Шпаргалка по "Физике"

Спектр электромагнитного излучения  в порядке увеличения частоты  составляют:

1) Радиоволны;

2) Инфракрасное излучение;

3) Световое излучение;

4) Рентгеновское излучение;

5) Гамма излучение.

 

Различные участки электромагнитного  спектра отличаются по способу излучения  и приёма волн, принадлежащих тому или иному участку спектра. По этой причине, между различными участками  электромагнитного спектра нет  резких границ.

Радиоволны изучает классическая электродинамика. Инфракрасное световое и ультрафиолетовое излучение изучает  как классическая оптика, так и  квантовая физика. Рентгеновское  и гамма излучение изучается  в квантовой и ядерной физике.

17.   Источником магнитного поля являются движущиеся заряды. Покоящиеся заряды магнитное поле не создают. Действует магнитное поле тоже только на движущиеся заряды, на покоящиеся заряды оно никакого действия не оказывает.

   Силу, с которой магнитное  поле действует на движущуюся  заряженную частицу, называют  силой Лоренца.   В конце  XIX в. нидерландский физик X. А.  Лоренц установил, что эта сила  всегда перпендикулярна направлению  движения частицы и силовым  линиям магнитного поля, в котором  эта частица движется.

Fl=q*B*v*sin(a).

   Направление силы Лоренца  можно определить с помощью  правила левой руки:

   если расположить левую  ладонь руки так, чтобы четыре  вытянутых пальца указывали направление  движения заряда, а силовые линии  магнитного поля входили в  ладонь, то отставленный большой  палец укажет направление силы  Лоренца, действующей на положительный  заряд (рис. 63); если заряд частицы  отрицательный, то сила Лоренца  будет направлена в противоположную  сторону.

   Действуя под прямым углом  к скорости частицы, сила Лоренца  не может ни ускорить, ни замедлить  ее движение; она лишь искривляет  траекторию частицы, заставляя  ее двигаться по кривой линии.

   Действие магнитного поля  на движущиеся заряды используют  для управления потоком.   Действие магнитного поля на движущиеся заряженные частицы может быть использовано для получения электрического тока.

Ускори́тель заря́женных части́ц  — класс устройств для получения  заряженных частиц (элементарных частиц, ионов) высоких энергий. Современные  ускорители, подчас, являются огромными  дорогостоящими комплексами, которые не может позволить себе даже крупное государство. К примеру, Большой адронный коллайдер в ЦЕРНе представляет собой кольцо длиной почти 27 километров.

В основе работы ускорителя заложено взаимодействие заряженных частиц с  электрическим и магнитным полями. Электрическое поле способно напрямую совершать работу над частицей, то есть увеличивать её энергию. Магнитное  же поле, создавая силу Лоренца, только отклоняет частицу, не изменяя её энергии, и задаёт орбиту, по которой  движутся частицы.

Конструктивно ускорители можно принципиально  разделить на две большие группы. Это линейные ускорители, где пучок  частиц однократно проходит ускоряющие промежутки, и циклические ускорители, в которых пучки движутся по замкнутым  кривым (например, окружностям), проходя  ускоряющие промежутки по многу раз. Можно также классифицировать ускорители по назначению: коллайдеры, источники  нейтронов, бустеры, источники синхротронного излучения, установки для терапии  рака, промышленные ускорители.

18. Если поместить в магнитное поле проводник и перемещать его так, чтобы он при своем движении пересекал силовые линии поля, то в проводнике возникнет электродвижущая сила, называемая ЭДС индукции.

ЭДС индукции возникнет в проводнике и в том случае, если сам проводник  останется неподвижным, а перемещаться будет магнитное поле, пересекая  проводник своими силовыми линиями.

Если проводник, в котором наводится  ЭДС индукции, замкнуть на какую-либо внешнюю цепь, то под действием  этой ЭДС по цепи потечет ток, называемый индукционным током.

Явление индуктирования ЭДС в проводнике при пересечении его силовыми линиями магнитного поля называется электромагнитной индукцией.

Электромагнитная индукция — это  обратный процесс, т. е. превращение  механической энергии в электрическую.

Явление электромагнитной индукции нашло  широчайшее применение в электротехнике.

 

 

Самоиндукция - явление возникновения ЭДС индукции в эл.цепи в результате изменения силы тока. 
Возникающая при этом ЭДС называется ЭДС самоиндукции

 
Проявление явления самоиндукции

Замыкание цепи 
 
 
  
 
 
При замыкании в эл.цепи нарастает ток, что вызывает в катушке увеличение магнитного потока, возникает вихревое эл.поле, направленное против тока, т.е. в катушке возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая нарастанию тока в цепи ( вихревое поле тормозит электроны). 
В результате Л1 загорается позже, чем Л2.

Размыкание цепи 
 
 
  
 
 
При размыкании эл.цепи ток убывает, возникает уменьшение м.потока в катушке, возникает вихревое эл.поле, направленное как ток ( стремящееся сохранить прежнюю силу тока) , т.е. в катушке возникает ЭДС самоиндукции, поддерживающая ток в цепи. 
В результате Л при выключении ярко вспыхивает. 
 
Вывод 
 
в электротехнике явление самоиндукции проявляется при замыкании цепи (эл.ток нарастает постепенно) и при размыкании цепи (эл.ток пропадает не сразу).

 
ИНДУКТИВНОСТЬ

От чего зависит ЭДС  самоиндукции?  
 
Эл.ток создает собственное магнитное поле . Магнитный поток через контур пропорционален индукции магнитного поля (Ф ~ B), индукция пропорциональна силе тока в проводнике 
(B ~ I), следовательно магнитный поток пропорционален силе тока (Ф ~ I). 
ЭДС самоиндукции зависит от скорости изменения силы тока в эл.цепи, от свойств проводника  
(размеров и формы) и от относительной магнитной проницаемости среды, в которой находится проводник. 
Физическая величина, показывающая зависимость ЭДС самоиндукции от размеров и формы проводника и от среды, в которой находится проводник, называется коэффициентом самоиндукции или индуктивностью. 
 
 
  
 
 
Индуктивность - физ. величина, численно равная ЭДС самоиндукции, возникающей в контуре при изменении силы тока на 1Ампер за 1 секунду. 
Также индуктивность можно рассчитать по формуле:

 
 
 
 
где Ф - магнитный поток через  контур, I - сила тока в контуре.

 

19. Магнитное поле обладает энергией. Подобно тому, как в заряженном конденсаторе имеется запас электрической энергии, в катушке, по виткам которой протекает ток, имеется запас магнитной энергии.

 

Если включить электрическую лампу  параллельно катушке с большой  индуктивностью в электрическую  цепь постоянного тока, то при размыкании ключа наблюдается кратковременная  вспышка лампы. Ток в цепи возникает  под действием ЭДС самоиндукции. Источником энергии, выделяющейся при  этом в электрической цепи, является магнитное поле катушки.

Энергия Wм магнитного поля катушки  с индуктивностью L, создаваемого током I, равна

                                     

Формула очень похожа на формулу  для кинетической энергии, роль массы m выполняет индуктивность L, а скорости v соответствует сила тока I.

 
При любом изменении  силы тока в проводящем контуре возникает  э.д.с. самоиндукции, после чего в  контуре появляются дополнительные токи, называемые экстратоками самоиндукции. Экстратоки самоиндукции, по правилу Ленца, всегда имеют такое направление, чтобы оказывать сопротивление изменениям тока в цепи, т. е. имеет направление, противоположное току, создаваемому источником. При выключении источника тока экстратоки так же направлены, как и ослабевающий ток. Значит, наличие индуктивности в цепи приводит к замедлению исчезновения или установления тока в цепи.  
 
Исследуем процесс выключения тока в цепи, содержащей источник тока с э.д.с. ξ , катушку индуктивностью L и резистор сопротивлением R . Под действием внешней э. д. с. в цепи течет постоянный ток  
 
  
 
(пренебрегаем внутренним сопротивлением источника тока).  
 
В момент времени t=0 отключим источник тока. Ток в катушке индуктивностью L начнет убывать, что приведет к возникновению э.д.с. самоиндукции ξ_s = -L(dI/dt) оказывающей препятствие, согласно правилу Ленца, уменьшению тока. В каждый момент времени ток в цепи задается законом Ома I= ξ_s/R, или  
 
 (1)  
 
Разделив в формуле (1) переменные, получим (dI/I) = -(R/L)dt . Интегрируя эту формулу по I (от I₀ до I) и t (от 0 до t), найдем ln (I/I₀) = –Rt/L, или  
 
 (2)  
 
где τ = L/R — постоянная, которая называется временем релаксации. Из (2) видно, что τ есть время, в течение которого сила тока уменьшается в е раз.  
 
Значит, в процессе отключения источника тока сила тока уменьшается по экспоненциальному закону (2) и задается кривой 1 на рис. 1. Чем больше индуктивность цепи и меньше ее сопротивление, тем больше τ и, значит, тем медленнее убывает ток в цепи при ее размыкании.

20. По поведению в магнитном поле вещество делиться на 3 группы: 

1. ферромагнетик   M>>1 (значительно)

2. паромагнетик   M>1 (не значительно)

3.диомагнетик    M<1

Внутри ферромагнетика имеются маленькие области, которые  представляют собой эл. Магниты

В обычном состоянии  магнитной индукции домены направлены хаотично, и взаимно компенсируют друг друга. При помещении во внешнее  магнитное поле магнитные поля домена разворачиваются под действием  внешнего магнитного  поля и не компенсируют друг друга.

Разрушение : 1.Большая  температура(нагревание) (температура  Кюри)    2.Дать магнитному полю противоположное направление.

25. Колебания — повторяющийся в той или иной степени во времени процесс изменения состояний системы около точки равновесия. Например, при колебаниях маятника повторяются отклонения его в ту и другую сторону от вертикального положения; при колебаниях в электрическом колебательном контуре повторяются величина и направление тока, текущего через катушку.

Колебания почти  всегда связаны с попеременным превращением энергии одной формы проявления в другую форму.

Колебания различной  физической природы имеют много  общих закономерностей и тесно  взаимосвязаны c волнами. Поэтому исследованиями этих закономерностей занимается обобщённая теория колебаний и волн. Принципиальное отличие от волн: при колебаниях не происходит переноса энергии, это, так  сказать, «местные» преобразования энергии.

 Гармоническое  колебание — явление периодического изменения какой-либо величины, при котором зависимость от аргумента имеет характер функции синуса или косинуса.

Виды колебаний

Свободные колебания совершаются  под действием внутренних сил  системы после того, как система  была выведена из положения равновесия. Чтобы свободные колебания были гармоническими, необходимо, чтобы  колебательная система была линейной (описывалась линейными уравнениями  движения), и в ней отсутствовала  диссипация энергии (последняя вызвала  бы затухание).

Вынужденные колебания совершаются  под воздействием внешней периодической  силы. Чтобы они были гармоническими, достаточно чтобы колебательная  система была линейной (описывалась  линейными уравнениями движения), а внешняя сила сама менялась со временем как гармоническое колебание (т.е. чтобы зависимость от времени  этой силы была синусоидальной).

Гармонические колебания выделяются из всех остальных видов колебаний  по следующим причинам:

Очень часто малые колебания, как  свободные, так и вынужденные, которые  происходят в реальных системах, можно  считать имеющими форму гармонических  колебаний или очень близкую  к ней.

Широкий класс периодических функций  может быть разложен на сумму тригонометрических компонентов. Другими словами, любое  колебание может быть представлено как сумма гармонических колебаний.

Для широкого класса систем откликом на гармоническое воздействие является гармоническое колебание (свойство линейности), при этом связь воздействия  и отклика является устойчивой характеристикой  системы. С учётом предыдущего свойства это позволяет исследовать прохождение  колебаний произвольной формы через  системы.

26. При механических колебаниях колеблющееся тело (или материальная точка) обладает кинетической и потенциальной энергией. Кинетическая энергия тела W:

(Скорость  тела v = ds/dt)       

  Для вычисления потенциальной  энергии тела воспользуемся самой  общей формулой, связывающей силу  и потенциальную энергию тела  в поле этой силы:

где U - потенциальная энергия, набираемая (или теряемая) телом, движущимся в  силовом поле F от точки 0 (точки, в  которой потенциальная энергия  принимается равной 0) до точки х.        

  Для силы, линейно зависящей от  смещения (как в случае наших  механических маятников, такие  силы носят общее название  квазиупругих сил) мы имеем:

 

  В случае электрических колебаний  энергия в конуре представляет  собой сумму энергии электрического  поля, запасенной между обкладками  конденсатора, и энергии магнитного  поля, запасенной в катушке с  индуктивностью. Вычислим обе составляющие.

41. Вещество или материальное тело, в котором имеются заряды, способные переносить электрический ток, называется проводником. В металлах переносчиками тока служат свободные (т.е. не привязанные к атомам) электроны, в электролитах — ионы, в плазме — и электроны, и ионы. Для электростатических явлений поле внутри проводника равно нулю:

E→in ≡ 0 .

Механизм исчезновения электрического поля в проводниках связан со смещением  свободных зарядов ровно настолько, чтобы как раз компенсировать внешнее электрическое поле, если таковое имеется. При изменении  внешнего поля свободные заряды в  проводнике перераспределяются, а в  момент перераспределения в проводнике течет ток.

Поскольку E→in = 0, то и плотность  заряда внутри проводника также равна  нулю:

ρin = 1 4π divE→in ≡ 0.

Заряды, компенсирующие внешнее поле, могут размещаться только на поверхности  проводника. В связи с этим говорят, что проводник квазинейтрален. По аналогии с объёмной плотностью заряда ρ = limΔV →0Δq∕ΔV , поверхностную плотность  определяют, как предел отношения  заряда на физически малом участке  поверхности Δq к площади этого  участка ΔS: