнитное поле — силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения, магнитная составляющая электромагнитного поля.

Магнитное поле может создаваться  током заряженных частиц и/или магнитными моментами электронов в атомах (и  магнитными моментами других частиц, хотя в заметно меньшей степени) (постоянные магниты).

Кроме этого, оно появляется при  наличии изменяющегося во времени  электрического поля.

Основной силовой характеристикой  магнитного поля является вектор магнитной  индукции  (вектор индукции магнитного поля). С математической точки зрения  - векторное поле, определяющее и  конкретизирующее физическое понятие  магнитного поля. Нередко вектор магнитной  индукции называется для краткости  просто магнитным полем (хотя, наверное, это не самое строгое употребление термина).

Магнитным потоком или потоком  вектора магнитной индукции через  плоскую площадку S называют величину, равную скалярному произведению (ВЧS) вектора индукции магнитного поля В на вектор площадки S=SЧn:

, 

где a - угол между направлением нормали n к площадке и направлением индукции В;

B_n - проекция вектора В на направление нормали n.  

Магнитный поток есть скалярная  величина. Магнитный поток равен  полному числу линий магнитной  индукции, проходящих через данную поверхность. Знак магнитного потока зависит  от cosa, т.е. от выбора положительного направления нормали n.

Единичный вектор n нормали к площадке S можно провести в двух прямо противоположных направлениях. Одно из них условно принимается за положительное. В этом направлении и проводится нормаль n. Та сторона площадки, из которой исходит нормаль n, называется внешней, а та, в которую нормаль n входит - внутренней.

В электромагнитных явлениях часто  приходится рассматривать магнитный  поток в связи с током, обтекающим контур, ограничивающий рассматриваемую  поверхность. Будем считать, что  положительное направление нормали n к площадке S совпадает с направлением перемещения буравчика с правой нарезкой, вращаемого в направлении тока.

Если магнитное поле неоднородное, и рассматривается поверхность S не плоская, то ее можно разбить на бесконечно малые элементы dS, которые можно считать плоскими, а любое поле на протяжении этого элемента, как однородное. Следовательно:  

, 

где dS = dSЧn, 

а полный поток через поверхность S равен (см. рис. 2): 

.

15. НАПРЯЖЕННОСТЬ МАГНИТНОГО ПОЛЯ - векторная величина, являющаяся количественной характеристикой магнитного поля. Она зависит от силы тока в проводниках, создающих магнитное поле тока, от формы проводника, от расстояния между проводником и точкой, в которой она определяется, и не зависит от материальной среды этого поля.

В системе СИ она измеряется в  амперах на метр (А/м). Вектор напряженности  магнитного поля в данной точке направлен  по касательной к магнитной силовой  линии в этой точке и имеет  то же направление.

                   - напряженность

 

- в вакууме

 

 

 

 

16. Электромагнитные волны классифицируются по длине волны или связанной с ней частотой волны. Отметим также, что эти параметры характеризуют не только волновые, но и квантовые свойства электромагнитного поля. Соответственно в первом случае электромагнитная волна описывается классическими законами, изучаемыми в данном томе, а во втором - квантовыми законами, изучаемыми в томе 5 настоящего пособия.

Рассмотрим понятие спектра  электромагнитных волн. Спектром электромагнитных волн называется полоса частот электромагнитных волн, существующих в природе.