Шпаргалка по "Физике"

10 билет

Работа тока на участке цепи равна  произведению силы тока, напряжения и  времени, в течение которого работа совершалась.Применяя формулу закона Ома для участка цепи, можно записать несколько вариантов формулы для расчета работы тока:  МОЩНОСТЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА - отношение работы тока за время t к этому интервалу времени. 2. ЗАКОН ДЖОУЛЯ -ЛЕНЦАПри прохождениии тока по проводнику проводник нагревается, и происходит теплообмен с окружающей средой, т.е. проводник отдает теплоту окружающим его телам.Количество теплоты, выделяемое проводником с током в окружающую среду, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока по проводнику. 3. Мощность тепловых потерь в проводнике равна произведению тока и напряжения:Если рассмотреть в проводящей среде элемент объема dV (рис. 2.4), то мощность, которая тратится в этом объеме на тепловые потери, будет равна: 2. КПД электрической цепи называется отношение "полезной" работы Aпол, совершенной током в каком-либо участке цепи, ко всей "затраченной" работе Aзатр, которая равна энергии выделенной источником тока в процессе его работы за время t.

13 билет

Полупроводники́ — материалы, которые  по своей удельной проводимости занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками и отличаются от проводников сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и воздействия  различных видов излучения. Основным свойством этих материалов является увеличение электрической проводимости с ростом температуры[1].  2. Проводимость полупроводников, обусловленная примесями, называется примесной проводимостью, а сами полупроводники - примесными полупроводниками. Примесная проводимость обусловлена примесями (атомы посторонних элементов), а также дефектами типа избыточных атомов (по сравнению со стехиометрическим составом), тепло выми (пустые узлы или атомы в междоузлиях) и механическими (трещины, дислокации и т. д.) дефектами. Наличие в полупроводнике примеси существенно изменяет его проводимость. Например, при введении в кремний примерно 0,001 ат.% бора его проводимость увеличивается примерно в 10б раз. У собственных полупроводников число появившихся при разрыве связей электронов и дырок одинаково, т.е. проводимость собственных полупроводников в равной степени обеспечивается свободными электронами и дырками. Проводимость примесных полупроводников Если внедрить в полупроводник примесь с валентностью большей, чем у собственного полупроводника, то образуется донорный полупроводник.(Например, при внедрении в кристалл кремния пятивалентного мышьяка. Один из пяти валентных электронов мышьяка остается свободным). В донорном полупроводнике электроны являются основными, а дырки неосновными носителями заряда. Такие полупроводники называют полупроводниками n- типа, а проводимость электронной. Если внедрять в полупроводник примесь с валентностью меньшей, чем у собственного полупроводника, то образуется акцепторный полупроводник. (Например, при внедрении в кристалл кремния трехвалентного индия. У каждого атома индия не хватает одного электрона для образования парноэлектронной связи с одним из соседних атомов кремния. Каждая из таких незаполненных связей является дыркой). В акцепторных полупроводниках дырки являются основными, а электроны неосновными носителями заряда. Такие полупроводники называются полупроводниками p- типа, а проводимость дырочной.

14 билет

Полупроводниковый диод — полупроводниковый  прибор с одним электрическим  переходом и двумя выводами (электродами). В отличие от других типов диодов, принцип действия полупроводникового диода основывается на явлении p-n-перехода. Светодио́д или светоизлучающий диод (СД, СИД, LED англ. Light-emitting diode) — полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом,создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока. Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра. Его спектральные характеристики зависят во многом от химического состава использованных в нём полупроводников. Иными словами, кристалл светодиода излучает конкретный цвет (если речь идёт об СД видимого диапазона), в отличие от лампы, излучающей более широкий спектр и где конкретный цвет отсеивается внешним светофильтром. Фоторези́стор — полупроводниковый прибор, изменяющий величину своего сопротивления при облучении светом.Для изготовления фоторезисторов используют полупроводниковые материалы с шириной запрещенной зоны, оптимальной для решаемой задачи. Так, для регистрации видимого света используются фоторезисторы из селенида и сульфида кадмия, Se. Для регистрации инфракрасного излучения используются Ge (чистый или легированный примесями Au, Cu или Zn), Si, PbS, PbSe, PbTe, InSb, InAs, HgCdTe, часто охлаждаемые до низких температур. Полупроводник наносят в виде тонкого слоя на стеклянную или кварцевую подложку или вырезают в виде тонкой пластинки из монокристалла. Слой или пластинку полупроводника снабжают двумя электродами и помещают в защитный корпус. Транзи́стор (англ. transistor), полупроводниковый триод — радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, позволяющий входным сигналам управлять током в электрической цепи. Обычно используется для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов. На принципиальных схемах обозначается «VT» или «Q».

15 билет

В газах существуют несамостоятельные  и самостояг тельные электрические разряды.  Явление протекания электрического тока через газ, наблюдаемое только при условии какого-либо внешнего воздействия на газ, называется несамостоятельным электрическим разрядом. Процесс отрыва электрона от атома называется ионизацией атома. Минимальная энергия, которую необходимо затратить для отрыва электрона от атома, называется энергией ионизации. Частично или полностью ионизированный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов одинаковы, называется плазмой.  Носителями электрического тока при несамостоятельном разряде являются положительные ионы и отрицательные электроны. Вольт-амперная характеристика представлена на рис. 54. В области ОАВ - несамостоятельный разряд. В области ВС разряд становится самостоятельным. При самостоятельном разряде одним из способов ионизации атомов является ионизация электронным ударом. Ионизация электронным ударом становится возможна тогда, когда электрон на длине свободного пробега А приобретает кинетическую энергию Wk, достаточную для совершения работы по отрыву электрона от атома. Виды самостоятельных разрядов в газах - искровой, коронный, дуговой и тлеющий разряды. Несамостоятельным газовым разрядом называется такой разряд, который, возникнув при наличии электрического поля, может существовать только под действием внешнего ионизатора.Рассмотрим физические процессы, имеющие место при несамостоятельном газовом разряде. Введем ряд обозначений: обозначим через число молекул газа в исследуемом объеме V. Концентрация молекул Часть молекул ионизирована. Обозначим число ионов одного знака через N; их концентрация   Далее, обозначим через ∆ni – число пар ионов, возникающих под действием ионизатора за одну секунду в единице объема газа. Тлеющий разряд наблюдается при пониженных давлениях газа (порядка 0,1 мм рт. ст.). Если к электродам, впаянным в стеклянную трубку, приложить постоянное напряжение в несколько сот вольт и затем постепенно откачивать воздух из трубки, то наблюдается следующее явление: при уменьшении давления газа в некоторый момент в трубке возникает разряд, имеющий вид светящегося шнура, соединяющего анод и катод трубки. Искровой разряд, часто наблюдаемый в природе, — молния. Молния — это разряд между двумя заряженными облаками или между облаком и землей. Носителями зарядов в облаках являются заряженные капельки воды или снежинки. Дуговой разряд можно наблюдать при следующих условиях: если после зажигания искрового разряда постепенно уменьшать сопротивление цепи, то сила тока в искре будет увеличиваться. Когда сопротивление цепи станет достаточно малым, возникнет новая форма газового разряда, называемого дуговым. При этом сила тока резко увеличивается, достигая десятков и сотен ампер, а напряжение на разрядном промежутке уменьшается до нескольких десятков вольт. Это показывает, что в разряде возникают новые процессы, сообщающие газу очень большую электропроводность. Коронный разряд наблюдается при сравнительно высоких давлениях газа (например, при атмосферном давлении) в резко неоднородном электрическом поле. Для получения значительной неоднородности поля электроды должны иметь резко различающиеся поверхности, т.е. один электрод — очень большую поверхность, а другой — очень малую. Так, например, коронный разряд можно легко получить, располагая тонкую проволоку внутри металлического цилиндра, радиус которого значительно больше радиуса проволоки. Напряженность поля вблизи проволоки имеет наибольшее значение. Когда напряженность поля достигает значения Ε ≈ 3 МВ/м, между проволокой и цилиндром зажигается разряд, и в цепи появляется ток. При этом возле проволоки наблюдается свечение, имеющее вид оболочки или короны, окружающей проволоку, откуда и произошло название разряда. Коронный разряд возникает как при отрицательном потенциале на проволоке (отрицательная корона), так и при положительном (положительная корона), а также при переменном напряжении между проволокой и цилиндром. Пла́зма (от греч. πλάσμα «вылепленное», «оформленное») — в физике и химии полностью или частично ионизированный газ, который может быть как квазинейтральным, так и неквазинейтральным. Плазма иногда называется четвёртым (после твёрдого, жидкого и газообразного) агрегатным состоянием вещества.

Билет №16

 Вокруг неподвижных электрических  зарядов существует только электрическое  поле. Движущиеся электрические  заряды и изменяющиеся электрические  поля создают в окружающем  пространстве магнитное поле. Напряжённость  магни́тного по́ля — (стандартное обозначение Н) это векторная физическая величина, равная разности вектора магнитной индукции B и вектора намагниченности M. В СИ: , где - магнитная постоянная. Магнитная индукция — векторная величина, показывающая, с какой силой магнитное поле действует на заряд , движущийся со скоростью . Более совершенно точно, — это такой вектор, что сила Лоренца , действующая на заряд , движущийся со скоростью. СИЛОВЫ́Е ЛИ́НИИ, линии, проведенные в каком-либо силовом поле (см. СИЛОВОЕ ПОЛЕ) (электрическом, магнитном, гравитационном), касательные к которым в каждой точке поля совпадают по направлению с вектором, характеризующим данное поле (вектор напряженности (см. НАПРЯЖЕННОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ) электрического или гравитационного полей, вектор магнитной индукции (см. МАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ)). Силовые линии — только наглядный способ изображения силовых полей. Принцип суперпозиции — результат воздействия на частицу нескольких внешних сил есть просто сумма результатов воздействия каждой из сил. Закон Био́—Савара—Лапла́са — физический закон для определения модуля вектора магнитной индукции в любой точке магнитного поля, порождаемого постоянным электрическим током на некотором рассматриваемом участке. Был установлен экспериментально в 1820 году Био и Саваром. Лаплас проанализировал данное выражение и показал, что с его помощью путём интегрирования, в частности, можно вычислить магнитное поле движущегося точечного заряда, если считать движение одной заряженной частицы током.

Билет №17

циркуляция вектора В по произвольному  замкнутому контуру равна произведению магнитной постоянной m0 на алгебраическую сумму токов, охватываемых этим контуром:

 ЗАКОН ПОЛНОГО ТОКА один  из основных законов электромагнитного  поля. Устанавливает взаимосвязь  между магнитной силой и величиной  тока, проходящего через поверхность.  Под полным током понимается  алгебраическая сумма токов, пронизывающих  поверхность, ограниченную замкнутым  контуром. Магнитная индукция бесконечно  длинного прямого повода с  током находится по формуле  (3.6.3). Проведем через точку наблюдения, отстоящую от проводя на произвольное  расстояние R окружность L концентричную  проводу (см рис.3.6.1, ток направлен  на нас). На всей этой окружности  значение  неизменно, а сам  вектор B направлен по касательной  к окружности (Bl = B). Поэтому циркуляция вектора B по окружности. магнитное поле тороида — кольцевой катушки, у которой витки намотаны на сердечник, который имеет форму тора. Будем считать длину соленоида во много раз больше, чем диаметр его витков. Экспериментальное изучение магнитного поля соленоида (см. главу "магнитное поле и его характеристики") показывает, что внутри соленоида поле однородно, вне соленоида — неоднородно и практически отсутствует. Электромагнит создает магнитное поле с помощью обмотки, обтекаемой электрическим током. Для того чтобы усилить это поле и направить магнитный поток по определенному пути, в большинстве электромагнитов имеется магнитопровод, выполняемый из магнитномягкой стали.

Билет № 18

Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки: если левую  руку расположить так, чтобы перпендикулярная составляющая вектора магнитной  индукции В входила в ладонь, а  четыре вытянутых пальца были направлены по направлению тока, то отогнутый  на 90 градусов большой палец покажет  направление силы, действующей на отрезок проводника с током, то есть силы Ампера. F = I·L·B·sina. Когда в двух параллельных проводниках ток идет только в одном направлении, между ними существует сила притяжения. Когда токи идут в противоположных направлениях, провода отталкиваются друг от друга.

Фактическое значение этой силы действующей  между параллельными токами, и  ее зависимость от расстояния между  проводами могут быть измерены с  помощью простого устройства в виде весов. агнитный момент считают вектором, который расположен на линии, перпендикулярной плоскости рамки. Направление вектора (вверх или вниз этой линии) определяется правилом буравчика: буравчик нужно расположить перпендикулярно плоскости рамки и вращать по направлению тока в рамке (по часовой стрелке или против) – направление движения буравчика укажет направление вектора магнитного момента. На пробные контуры, отличающиеся значением , действует в данной точке поле разные по величине вращательные моменты Мmax. Однако, отношение Мmax/pm будет для всех контуров одно и то же  и может быть  принято для количественной характеристики поля. Принцип работы электродвигателя очень прост: вращение вызывается силами магнитного притяжения и отталкивания, действующими между полюсами подвижного электромагнита (ротора) и соответствующими полюсами внешнего магнитного поля, создаваемого неподвижным электромагнитом (или постоянным магнитом) — статором. Сложность заключается в том, чтобы добиться непрерывного вращения двигателя. А для этого надо сделать так, чтобы полюс подвижного электромагнита, притянувшись к противоположному полюсу статора, автоматически менялся на противоположный — тогда ротор не замрет на месте, а повернется дальше — по инерции и под действием возникшего в этот момент отталкивания. Потоком вектора магнитной индукции (магнитным потоком) через площадку dS называется скалярная физическая величина, равна

где Bn=В cos a — проекция вектора В на направление нормали к площадке dS (a — угол между векторами n и В), dS=dSn — вектор, модуль которого равен dS, а направление его совпадает с направлением нормали n к площадке. Поток вектора В может быть как положительным, так и отрицательным в зависимости от знака cos a (определяется выбором положительного направления нормали n). Поток вектора В связывают с контуром, по которому течет ток. В таком случае положительное направление нормали к контуру нами уже определено: оно связывается с током правилом правого винта. Таким образом, магнитный поток, создаваемый контуром через поверхность, ограниченную им самим, всегда положителен. Теорема Гаусса (закон Гаусса) — один из основных законов электродинамики, входит в систему уравнений Максвелла. Выражает связь (а именно равенство с точностью до постоянного коэффициента) между потоком напряжённости электрического поля сквозь замкнутую поверхность и зарядом в объёме, ограниченном этой поверхностью. Применяется отдельно для вычисления электростатических полей. работа по перемещению проводника с током в магнитном поле равна произведению силы тока на магнитный поток, пересеченный движущимся проводником.

Билет №19

Лоренцу же принадлежит и обратный вывод: силы, с которыми магнитное  поле действует на проводник с  током, являются силами, действующими на движущиеся заряды (электроны или  ионы), которые и составляют ток. Эти силы называют силами Лоренца. Но так как движущиеся заряды сталкиваются с атомами вещества, то силы, действующие  со стороны магнитного поля на движущиеся заряды, увлекают и проводник, в котором  эти заряды движутся, т. е. по которому проходит ток. Если частица, обладающая зарядом е, движется в пространстве, где имеется электрическое поле с напряжённостью E то на неё действует сила eE. Если, кроме электрического, имеется магнитное поле, то на частицу действует ещё сила Лоренца, равная e[uB] , где u - скорость движения частицы относительно поля, B - магнитная индукция. Циклотрон – циклический ускоритель нерелятивистских тяжёлых заряженных частиц (протонов, ионов), в котором частицы двигаются в постоянном и однородном магнитном поле, а для их ускорения используется высокочастотное электрическое поле неизменной частоты.   В 1930 году Э. Лоуренсом (США) был создан и первый циклический ускоритель – циклотрон на энергию протонов 1 МэВ (его диаметр был 25 см). На рис.1 показана первая работающая модель циклотрона.  На рис.2 циклотрон следующего поколения, который позволял ускорять протоны и дейтроны до энергий в несколько МэВ. Данное явление получило название эффекта Холла, по имени физика Эдвина Герберта Холла, открывшего этот эффект в 1879 году в тонких пластинках золота. Так как измеряемое напряжение меняет знак на обратный при изменении направления магнитного поля на обратное, то эффект Холла относится к нечётным гальваномагнитным явлениям. Из приведенной формулы следует, что V = k  · B, поэтому, если прокалибровать связь между измеренным напряжением и величиной магнитного поля, можно использовать датчики на основе эффекта Холла для измерения величины неизвестных магнитных полей.

Билет №20

Механический момент импульса атома  Каждый электрон в атоме обладает орбитальным моментом импульса и  собственным спиновым моментом , которым  соответствуют магнитные моменты  и . И между всеми этими моментами  осуществляется взаимодействие.  Механические моменты всех электронов атома и  складываются в результирующий механический момента атома . При этом возможны два случая:

1. Орбитальные моменты различных  электронов взаимодействуют между  собой сильнее, чем с собственными  спиновыми моментами , которые в свою очередь сильнее связаны между собой, чем с соответствующими орбитальными моментами. Тогда для определения орбитального механического момента атома в целом отдельно складываются (векторно) орбитальные моменты всех Z электронов атома и отдельно складываются спиновые моменты электронов  После этого моменты и атома дают его суммарный механический момент . Такой вид связи электронов в атоме называется LS - связью (связь Рёссель - Саундерса).