Электромагнитные колебания и волны

1. Открытие МП. Магнитная индукция. Вихревой хар - р МП

МП обнаружил Х. Эрстед в 1819 г.

МП - особая форма материи, посредство которой осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами или телами, обладающими магнитным моментом. МП порождается электрич. Током. Индикатор МП - замкнутый контур малых размеров или постоянный магнит. МП -- вихревое, т. К силовые линии МП замкнуты. МП изображается через магнитные силовые линии. Плотность линий магнит. Индукции характеризует значение магнитной индукции -- B. B = Fl/IS [B] = H*м/А*м² = Тл (Тесла) Модуль магнитной индукции - отношение максимальн. вращаюшего момента, действующего на контру с током в МП к магнитному моменту этого контура. B = Mмах/p_m

2. Напряженность МП. Закон Б - С - Л

МП в вакууме характеризуется напряженностью H. H = Bo/м_o м_o = 4П*10 - 7 Гн/м Bo = м_oH и Bo = B/ м тогда B = мм_oH - связь магнитной инд. И напряжен.

Закон Б - С - Л: .H = I.l*sina/4Пr² Напряженность поля, создава. Элементом тока, текущего по участку .l в точке, располож. На r прямопроп. Силе тока и длине проводника и обр. Проп. Квадрату расстояния.

3. Магнитные поля прямолин. проводника, кругового тока, соленоида

Прямолин. Пров: H = I/2Пr B = = мм_oI/2Пr кругового тока: B = мм_oH = мм_oI/2r соленоида H = In B = мм_oIn n - число витков на ед. Длины соленоида

4. Закон Ампера. Взаимодействие токов

Закон Ампера: F = BI.l*sina На проводник с током, помещен. В однород. МП индукции B действует сила, пропорц. Длине отрезка .l , силе тока I и индукции МП B. a = угол между направлен. Тока и ветрока B Сила, с которой 1ый проводник действ. На 2ой пропорц. Произведен. Силы токов и обр. Проп расстоянию между ними F21 = мм_oI₁I₂l/2Пd Если проводники притягиваются -- сила между ними отрицательная

5. Магнитный поток. Работа по перемещ. проводника с током в МП

Магнитный поток - физич. Величина, равная произведению проекции вектора магнитной индукции на площадь поверхности .Ф = Bn*.S = B.S*cosa a - угол между нормалью и B Магнитный поток характеризует число линий магнитной индукции, проход. Через данную поверхность. Магнитный поток через замкнутую поверхность = 0 Изменить магнитный поток можно:

1)изменяя B

2)изменяя ориентацию контура относительно B, т. Е вращая контур в МП. [.Ф] = Вб(вебер) 1Вб = 1 Тл*м² При движении проводника в МП соверх. Работа .A = F.x = BIl.x .A = IB.S = I.Ф Работа, совершаемая силами Ампера при движ. Проводника с током в МП = произвед. Силы тока на магнитный поток

6. Действие МП на движ. заряд. Сила Лоренца

Движущиеся эл. Заряды создают вокруг себя МП. Сила, с которой поле действует на каждый заряд (Сила Лоренца): Fл = F/n = BQ * .l/.t * sina т. К .l/.t = V -- средняя скорость заряда, то Fл = BqV*sina a - угол между вектором V и B Сила Лоренца направлена перпендикулярна V и B. 1) Если скорость заряда = 0, то Fл = 0 - МП не действует на заряд 2)Если a = 0, то sina = 0, Fл = 0 - МП не действует на заряд +

7. Удельный заряд. Магнитосфера Земли

Пропуская заряжен. Частицы чере электрическое и магнитное поля, определяют их уд. Заряд. mV²/2 = Q(u1 - u2), отсюда V = v2Q(u1 - u2)/m Удельный заряд: Q/m = 2(u1 - u2)/R²B² Приборы для разделения заряженных частиц по их уд. Зар -- масс - спетрографы. Магнитосфера - область околоземного пространства, свойства и размеры которой определяются МП Земли и его взаимодействием с солнечным ветром. Магнитосфера может удерживать заряж. Частицы -- они образуют радиационные пояса Земли.

8. Магнитные св - ва вещества. Природа диа - пара - ферромагнитизма

Магнетики - вещ - ва, способные намагничиваться во внешнем МП, т. Е создавать свое собственное МП. Магнетики бывают слабомагнитные и сильномагнитные. К слабомагнитным относятся парамагнетики и диамагнетики. К сильномагнитным - ферромагнетики. Паромагнитные св - ва вещ - ва объясняются орбитальным движением электронов вокруг ядер атомов -- создают собственное МП молекул. Парамагнетики: кислород, алюминий, патина. Для них м зависит от температуры. У диамагнетиков м не зависит от t'. Диамагнетики: золото, стекло, медь, мрамор, серебро, вода. Ферромагнетик состоит из множества самопроизвольно намагниченных обастей очень малых рамером -- называются домены. Ферромагнетики: железо,никиль,кобальт. Температура Кюри -- t', при которой у ферромагнетика исчезают его ферромагнитные свойства -- он становится паромагнетиком. Петля гистерезиса - замкнутая кривая индукции, которая образуется при периодическом перемагничивании ферромагнетика ~ током

9. Э - м индукция. Законы. Правило Ленца

Э - м индукцию обнаружил Фарадей в 1831 г. Ток, возникающие при Э - м индукции - индукционный. Э - м индукция - возникновение индукционного МП в проводящем контуре, который либо перемещается в постоянном МП, либо неподвижен в ~МП. Чем быстрее меняется число линий магнитной индукции - тем больше индукц. Ток. Причина возникнов. Инд. Тока - изменен. Магнитного потока. .Ф = Bn*.S N - кол - во витков Ф = B.S*cosa .Ф = NB.S*cosa I = .Ф/.t - скорость изменения магнитного потока. Закон Фарадея: ЭДС индукции в замкнутом контуре = по величине скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, взятую с противоположным знаком. е = Аст/q ; Aст = Fл = Fл*l/q = BVl*sina

Правило Ленца: Возникающий в замкнутом контуре инд. Ток своим МП противодействует тому изменению магнитного потока, которым был вызван или инд. Ток всегда противодействует причине, вызвавшей его Явление Э - м индукции - в основе работы электрич. Генераторов

10. Понятие Э - м теории Максвелла. Вихревое эл. Поле

Cв - ва индуцированного электрич. Поля:

1)с зарядом не связано

2)линии напряженности замкнуты, его называют вихревым

3)истоков индуцированного поля указать нельзя

4)работа индуцированного поля вдоль замкнутого пути = 0 A = Q = I²*R*.t индуцированное эл. Поля возникает независимо от наличия замкнутого проволочного контура. Положение Максвелла: Сущность явления Э - м индукции заключается не столько в появлении индукционного тока, сколько в возникновении вихревого электрич. Поля.

Вихревое эл. Поле можно применять для ускорения заряженных частиц. Токи Фуко - короткозамкнутые индукц. Токи, возникающ. В массивном проводнике с малым R, движущимся в МП. Эти токи нагревают проводник (используются в электропечах, счетчиках электроэнергии).

11. Самоинд. Индуктивность

Любой проводник, по которому теч. эл. Ток находится в собств.МП. Изменяя его можно получить ЭДС индукции. Самоиндукция - возникновение ЭДС индукц. В проводнике, по которому течет перем. Ток. Индуктивность - физ. Вел., числ . = ЭДС самоинд, возник. В контуре при измен. I на 1А за 1 с. L = е_is .Дt/ДI [L] = Гц Для удлин. Соленоида: L = мм_on²S/l n = N/l - число витков на ед. Длины. L = мм_oN²S*l/l*l L = мм_oN²V V - объем сол.

12. Энергия МП. Объемная плотность энергии

Собств.энергия тока находится в МП, созданном проводником с током. Wм = LI₂/2 L = мм_oN²V , то Wм = мм_oN²VI²/2 = мм_oH²V/2 - энергия МП солен. Через магн. Инд. Wм = мм_oB² V/2м²м_o² = B²*V/2мм_o Энергия Э - м поля соленоида: W = Wэ+Wм = ее_o E²*V/2 + мм_oH²/2 *V Объемная плотность энергии: щ = W/V щ_м = мм_oH/2 = B²/2мм_o щ_э = ее_o E²/2 + мм_oH²/2

13. Колеб. движ. хар - ка кол. дв

Кол. Дв - движ точно повтор. Через равные промеж. Времени. Полное колеб. - 1 законченный цикл кол. Дв. T - время 1 полного кол. н - число полных кол. В ед. Врем. н = 1/T щ - кругов. Частота -- полные колем. за время 2П щ = 2Пн А - амплитуда - макс. Отклон. От равновесия. Гармонич. Кол. - колеб. Движ. Опис. По закону sin или cos S = Asin(щ_ot+u_o) Скор. кол.Vx = dS/dt = Aщ_ot Vx = Vocosщ_ot Ускор.ax = dV/dT = - Aщ_o²sinщ_ot = - Vo²S

14. Свободные ЭМ колебания. Кол. контур. Превращ. энергии

Эм колеб - периодич. Изменения зарядов, токов, напряжений. Своб. Кол - соверш. Без вн. Воздействия - конденс. Особожд. Заряд щ_o² = 1/LC w_o = 1/vLC T = 2П/щ_o = 2ПvLC По гарм. Кол. Изм. Напряж, сила тока: U = Q/C = Qo*Sin (щ_ot+u_o)/C = Uo*Sin (щ_ot+u_o) I = dQ/dT = Qoщ_oCos (щ_ot+u_o) = Io (щ_ot+u_o) При откл. Ист. Тока в цепи = ЭДС самоинд. е = - LdI/dT = q/C - LdI/dT = Q/C d²q/dt²+1Q/LC = 0 1/LC = щ_o² d²q/dt² + щ_o²q = 0 = >ток достиг. Макс. Знач, если Q(U)на обкл. Конд. = 0 Превр. энерг.: При зарядке конд - появл. эл. Поле, энергия Wэ = CU²/2 При разрядке -- МП Wм = LI²/2 В идеальном контуре CU²/2 = LI²/2 Энергия заряж. Конд. Периодич. измен. По закону Wэ = Q_o²sin²(щ_ot+u_o)/2C т. К щ² = 1/LC, то Wэ = щ_o²LQ_o² sin²(щ_ot+u_o)/2 Wм = LI_o²cos²(щ_ot+u_o)/2 I_o = Q_oщ_o Wм = щ_o² LQ_o²cos²(щ_ot+u_o)/2 Полная энерг. Э - М поля: W = Wэ+Wм = щ_o² Lq_o²/2 В ид. Контуре суммарная энергия сохр, Э - м колебания незатухающие.

15. Затухающие колебания

В реальном кол. Контуре есть R = 0 = > энергия в начале запасенная в контуре расходуется на выделение тепла. A уменьш, колеб. Затухают. е_is = U+IR (U - на конд. IR - на провод) е_is = - Ld²q/dt² U = q/C I = dq/dt - Ld²q/dt² = q/C+dq/dt * R d²q/dt² +R/L *dq/dt + 1/LC * q = 0 щ_o² = 1/LC т = R/2L - коэф. Затух. d²q/dt² +2т dq/dt + щ_o²q = 0 q = q_me ^{- тt} sin (щt+ u_o) щ = vщ_o² - т² = v щ_o2 - R²/4L q_t = q_me ^{- тt} = >А зат. Кол уменьш.С теч. Врем по экспоненциальному закону щ_o > т Время релаксац. - промежуток времени, в теч. Которого A зат. Кол. Уменьш в e раз ф = 1/т V затух. Колеб в контуре характеризуется дискрементом затухания И. И = ln q_t/q(t+T) = тT

16. Вынужденные э - м колебания

Колебания, возник. Под действ. Внешн. Переодич. Измен.ЭДС Чтоб в колеб. Конт. Возникли вынужд. Колеб. Надо подвести к нему внешн. Период. Изм. ЭДС или переме. Напряжен. L dI/dt + IR + Q/C = U₀sin щt (:L) = >dI/dt +RI/L +Q/LC = Uo/L * sin щt а т. К I = dQ/dt щ²₀ = 1/LC д = R/2L то d2Q/dt2 + 2д * dQ/dt + щ²₀Q = Uo/L * sin щt решение: Q = Q₀ * sin (щt + ц) = >вын. Кол. Происх. С частотой = щ и = гармонич. I в конт.: I = dQ/dt = щQo * cos(щt - ц) = >колебан.Q и I сдвинуты по ф. На п/2 Амплитуда и фаза: Qo = Uo/w*vR²+(wL - 1/wC)² tg ц = R/1/wC - wL Резонанс - резкое +A, когда v вын. Колеб - >к v собств. Кол. Сист -- wo

17. Ток. Генератор ~ тока

~ток - эл. Ток, извен. Со времен. Он - результат вынужд. Э - м колебаний. Вынужд. Колеб. Созд. Генератором ~тока, работ. На электростанц. S - площ. Плоского. Витка ц - угол между B и n (с векторами) ф - магн. Поток через S Ф = BS*cos ц ( ц = 2П*х*t) = >Ф = BScos2П*х*t = BSщt По закону Фарадея: е = - .Ф/.t = - dФ/dt = - Ф' а т. К еi = - (BScosщt) = BSщsinщt = > е_m = BSщ и е_i = е_m*sinщt ЭДС индукц. Максим. При sinщt = 1, a = щt = П/2 Мгновенное знач.~тока: I = еi/R = еo/R *sinщt Io = еo/R = BSw/R I = Io*sinwt е = еo*sinwt Колеб тока и эдс = по фазе T ~тока - промеж. Времени, в теч. Которого перемен.ЭДС соверш.1 полн. Колеб. V ~тока -- число полных колеб, соверш. За 1 сек.

18. Емкостное и индуктивное сопротивления

U и Q на обклад. Конд. Измен. По закону: U = Uo*sinщt; Q = CU = CUo*sinщt а т. К I = dQ/dt I = CщUo*sin (щt + п/2) = Io*sin (щt + п/2) = >~ток опереж. По фазе на П/2 Если цепь, в котор. Включ. Конденсатор, обл. Сопротивлен Xc - емкостным, то Io = Uo/Xc Емкостное r обр. Проп. Емкости и круговой частоте ~тока Xc = 1/щC Ток возбуждает в катушке ЭДС самоиндукц: е = - L*dI/dt dI/dt = щIo*sin(щt+п/2), Uo = щLIo, то е = - щLIo*sin(wt+п/2) = - Uo*sin(wt+п/2) U = Uo*sin(wt+П/2) Закон ома для амплитуд. Знач: Io = Uo/X_L индуктивн. R пропор. Индукт. и круг. Част X_L = щL X_L и Xc - реактивные сопротивления

19. Закон Ома для электич. цепи ~ тока

Если эл. Цепь сост. Из послед. Соед. Активного R, емкости C и индуктивности L, то полное напряжение можно найти из векторной диаграммы значение угла ц зависит от соотношения U_L и Uc если UL = UC, то ц = 0 - I и U = по фазе Значение Uo можно найти по т.Пифагора Uo = v(U²R+(U_L - Uc)² Полное сопрот.:Z = v(R²+(wL - 1/wC)² Закон Ома для амплитуд. Знач. Io и Uo: Io = Uo/v(R²+(wL - 1/wc)²

Амплитуда силы ~тока пропорц. Амплитуде напряжения и обр. Проп. Полному R цепи если индукт.R = емкостному, то в цепи - резонанс, закон Ома Io = Uo/R Полное R = активному. Сила тока в цепи наибольшая и по фазе совпадает с напряж.

20. Работа и мощность ~тока

Мощн. Пост тока: P = IU = I²R Мощность ~тока зависит еще и от сдвига фазы. Между U и I т. Е P = IU cos ц Еси ц = 90', то cos ц = 0 Мощность = 0, незав. От U и I Мгновен. Мощность ~тока: Pt = IU = IoUosin²wt , а т. К sin²wt = 1/2*(1 - cos2wt),то pt = IoUo(1 - cos2wt) I,U - мгнов, Io, Uo - амплитуд. Работа за время T: A = IoUo ?(1 - cos2wt)dt , а т. К w = 2П/Т, то A = IoUo?(1 - cos4П/T *t)dt = IoUoT/2 [от 0 до T] Aт = 1/2 * Io Uo T Средняя мощность ~тока: Pcр = Aт/T = IoUo/2

Действующ. Сила тока Iэф и действ. Uэф -- такие I и U пост. Тока, что при прохожд.

Которого по той же цепи а то же время выделяется кол - во теплоты, что и при данном ~токе. МОЩНОСТЬ: P = Iэф Uэф = RI²эф = U²эф/R Iэф = Io/v2 Uэф = Uo/v2 е = еo/v2 P = IUcosu Cosu характериз. Потере E в цепи Надо стремится к + cosu

21. Преобразование ~ тока. трансформатор

Трансформатор - выполненный из мягкого ферромагнетика сердечник замкнутой формы, на котором 2 обмотки: первичная и вторичная Концы первичной - вход, концы вторичной - выход(к потребителю. Основа работы трансформ. явление Э - м индукции: на вход подается ~ напряжение. В сердечнике возникает магнитный поток, пронизывающий первичную и втор. Обмотки. На них возникает ЭДС самоинд: е₁ = - N₁ * dФ/dt е₂ = - N₁ * dФ/dt N1 и N2 - число витков обмотки U1 = I₁R₁ - е₁ = I₁R₁+N₁ * dФ/dt U2 = I₂R₁ - е₂ = I₂R₂+N₂ * dФ/dt 1) Холостой ход: е1~U1 е2~U2 = > U1/U2 = N1/N2 P₁ = P₂ I₁U₁ = I₂U₂ U₁/U₂ = I₂/I₁ 2)Втор. Обмотка замкнута: n = P2/P1 = I2U2/I1U1 n(КПД) достигает 99%

Типы трансформат.: Автотрансформатор, ЛАТР, катушка Румкорфа Производство электроэнергии -- на 3 - х типах станций: ТЭС, ГЭС, АЭС Передавать ток низкого напряж невыгодно - большие потери в проводах Ток низкого U подается на трансформатор, он преобр. Его в высокое U По линиям переходит к месту потреблен.Трансформ. преобр. U обратно

22. Э - М волны как своб. Вид материи. Э - м волны

Максвелл разработал теорию Э - м поля: ~ электр. Поле порождает МП. Энергия Э - м поля -- сумма энергий МП и эл. Поля: W = Wэ+Wм Плотность энергии: щ = щэ+щм = ее_oE² /2 + B²/2мм_o Э - м волны - распространяющееся в пространстве Э - м поле Скорость волны: V = 1/vее_oмм_o В вакууме: c = 1/vе_oм_o = 3*10⁸ м/c

Длина волны -- расстояние, на которое перемещается Э - м волна за время = одному периоду колебания: л = c/V

Если волна переходит из вакуума в др. Среду -- длина волны и скорость уменьшаются, а частота остается прежней: л = c/v

Э - м волны -- поперечные. Вектор магнитной индукции перпендикулярен вектору напряженности и направлению распростран. Волны Э - м волна монохроматич. - то E и B соверш. Гарм. Колеб с постоян. Частотой Свойства Э - м волн: поглащение, отражен, преломлен, интерференц, дифрац.

23. Открытый колеб. Контур. свойства э - м волн

Герц создал открыт. Колеб. Контур - ввел в закр. Кол. Контур искровой промежут. Искра замыкала контур -- совершалась серия Э - м колебаний В этом кол. Контуре ~электрич. поле существовало снаружи контура и было затухающим (существовало сопротивление и Э - м волны теряди энергию) Чтобы получить незатух. Колеб -- нужно открыт. Кол. Контур соединить с генератором на транзисторе +РИСУНОК (16.6) СО СТРАНИЦЫ 272 т. К v = 1/T и T = 2ПvLC, то для повышен. Частоты нужно уменьшать L и C Свойства Э - м волн: поглощение, отражен, преломлен, интерференц, дифрац.

Все свойства Э - м волн совпадают со свойствами света. Свет = Э - м излучение

25. Физические основы радиосвязи. изобретение радио Поповым

Радиосвязь - передача информации с помощью радиоволн, охватывающих широкий диапазон: частота от 3*10⁴ до 3*10¹¹ ; Длина волны от 0,0001 до 1000 м Принцип радиосвязи: ~ток высокой частоты создается в передающ. Антенне и вызывает в пространстве быстроменяющееся Э - м поле. Достигая приемной антенны, Э - м волна вызывает в ней ~ток той же частоты Попов создал 1ый радиоприемник -- на когерер действовали Э - м волны - под влиянием Э - м волн металлич. Опилки в когерере слипались и через когерер шел ток (цепь замкнута). После этого, ток течет через реле, звонок разрывает церь и приемник возвращается в первоначальное состояние Радиопередатчик излучает незатух. Колебаний высокой частоты. Приемник принимает Э - м волны, входит в резонанс, детектор выделяет НЧ колебания из моделируемых колебаний ВЧ.

25. Э - м природа света. V распространения света

Оптика -- изучает видимый свет и короткие Э - м волны геометрич. Оптика на рассматривает вопросов о природе света, т. Е изучает отражение и преломление. Физич. Оптика изуч. Природу света. Существовало 2 теории: Ньютон считал, что свет = поток частиц Гюйгенс, что свет = волна, распространяющ. Со скоростью V = c/vем Док - во теории Ньютона: преломление и отражение света. Док - во теории Гюйгенса: интерференция, дифракция, поляризация свет имеет корпускулярно - волновую природу!

Свет - Э - м излучение, воспринимаемое чел. Глазом. Длина волны видимого света от 0,38 до 0,76 мкм. Фотометрия - раздел физ. Оптики, изучающ. Изменен Э - м излуч. Оптич. Диспазона Майкельсон установил, что 1)Скорость света в вакууме больше, чем в др. Средах 2)Скорость света на зависит от скорости его источника

26. Световой поток. Сила света

1) Световой поток: Ф = PV Ф = IЩ [Ф] = Лм (люмен). Это мощность видимой части излучения, распространяющегося внутри телесного угла. Оценивается по действию этого излучения на норм. Глаз. 1 люмен = сила света, испускаемая с поверхн.S = 1/60000 м2 полного излуч. в перпенд. Направлении при t излучателся = t затвер. Платины при p = 101325 Па

2) Сила света: I = Ф/Щ I = Ф/4П [I] = Кд (Кандела) Это свечение источ. Видимого излуч. В не котор. Направл. Точечный источник света - если его размеры пренебрежимо малы по сравнен. С расст, на котором оценивается его действие. Щ = 4Пср -- угол, охватывающий все пространство вокруг ТИ.

Телесный угол - отношение площади поверхности, вырезанной на сфере конуса с вершиной в т.О к квадрату радиуса сферу. [ Щ ] = ср 1ср = телесному углу с вершиной в центре сферы, вырезающему на поверхности сферы S = S квадрату со стороной = R сферы.

27. Законы освещ. Светимость звезд. Абсолютная звезд. Велич

E = Ф/S [E] = лм/м2 = лк(люкс) 1люкс - освещен,созд. Свет. Потоком 1 люмен при равномерном его распределении по S = 1м2

1ый закон:освещен. В кажд. Точке поверх,на которой перпен. Падает свет, пропорц. Силе света и обр. Проп. Квадрату расстояния до ист. E = I/R2 док - во: E = Ф/S = I Щ/4ПR2 = I4П/4ПR2 = I/R2

2ой закон: Освещен. Поверхн.,создав.|| лучами прямопроп.cos'у угла падения лучей E = I/R2 * cosa док - во Ф = ES Ф = EoSo So = Scosa Ф = EoScosa ES = EoScosa E = Eocosa т. К So перпен. No, Eo = I/R2

Звезд. Велич: m = - 2,5lgФ+C Если наблюдатель находится на R расстоянии, окружим звезду сферой радиусом R, то Ф = L/S = L/4ПR2 m = - 2,5lgL/4ПR2+C

Абсолютная зв. Велич - зв. Велич,которую имела бы звезда на R = 10 ПК M = - 2,5lgL/4П100 + C - 2,5lgL/4П100 + C + 2,5lgL/4ПR2 - C = - 2,5lgL+2,5lg4П100+2,5lgL - - 2,5lg4ПR2 = 2,5lg4П+2,5lg100 - 2,5lg4П - 2,5lgR2 = 2,5*2 - 2,5*2lgR = 5 - 5lgR M = m - 5lgR+5

28. Принцип Гюйгенса. Док - ва законов отражения

Принцип Гюйгенса: каждая точка среды, до которой вошло возмущение, сама становится источ. Втор. Волн. Законы отраж:1) Падающ. Луч, отражен. Луч и перпен, восставленный в . Падения луча к границе 2х сред, лежат в 1 плоскости. 2)a = b док - во: плоская волна, огранич. Лучами АO и BC падает на гран. Разд.2х сред MM' Угол паден - угол a между перпенд. NN1 и падающим лучом AO к поверхности MM'

Фронт волны OC достигнет MM' в .О. Когда луч BC придет в .D, около .О возникнет сферическая волна радиуса OF = CD. Построим огибающую DF вторичных сферических волн. Она = касательной, провед. Из .D к полусфере в точке O и к любой другой полусфере т. Е касательная DF = фронт плоской отраженной волны. Луч, отраженный в .O, пойдет отратно под углом b и перпендик. Фронту волны DF. OFD и OCD имеют равные катеты OF = CD и общ. Гипотенузу OD. т. Е угол FDO = углуCOD = >а = b чтд

29. Док-ва законов преломления. Физ. Смысл n. Полное отражение

Законы преломл.:

1)Падающ. Луч, преломленный. Луч и перпен, восставленный в . Падения луча к границе 2х сред, лежат в 1 плоскости.

2)отнош sin угла падения

к sin угла преломл = пост. Велич. Для данн.2х сред. sina/siny = n

док - во: Свет. Волна, огранич.AO и BC(||ы| имеет скорость света в среде V1 во второй V2

Фронт волны JC достигает раздела 2х сред в .O. Около .O будет распростр. Сферич. Волна со скоростью V2. Расстояние CD свет пройдет за t = CD/V1 Во 2ой среде OF = V2t

Построим касательн. DF, исход. Их .D к сфере OE = OF = V2t. Угол y = дополняющий до 90' углов AOC и NOD, поэтому угол COD = a. Рассмотрим ODF и N1OF. Эти углы = как углы со взаимно перпендик. Сторонами, а угол N1OF - угол y. У треуг.OCD и ODF OD - общая. То CD = OSsina OF = ODsiny CD/OF = sina/siny т. К CD = V1t OF = V2t, то CD/OF = V1/V2. Приравнивая, sina/siny = V1/V2 = n

Полное отражен. Когда свет распр. Из более плотной в менее. sina/siny = n2/n1 n2 = 1(возд) sina/siny = 1/n1 sin90' = 1 sina_o = 1/n1 При a>ao преломлен.НВ = полное отражен.

N - относит. Показат. Преломл - пок. Прелом.2ой среды относит.1ой. Физсмысл:n - отношен.

Скоростей света в средах на границе между которыми происходит преломление. n = V1/V2 т. К V1 = c/n1 V2 = c/n2 n = cn2/n1c = n2/n1 _{n1 = c/V1 n2 = c/V2} - абс. Пок. Прел.

30. Интерференция. Когерентность. Монохроматичность

Интерференция - явление взаимного усиления и ослабл. Колебан. в разных точках среды, в рез - те наложен. Когерентных волн Принцип суперпозиц.: напряженность электрич (магнитного) поля 2х свет. Волн, прох. Через 1 точку, равна векторн. Сумме эл(магн.)полей каждой из вол в отдельн.: Амплитуда при слож. Плоских когер. Волн: A² = A₁²+A₂²+2A₁A₂ * cos(u2 - u1). Услов.MAX:б = 2k(л/2) = kл

Услов.MIN:б = (2k+1) л/2(нечет. Число полуволн) Монохроматич. Волны - волны одной определен. Частоты(дл. Волны) и пост. Амплитуды

31. Дифракция света. На щели в || лучах

Дифракция - огибание волнами краев препятствий, размеры которых ~с длиной волны. Дифр. Реш - совокупн.big числа узких щелей, разд. Непрозр. Промеж. Формула дифр. Реш:dsina = kл (k = порядок MAX) Для определ. Рез - та дифр. В точке пространства - разбить волн. Поверх на отдельн. Участки -- зоны Френеля Пусть на узкую щель, располож. На преграде MN, падает монохр. Волна. Щель можно рассматр как множест. Точечных когерентных источн. Света.

Линза соберет лучит в F. Сюда они придут в одинак. Фазе + усилят др. Др. Лучи, идущ. Под углом a,линза собер. В P. Проведем перпенд AC к напр. распростр. Вторич. Волн. Между лучами, идущих от A и B, обр. Разн. Хода BC = asina. Отложим отрезк = половине л на BC = б. Через эти точки провед. Плоскости, || AC. Число зон зависит от л и a. Четное число = MIN Условие MIN asina = kл Условие MAX BC = (2k+1)л/2

32. Дисперсия. Цвета тел. Виды спектров

Дисперсия - зависим. от л скорости света в веществе, т. Е показат. Преломл.

Абсол. Пок. Прел: n = c/V; nф = C/Vф ; nк = c/Vк ; nфVф = nкVк nф/nк = Vк/Vф т. К Vк>Vф, то nф>nк для одной среды. нф>нк лк> лф При перех. В др. Среду V и л изменяется н = const

Спектры: непрерывный, линейчатые, полосатые. Спектр излуч - совокупн н( л),содерж в данном вещ - ве

Цвета тел обусловл. его окраской, свойствами поверх, св - ми ист. Света. Цвет тела объясняется теми цветами, которое оно отражает

33. Спектр. Анализ. Фраунбофер. Линии. Эффект Доплера - Физо

Спектр. Анализ - исследов хим. Сост. Вещ - ва по спектру испуск & поглащен. Фраунгоферовы линии -- темные полосы в спектре звезд (вещ - ва в атомосфере сами поглощают характерные для него лучи) Приборы: спектроскоп (столик с призм, 2 линзы, трубки).Лучи станов.|| в линзе, затем - преломляются призмой и видны в выходе. Монохроматор - выделяет пучок монохроматич. Лучей.

Эффект Д - Ф если ист. Света и приемник сближ - линии смещены к красному

34. Э - м волны в различных... название: длина волны: частота

Радиоволны: 10³ - 10 ^{- 4}: 3*10⁵ - 3*10¹²ИК: 5*10 ^{- 4} - 8*10 ^{- 7}:6*10¹¹ - 3,75*10¹⁴

Видимое:8*10 ^{- 7} - 4*10 ^{- 7}:3,75*10¹⁴ - 7,5*10¹⁴ УФ: 4*10 ^{- 7} - 10 ^{- 9}:7,5*10¹⁴ - 3*10¹⁷

Рентген:менее 6*10 ^{- 12}: более 5*10¹⁹

Закон Мозли: частота спектров возраст. С увелич. Порядков. Номера элемента

35. Тепловое излучение. Закон Кирхгофа. Стефана. Вина

Хар - ки тепл. Изл:

1)поток излуч: Фс = W/t [Ф] = Дж/с

2)Энергетич. Счетимость Rc = Ф/S [Rc] = Вт/м²

3)Спектральн. Плотн. энергетич. Свет.: Гл = .Rc/.л [Гл] = Вт/м²*м = Вт/М³

4)Коэф. Поглощ б = Фе'/Фе 5)Коэф. Погл. Для дан. Интер. Длин волн б₁ = .Ф'ел/.Фел

Закон Кирхгофа: rл₁/б_л1 = rл₂/б_л2 = f(л, T)

Закон Стефана:Rc = дT⁴ ; д = 5,67*10 ^{- 8} Вт/м²*К⁴ Закон Вина:л = с'/T ; c' = 2,898*10 ^{- 3} м*К

36. Квантовая гипотеза Планка. Квант. Природа света. Фотоны

E = hн - энергия Планка h = 6,63*10 ^{- 34} Дж*с щ = 2Пн = >E = hщ h = 1,06*10 - 34 Дж*с Энергия Эйнштейна: E = mc² и E = hн m = hн/c² л = c/н, то m = h/н*c импульс фотона: p = mc p = hн/c² *c = hv/c или p = h/ л ; чем больше л, тем больше p

37. Внешн. Фотоэффект. Законы Столетова

Фотоэлектрич. эффект - вырывание e' из атомов или молекул под действием света. Внешний - если e' вылетает за пределы вещ - ва, внутренний - остается

Законы фотоэфф: 1)Max Eк фотоэлектронов линейно возрастает с увелич. н света и не зависит от интенсивн. Свет. Волны 2)существует min н или max л свет. Волны, при которой возможен фотоэфф.(красн. Граница) 3)Кол - во e', вырываемых светом из катода за 1 сек прямопроп. Поглощаемой за это время энергии свет. Волны Ф1>Ф2 Iн = kФ k - фоточувствит. Освещ. Пластны Сила тока насыщен. - возник. При освещ. Монохром. Светом, пропорц. Световому потоку, падающ. На катод. eUз = me*V²e/2 , отсюда Ve = v2еUз/me e = 1,6*10 ^{- 19} Кл me = 9,1*10 ^{- 31} кг

38. Уравнение Эйнштейна. Внутр. Фотоэффект

Эйнштейн установил:

1)свет имеет прерывист. Структуру

2)излуч. Порция света сохр. Свою индивид.

3)поглотится может только вся порция

4)интенсивность света опред. Число e', выбившихся из Me 5)Скорость e' опр - я только н 6)Для каждого Me есть красная граница фотоэф. Работы для выбивания e': Авых = hн_min ; н = с/ л, то Aвых = ...E кванта идет на вырыван. E' с катода и на сообщен. Ему Eк me = 9,1*10 ^{- 31} кг

Осн. Ур - е Эйнштейна: hн = Aвых+me*V²e/2 или hн = hн_min+eUз e = 1,6*10 ^{- 19} Кл Внутр. Фотоэф - под действ. Света электропроводим. Вещ - в увелич.(free носители) e' нужно сообщеть E, чтоб перевести его в зону проводимости 1эВ = 1,6*10 ^{- 19} Дж

Механизм фотопровод: при освещ. Поверх. Фотопроводника, фотон отдает E валентным e'. При освещ. Поверхн, для которой hн<E активизации, фотоэффекта не будет

39. Эффект Комптона. Давление света. Хим. Действ. Света

Фотоэфф - взаимод. Гамма кванта с вещ - вом, когда г квант исчезает и передает свою E и p электронам и атомам. Фотоэф. Невозможен на free e' Падающ. Волна частотой н вызывает вынужд. Колеб e' той же частоты Эти e' излучают вторичные Э - м волны с н = н' = рассеянное излучение Угол рассеивания = И л рассеян. Излуч = л' = c/v' ,т. К v'<v, то л'> л Закон сохр.E для фотона: hv+Eo = hv'+E Eo = m_oc²

Закон сохр. Импульса для фотона: p+0 = p'+pe ; p = hv/c ; p' = hv'/c ; p = h/ л ; p = h/ л' Измен. л рассеян. Из: .л = л' - л = 2 лк sin² И/2 .л завис. От И, не зав. От л пад. Вещ - ва лк = h/m_e*c лк = 6,63*10 ^{- 34}/9,1*10 ^{- 3} * 3*10⁸ = 2,4*10 ^{- 10} -- Комптоновская л электрона e',на котором рассеив.г квант получ E = разности E падающ. И рассеив. Квантов .E = hv - hv' поглощ. Света .p = mV отражен .p = 2mV .p = p2 - p1 = mV - ( - mV) = 2mV Лебедев:

1)падающ. Пучок света произв. Давлен. Как на отраж,так и на погл. Вещ - ва

2)давлен. Света прямопроп. энергии падающ. Света на ед. Площади в ед. Времени. Давление света: p = Ee*(1+с)/c Ee - энергетич. Освещ. Поверхн. С - коэф. Отраж. Света пусть на поверх S падает n фотонов, то сN - отразится, (1 - с)N - поглотится p фотона: hv/c, то hvN/c - hvсN/c - импульс поглощ. Фотонов 2hv/c * сN - импулься отражен. Фотонов 2hv/c * сN + hvN/c - hvсN/c = hvсN + hvN/c = hvN/c * ( с+1) - полный импульс Свет. Давлен: p = p/S = hvN/cS * ( с+1) p = Ee/c * ( с+1)

40. Модели атомов резерфорда и бора. постулаты бора

Резерфорд предложил планетарную модель строения атома: весь + заряд и масса атома - в ядре, вокруг него движутся e. Однако по моделе Резерфда, e через некоторое время должен упасть на ядро, чего не должно быть. Бор ввел идеи квантовой теории в модель Резерф. 2 положения Бора:

1)e могут двигаться в атоме только по опред. Орбитам, находясь на которых, они,несмотря на наличие у них a, не излучают.

2)Атом излуч. Или поглощ. квант Э - м энергии при переходе e из одного стационарного состоян. В другое Орбиты e опр - я условием: m_eV_nr_n = nh/2П На e со стороны ядра действ. Кулун. Сила

(1)mV₂/rn = 1/4Пе_o* e²/r_n² Правило квантования: m_eV_nr_n = nh/2П, отсюда Vn = nh/2Пr_nm_e Подставим это в (1):m*n² h²/r_n4П²r_n2m_e² = e²/4Пе_or_n² отсюда, r_n = n² * h²е_o/m_ee² если n = 1,то r_б = 0,528*10 ^{- 10} = R Бор. Орб. - MIN расст,до которого e может прибл. К ядру

41. Уровни e в атоме. линейчатые спектры

(3)Полная E атома = Eк+Eп Eк = mV²/2 (2)m_eV_n²/r_n = 1/4Пе_o* e²/r_n² Найдем отсюда V_n²: V_n² = e²/4Пе_o r_n m_e Подставим в (2): Eк = me* e²/4Пе_o r_n m_e2 = e²/8Пе_o r_n ;Eп = - 1/4Пе_o * e²/r_n

Подставим в (3):E = e²/8Пе_o r_n - e²/4Пе_o r_n = e²/8Пе_o r_n - 2e²/8Пе_o r_n = - e²/ 8Пе_or_n

E на любом энергетич. Уровне: - e²/ 8Пе_or_n = - e²*П*m_e*e²/ 8Пе_on²*h²*е_o = - m_e*e⁴/8h²е_o²n² E_n = - 1/n² * m_e*e⁴/8е_o²h² ЛИНЕЙЧАТЫЕ СПЕКТРЫ:При переходе e с одного энерг. Уровня на другой, выделяется или поглощ. Квант E: hv = E2 - E1 ; E2 = - 1/n2 * m_e*e⁴/8h²е_o² ; E1 = - 1/n2 * m_e*e⁴/8h²е_o² , то hv = m_e*e⁴/8е_o²h² * (1/n₁² - 1/n₂²),то v = m_e*e⁴/8е_o²h³ * (1/n₁² - 1/n₂²) - формула Байлера R = m_e*e⁴/8е_o²h^{3 -} постоянная Ридберга = 3,29*10¹⁵ (4)v = R(1/n₁² - 1/n₂²) ; v = c/л - подст. В(4): л = с/R(1/n₁² - 1/n₂²) ,то 1/л = R(1/n₁² - 1/n₂²)/c 1/л = 1,097 * 10⁷(1/n₁² - 1/n₂²) ; n = 1 - серия Лаймана,n = 2 - серия Баймера,n = 3 - Пашема

42. Естественная радиоактивность. закон радиоактив. Распада

Естеств. Радиоактивн - самопроизвольное превращение атомных ядер неустойчивых изотопов в устойчивые, при этом -- испускание частиц и излучение энергии Закон радиоактивного распада: N = N_oe ^{- лt} e~2,72 Период полураспада - время, за которое начальн. число атомов радиоакт. вещ - ва уменьш. В 2 р. T_1/2 = 0,693/л

Активность радиоактивного вещ - ва -- число распадов ядер за 1 с (в СИ: Беккерель) Постоянная радиоактивного вещ - ва -- вероятность распада каждого отдельного атома за секунду (л) T = 1/л -- среднее время жизни радиоакт. изотопа

43. Экспериментальные методы регистрации. Биолог. Действие

Методы:

1) Газоразр. Счетчик Гейгера (регистрир. Бета - излуч, альфа -- нет) Состоит из: стеклян. Трубка, внутри - метал. Слой = катод, тонкая метал. Нить - анод Газ аргон. Основа работы - ударная ионизация.

2) Камера Вильсона. Состоит из герметич. Закрытого сосуда, поршня, пары воды/спирта, близкие к насыщен. Основа работы - конденсация перенасыщен. Пара на ионах, с образован Капелек воды. Эти ионы создают трек.

3) Пузырьковая камера. Состоит из камеры с поршнем, жидкого водорода/пропана, высокое давленик, предохраняющ. Жидкость от закипания,t жидкости >t кипен. При pатм. Основа работы - частица создает ионы, на которых возникают пузырьки пара.

4) Толстослойная фотоэмульсия. Основа работы - частица отрывает e отдельных атомов брома. Эффект Вавилова - Черенкова:e, движущийся со скроростью Ue, обгоняет свое собственное Э - м поле и начинает им тормозиться. Биолог. Действие: альфа - частицы проникают в кожу чел - ка на несколько микрометров и задерж. Бета - частицы - на несколько миллиметров и поглощаются. Гамма частицы - не задерж. Экспозиционная доза излучения - мера ионизации воздуха под действием данного излучения.

В СИ (Кл/кг) Биологическая доза облучения: Dб = kDo для гамма - лучей,e, рентген. Лучей, k = 1 для медлен. Нейтронов, k = 5, для быстрых нейтр, и альфа частиц, k = 10

44. Строение атомного ядра. дефект массы. энергия связи

В 1932 году ученым Д.Д. Иваненко предоложил протонно - нейтронную модель атома: ядро состоит из протонов и нейтронов. Массовое число - сумма нейтронов и протонов: A = N+Z У всех хим.элементов есть изотопы, т. Е ядра, имеющие один и тот же Z при разл. A Физич. Свойства изотопов отличны от стабильных элементов.

Радиус атомных ядер = линейные размеры области, где действуют яд. Силы. Энергия связи ядра -- энергия, которая нужна для расщепления ядра на нуклоны.Ecв = .mc² Дефект массы - разность между суммой масс протонов и нейтр.И массой составленного из них ядра: .m = Zmp + Nmn - Мя ; Мя<Zmp + Nmn Удельная энергия связи - энергия, приходящ. На 1 нуклон: .Eуд = .Eсв/A

45. Ядерные силы. Правила смещения

Св - ва яд. Сил:

1) = сила притяж

2) короткодейств. Силы

3) св - ва зарядовой независимостью

4) не центральные

5) обладают св - ми насыщения.

Правила смещения:

1)альфа распад: на 2 клетки влево по табл.Менд:

^a_zX - > ^{A - 4}_{Z - 2}Y + б + (hv) ,т. Е альфа распад уменьшает число ядра на 4, а заряд -- на 2

2) бета - распад: на 1 клетку вправо: ^A_ZX - > ^A_Z+1Y+⁰ _{- 1}e т. Е массовое число ядра не изменяется. Вместе с e, из ядра вылетает еще одна частица -- нейтрино. Она не имеет заряда и массы покоя, но имеет спин, равный спину e + - Ѕ Распределение E между e и нейтрино: Eбета = Ev = Emax. При прохожд. Бета - частиц через вещ - во, они теряют свою T на ионизацию и тормоз. Излуч.

47. Виды космич. Излучения. Эл. Частицы, их классификация

Космич. Излучение бывает первичным и вторичным. Первичное - галактическое происхождение. Энергия частич -- 10¹⁰ Эв. Более 90% первичного излучения = протоны.

Вторичное изл - когда первичные частицы сталкиваются с ядрами атомов в слоях атмосферы Земли. С.Пауэлл открыл особые частицы -- Пионы. Они образуются, когда первичное излуч. Взаимодействует с атомными ядрами.

В 1900 г. Планк открыл фотоны (его масса = 0, он может существ. только в движении.)

Резерфорд открыл протон(1911 г.). Андерсон открыл позитрон - в составе космич. Лучей

В 1932 г. открыт нейтрон, в 1931 - 1935 открыт нейтрино. Андерсон и Ниддермейер открыли мюоны, Пауэлл - П - мезоны. Открыты резонансы - частицы с очень малым времен. Жизни. Каждой элем. Частицы соответствует свою античастицы - заряд противипол. Знака 4 типа взаимодейств. Частиц: сильное,слабое,Э - м, гравитационное. Хар - ки эл. Частиц: масса, спин, электр. Заряд, время жизни. Частицы делятся на лептоны(легкие),мезоны (средние),барионы(тяжелые). В 1964 г. открыты Кварки - из них состоят все мезоны и барионы.

48. Ядерные реакции. Деление тяжелых атомных ядер. Упр. Цеп. Реакция

Яд. Реакции -- превращение атомных ядер при из взаимодействии друг с другом и с ядерными частицами. Экзотермические - выделение энергии. Эндотерм. - поглощение.

A+a - >C - >B+b C - новое ядро, b+B - продукты реакции. Первая ядерная реация:

¹⁴₇N+⁴₂a - >¹⁸₉F - >¹⁷₈O+¹₁p Ядерные реакции классифицируются:

1)по E вызывающих их частиц

2)по виду участвующих в них ядер

3)по природе бобмардирующ. Частиц

4)по характеру ядерных превращений. В 1932 г. - доказано существование в ядре нейтронов

⁹₄Be+⁴₂a - >¹⁴₆C+¹₀n Нейтрон радиоактивен. Период его полураспада 12 мин.

Искусственная радиоактивность - при добавлении в легкие ядра избыточных нейтронов.

^A_zX - >^A_{Z - 1}Y+⁰ _{- 1}e+v - происходит бета радиоактивность. При бомбардировке урана(U) происходит деление его ядер на 2 осколка+выделение энергии. Если кулоновские силы отталкивания между протонами<ядерных сил -- ядро излучит квант или нейтрон и на распадется. Если силы отт.>ядерных сил -- ядро разделится на 2 части. + из ядра вылетают 2 - 3 нейтронов. Осколки радиоактивны. Управляемая Цепная яд. Реакция - в яд. Реакторах. Топливо - Уран 235. Коэффициент размножения нейтронов: k = Ni/N_{i - 1}

49. Термояд. Синтез

Это получении энергии при слиянии легкия ядер в тяжелые. Для реакций нужна большая T.

В рез - те слияния -- выделение энергии. Водородная бомба: ³₁H+²₁H - >⁴₂He+¹₀n. Проблема - получить высокую T и удержать ее до 1/10 с.

50. Строение Солнца и звезд

Основа -- термояд. Реакции. Топливо - Водород и гелий. Солнце состоит из: зона яд. Реакц., зона переноса энергии излучением, Фотосфера, Хромосфера, корона. 4 ядра водорода превращаются в 1 ядро гелия: ¹₁H+¹₁H - >²₁H+⁰1e+v ²₁H+¹₁H - >³₂He+y Протон - протонный цикл - > ³₂He+³₂He - >⁴₂He+2¹₁H

51. Наша звездная система - Галактика

Млечный путь - светлая серебристая полоска на небе. Ядро - гигантское шаровое скопление. T обращения Солнца вокруг ядра Галактики - 200 млн. Лет Скорость = 220 Км/с

Виды галактик: спиральное, эллиптическое, чечевицеобразные, иглообразные, неправильные Радиогалактики - излучают радиоизл. Квазары - излучают Э - м излуч. Закон Хаббла: V = HRH = 50 - 80 км c ^{- 1} Мпс ^{- 1}