Физика


Вопросы с ответами (частично)

1. Кинематика поступательного движения, 2. Вращательное движ.
Физика-наука о неживой природе, о закономерностях.
Классич. мех: V<<c, c=3*10в8м/с
Rвселенной~10в10 свет.лет
Механика изуч. закономерн. мех.движ.макроскопич. тел
Мех.движ - измен. с теч. времени располож.тел или частей в простр.
Простр. и время - осн.величины естествознания.
Простр. в классич. мех. - трёхмерн.плоское,непрерывн,односвязн, однор, изотропн.
Мех: 1.Кинематика-изуч.все виды джвиж,не интерес.их причинами, вызв.движ
2.Статика-опис.усл.равновес.тел и законы сложения сил
3.Динамика-взаимод.между телами и влиян.взаимод.на движ.тел
Материльн.точка-простейш. модель, тело, разм.котор.можно пренебречь
R от точки наблюд.до объекта знач. больше, чем объект
Тв.тело-совокупн.матер.точек
Скорость и ускорение.
, ,
Равномерное движение:
, ;
Равнопеременное движение:
a=const, , ;
, ; v=v0+at , ;
;
Криволинейное движение.
et ,
Вращательное движение.
, ; ;
, ; , ;
, , , ;

3. Современная трактовка законов Ньютона
I. Закон инерции :

Тело сохран. сост.покоя или равномерн.прямолин.движ.до тех пор,
пока воздеёств.со стороны друг.тел незаставит его измен.это сост.
К и К'' инерциальны, если они движ. друг.относ.друг.прямолин.и равномерно
II.Закон динамики , , при m=const &#232;
Закон сохранения импульса.
P=mv; - импульс тела.

Ft=DP P-импульс, P=mV m(e)=9*10в-31кг V(e)=10в8м/c
III. Действ.2-х тел друг на др.равны между собой по абсол.велич.и направл.по одной прям.в противоп.стороны

, F12= - F21, III.позвол.избав.от внутр.сил,действ.в сис-ме,т.е.он позвол.перейти от динамики матер.точки к динам.произв.матер.сис-мы
4.Динамика вращ.движ.
Основной закон динамики для неинерциальных систем отчета.
ma=ma0+Fинерц ,где а- ускорение в неинерциальной а0- в инерциальной системе отчета.
r(c)=m1*r1+m2*r2+...+mn*rn_/m
теорема о движ.центра масс F=ma(c)
Центр масс сис-мы матер точекдвиж.как матер.точка, масса котор. равна суммарн.массе всей сис-мы, а действ.сила-геометрич.сумме всех сил,действ на сис-му
Момент инерции тела g=m*r*r-мом.инерц.матер.точки относ ОО
J=m*R*R
В мом.инерц.тела относ.любой оси//оси вращ,проход через центр масс равен моменту инерции тела относ оси, проход через центр масс+m тела*S*S
Момент силы М=[r,F]
Осн.зак. поступат движ: F=ma Осн.зак.вращ.движ: M=JE J-инерция, E-угл.ускор.
Поступ движ. Впращат.движ.
S путь Ф угол поворота
V скорость w угл.скор
а ускор Е угл.ускор
m масса J момент инерции
F сила М момент силы

- момент импульса
; - момент силы
L=const - закон сохранения момента импульса.
M=Fl, где j- плечо
j=j0+mа2 - теорема Штейнера М=[r,F] момент силы относ точки вращ.
5. Силы в механике
Силы разной природы.
Скорость центра масс ;
Закон всемирного тяготения-фундаментальная сила-не свод.к другим,r-расст.межу центрами масс F=Eq.

,
- ускорение свободного падения на планете.
- первая космическая скорость.
Сила тяжести P=mg
Вес тела.-сила действ на опору или растягив подвес
p=mg - вес тела в покое.
p=m(g+a) - опора движется с ускорением вверх.
p=m(g-a) - опора движется с ускорением вниз.
p=m(g-v2/r) - движение по выпуклой траектории.
p=m(g+v2/r) - движение по вогнутой траектории.
Сила трения - сухое и вязкое. N- реакция опоры.
,
Закон Гука.
Fупр=–kx, - сила упругости деформированной пружины.
- механическое напряжение
- относительное продольное удлинение (сжатие)
- относительное поперечное удлинение (сжатие)
, где m- коэффициент Пуассона.
Закон Гука: , где Е- модуль Юнга.

, кинетическая энергия упругорастянутого (сжатого) стержня. (V- объем тела)
6. Гармонические колебания и их характеристики
Колебан - процессы, при котор сис-ма многократно отклон от полож. равновес.всегда возвращ.к нему
1)механ.колеб 2) эл-магн.колеб 3) эл-механ.колеб.
Свободные - без влиян.внешн.возд. 1) затух 2)незатух.
- период пульсации.
Затухающие колебания.
,


Периодич - если знач всех физич.сил повтор через.равн.промеж.времени
Т- время поворота колеб(с) ню-число колеб за ед.времени Т*ню=1(Гц)
w=2Пню w-круговая частота Т=2П корень из m/k
7. Энергия гармонических колебаний
Пусть тело массой m соверш.свободн.гармон. колеб.вдоль оси Х.. Ek+U=const
- работа силы F
A=DE
- мощность
- кинетическая энергия
- кинетическая энергия вращательного движения.
Ep=mgh - потенциальная энергия поднятого над землей тела.
- потенциальная энергия пружины
Закон сохранения энергии.
Eк1+Eр1=Eк2+Eр2
8.Сложение гармон.колеб.одногонаправл.и частоты. Интерференция
Сложение колебаний.
, при w1=w2

- период пульсации
х=Аcos(wt+Ф) х=АcosФ Р=wt
2 волны когерентны - имеют одинак.частотыи их начальн.фазы не завис.от времени.
9.Упругие волны. Поперечные и продольные волны
Упругие волны.
Скорость волны в газе: , в твердом теле:
,
уравнение плоской волны:

Отражение
Преломление Dj=0
lim aпад=arcsin(c2/c1)
Интерференция: ,

фазовая v и групповая u скорости: , ,
- эффект Доплера.Электромагнитные волны.
- фазовая скорость


Отражение
Преломление Dj=0
lim aпад=arcsin(c2/c1)

10.Уравнение бегущей волны
Бегущие волны переносят в пространстве энергию.
wt-kx-ф=const
Течениечастиц в жидкости можно представить в виде линии тока, касат.к которым дают направл.скорости в данной точке жидкости. Поверхность, образ. линиями тока-трубка тока.
11. Стоячие волны

12.Стационарное течение идеальной жидкости

13. Уравнение неразрывности для течения стационарной жидкости

14.Кинематическая и потенциальная энергия сис-мы

15.Закон сохранения энергии в механике

16.Закон сохранения импульса

17.Закон сохранения момента импульса

18.Статистический и термодинамический моменты исследования

19.Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа

20.Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы молекул
Числомстепеней свободы тела назыв.число независ.координат, с помощью котор. может быть задано положение тела в пространстве. Эпсилон=3/2 kT средн.эн.пост.движ.молекул.
k-постоянная Больцмана
Абсолютно тв.тело - 6 степ.свободы - 3 пост. 3 времен. на кажд. степ. своб.прих.одинак.
Е(к)=1/2кТ . Закон равномерн.распред.по степеням.своб.
Е-mgh i-число степ.своб.молекулы Внутр.эн.ид.газа. U=E(k)*эпсилон
21.Барометрическая формула

22.Работа газа в термодинамике


23.Внутренняя энергия в термодинамике

24.Первое начало термодинамики
Первое начало термодинамики — одно из основных положений термодинамики, являющееся, по существу, законом сохранения энергии в применении к термодинамическим процессам.
Первое начало термодинамики сформулировано в середине XIX в. в результате работ Ю. Р. Майера, Джоуля и Г. Гельмгольца. Первое начало термодинамики часто формулируют как невозможность существования вечного двигателя 1-го рода, который совершал бы работу, не черпая энергию из какого-либо источника.
Первый закон (первое начало) термодинамики можно сформулировать так:
«Количество теплоты, сообщенное системе в квазистатическом процессе, равно сумме изменения внутренней энергии системы и работы, совершённой системой против внешних сил»:Q = &#916;U + A.
Количество теплоты, сообщаемое системе, расходуется на изменение внутренней энергии системы и на совершение системой работы против внешних сил.
Для элементарного количества теплоты &#948;Q, элементарной работы &#948;A и малого приращения (дифференциала) dU внутренней энергии первый закон термодинамики имеет вид:&#948;Q = dU + &#948;A.
Важно заметить, что dU является дифференциалом, а &#948;A и &#948;Q - нет.
Рассмотрим несколько случаев:
Если &#948;Q > 0, это совершенно очевидно означает, что тепло к системе подводится.
Если &#948;Q < 0, аналогично — отводится.
Если &#948;Q = 0, такую систему называют адиабатически изолированной.
Обобщая: в конечном процессе 1&#8594;2 элементарные количества теплоты могут быть любого знака. Общее количество теплоты, которое мы назвали просто Q — это алгебраическая сумма количеств теплоты, сообщаемых на всех участках этого процесса.
Аналогично дело обстоит с работой.

- первое начало термодинамики
Измен. внутр.эн.для идеальн.газа U=im_2M)*RT
Молярн.теплоёмк.измер.кол-вом теплоты,необход для нагрев.1 моль в-ва на 1 Кельвин
С=1_/ню * dQ_/dT
ню=m/M кол-во в-ва
Связь удельн.и молярн.теплоёмк. c=C/M
Молярн. теплоёмк.идеальн. газа при пост. объёме C(V)=iR_/2
при пост. давл. C(P)=C(V)+R=(i+2)R_/2
Внутр.эн.ид.газа U=im_/2M)*RT=m/M)*C(V)T
dA=pdV
при изобарн.проц. для ид.газа. А=p(V2-V1)
при изотермич.проц. А=m/M)*RT In V2/V1


25.Применение первого начала термодинамики к изопроцессам

26.Применение первого начала термодимнамикик адиабатическому процессу
Уравнение Пуассона для адиабатического процесса в ид.газе
pV=const TV=const Tp=const A=-бU=m/M)*C(V) * (T1-T2) КПД=A/Q1=Q1-Q2_/Q1=T1-T2_/T1

27.Обратимые и необратимые процессы
Термодинам.процессы назыв.обратим, если он допуск.возвращ.сис-мы в первонач.сост.без того, чтобы в окруж.телах.произошли какие-либо изменения
Все природн.процессы необратимы. При расшир газа в пустоту происх. необратим.процессы, т.к. при возвращ.газа в первонач.сост.окр.среда нагрев.
28.Цикл Карно
Цикл Карно&#769; — идеальный термодинамический цикл. Тепловая машина Карно, работающая по этому циклу, обладает максимальным КПД и нулевой мощностью.
Цикл Карно назван в честь фразцузского физика Сади Карно, который впервые его исследовал.
Одним из важных свойств цикла Карно является его обратимость: он может быть проведён как в прямом, так и в обратном направлении, при этом энтропия адиабатически изолированной (без теплообмена с окружающей средой) системы не меняется
Цикл Карно состоит из четырех стадий:
1. Изотермическое расширение (на рисунке — процесс A&#8594;Б). В начале процесса рабочее тело имеет температуру TH, то есть температуру нагревателя. Затем тело приводится в контакт с нагревателем, который изотермически (при постоянной температуре) передает ему количество теплоты QH. При этом объём рабочего тела увеличивается.
2. Адиабатическое (изоэнтропическое) расширение (на рисунке — процесс Б&#8594;В). Рабочее тело отсоединяется от нагревателя и продолжает расширяться без теплообмена с окружающей средой. При этом его температура уменьшается до температуры холодильника.
3. Изотермическое сжатие (на рисунке — процесс В&#8594;Г). Рабочее тело, имеющее к тому времени температуру TX, приводится в контакт с холодильником и начинает изотермически сжиматься, отдавая холодильнику количество теплоты QX.
4. Адиабатическое (изоэнтропическое) сжатие (на рисунке — процесс Г&#8594;А). Рабочее тело отсоединяется от холодильника и сжимается без теплообмена с окружающей средой. При этом его температура увеличивается до температуры нагревателя.

29.Второе начало термодинамики. Энтропия
Второе начало термодинамики — физический принцип, накладывающий ограничение на направление процессов передачи тепла между телами.
Второе начало термодинамики запрещает так называемые вечные двигатели второго рода, показывая, что невозможно всю внутреннюю энергию тела превратить в полезную работу.
Второе начало термодинамики является постулатом, не доказываемым в рамках термодинамики. Оно было создано на основе обобщения опытных фактов и получило многочисленные экспериментальные подтверждения.
Энтропия замкн.сис-мы при любых происход.в них процессахне уменьш.- оно возраст.при при необрат проц. и ост.постояннойпри обратимрсти процессов.

30.Диффузия в газах и твёрдых телах

31.Теплопроводность
Теплопрово&#769;дность — это способность вещества переносить тепловую энергию, а также количественная оценка этой способности (так же называется коэффициентом теплопроводности).
Явление теплопроводности заключается в том, что кинетическая энергия атомов и молекул, которая определяет температуру тела, передаётся другому телу при их взаимодействии или передается из более нагретых областей тела к менее нагретым областям.
В установившемся режиме поток энергии, передающейся посредством теплопроводности, пропорционален градиенту температуры:
F=k grad T
(P — полная мощность тепловых потерь, S — площадь параллелепипеда, &#916;T — перепад температур, h — толщина параллелепипеда.)
Коэффициент теплопроводности измеряется в W/(m·K) или W·m-1·K-1.

32.Вязкость жидкости и газа
Внутреннее трение V1<V2<V3
В явлении внутреннего трения происх.перенос импульса от слоя к слою в направл. перпендик. течен.жидкости.
F-сила взаимод. соседн. слоёв в жидк. F~бV_/бх* б ро F= -ню* бV_/бx)*ро
перенос происх.от слоя с больш.скор. к слою с меньш.скор.
Т*ню=1

33.Напряжённость электрического поля. Принцип суперпозиции электрических полей.

34.Работа электростатического поля.
F=kq1q2_/r*r F=Gm1m2_/r*r Работа по перемещению заряда q из 1 в 2 не завис.отт ф.пути, по которому мы его перемещ., а завис.только от начала и конечн.положен.заряда. Т.е. Кулоновская сила явл.консервативной
35.Потенциал электрического поля. Связь потенциала с напряжённостью поля
Потенц.эн. - w=qq''_/4пr эпс. q''- пробн.заряд. Потенц.эн.завис.от велич. пробн.заряда.с помощ.котор.мы исслед.поле.
w/q''=q/4пr эпс. -> ф=w/q'' Потенциал численно равен потенц.эн., котор.облад.в данной точке поля единичн. положит.заряд
Потенц.численно равен работе, котор.соверш.силы поля над ед.полож.зарядом,при его удал.из данного поля. ф=A/q''
ф=[1B] Геометр.место точек среды, для котор.потенциал постоянен, наз. эквипотенциальной поверхностью
А= -qбф Е(х)= - dф/dx E= - grad ф
Градиент скалярн.величины - это вектор, направл.в сторону наиб.быстрого вектора этой функции.И численно равен скорости её изменения в это направл.
Потенциальность эл.поля наклад.огранич.такое, что для его характер. необх.задать вместо 3-х величин лишь одну - потенциал ф
36.Диполь во внешнем электрическом поле
Эл.диполем назыв. сис-му двух разноименных точечн.зарядов, расст.эль между котор.значит.меньше, чемрасст.до точек, в котор.определено поле.
37.Электрическое поле в веществе
В-во - 1) проводники 2) полупроводники 3) диэлектрики( не явл.проводн. эл.тока)
Диэлектрики из атомов или молекул m ядра - 99,6% от массы атома
1) N2,H2, O2,CO2,CH4При внесении молекул в эл.поле отриц.и полож.заряды сдвигаются на разн.расст.Молекулы приобрет не равный 0 дипольный момент
2) H2O, NH4 - молекулы даже в отсутствии поля имеют р не равн.0 т.е. у этих молекул центры тяжести положит. и отриц. молекулы не совпадают. Однако когда Е=0, дипольные моменты молекул ориентир.совершенно хаотически и суммарный дипольный момент молекулы равен 0. При внесении такого диэл. в поле дипольн. моменты молекул ориентир.по полю и теперь суммарн. р=0
3) Ионные кристаллы При внесении ионных кристаллов в эл.поле решётки сдвиг, и такой кристалл приобр.дипольный момент не = 0
Внесение трёх групп диэл. в эл.поле приволит к возникн.результир.дипольн.момента , отличн.от нуля.
При внесении диэл. в эл.поле на границах диэл. появл.соедин.заряды. - озисы. Свобода перемещ. этих зарядов огранич.лишь размерами этих молекул.
Номеризованность - кол-во и мера поляризации опред.знач.р.
Теорема Гаусса для эл.поля в в-ве: SDdS=q

38.Проводники в электростатическом поле
Свободные заряды могут двигаться под действ.сколь угодно малого эл.поля.Свободн.заряды - электроны
F=qE q<0 При внесении проводника в эл.статич.поле возник.разделен.эл.зарядов. В проводнике возник поле Е
Суммарное E=E0-E'' E0 - внутри проводника
Свободн.заряды могут располаг.только на внешн.поверхн.проводн. Это суть электростатич.защиты. Е= - grad
39.Электроёмкость. Конденсаторы
с-электроёмкость проводника, котор.завис.от размеров и формы проводника и от диэлектрич.прониц. эпсилон., в кот.нах.проводник
c=q/ф с=бq/бф =1Ф
Электроёмкость численно равна величине заряда, котор.необх. сообщить уединённому проводнику, чтобы увелич.его потенциал на 1.
Заряды, появл.вне проводника,будут изменять распределение заряда на поверхн.проводникаипроводник будет изменяться
Если пластины большие, то поле внутри конденсатора считаем однородным U=Fd
Послед.соед U=U1+U2 q1=q2=q3 U=q/C q/Cq/C+q/C 1/C1/C+1/C
Параллельн.соед. U=U1=U2 q=q1+q2 C=CU+CU C=C1+C2
40.Энергия электростатического поля
- закон Кулона.
, - напряженность электрического поля
- принцип суперпозиции полей.
- поток через площадку S.
- теорема Гаусса.
- теорема о циркуляции.
, - потенциал.

плоскость
сфера
шар
цилиндр (пустой)
,
, ,
- электроемкость уединенного проводника.
, , плоский конденсатор.
- электроемкость заряженного шара.
- электроемкость сферического конденсатора.
- батарея конденсаторов. p=qd - дипольный момент.
поляризованность диэлектрика.
P=&#230;e0E где &#230;- диэлектрическая восприимчивость.
e=1+&#230; e- диэлектрическая проницаемость.
- теорема Гаусса для диэлектриков.
41.Постоянный электрический ток и его характеристики.
Эл.ток- напр.движ.заряж.частиц
Проводники - в-ва, имеющ.своб.эл.заряды,способн.перемещ.поддейств.очень малого эл.поля
Усл.сущ.эл.поля: Наличие своб.эл.зарядов. налич.эл.поляв проводнике, перемещ.эти заряды
для сущ.эл.тока необх.в цепи иметь сторонние силы,которые переносили бы заряд от конца с меньшим потенциалом к концу с большим Ф
, ,
, , Закон Ома.
; - температурное изменение температуры.
, ,
- закон Джоуля–Ленца.

- правило Кирхгофа для узлов.
- правило Кирхгофа для контуров.
Параллельное соединение проводников: I=const, ,
Последовательное соединение: , U=const,

42.Закон Ома в интегральной и дифференциальной формах
Георг Ом 1826г. , ,( есть ЭДС) Закон Ома
R=l/S*ро зависит от Т , удельное сопр. j=E*тао - Зак.Ома в дифференц. форме
Rртути=0 - сверхпроводимость
43.Магнитное поле и его характеристики

44.Закон Ампера
F=I lBsin a
, - сила Лоренца.
- сила Ампера, действующая на проводник длиной l
Если по двум проводн, располож.в вакууме на раст 1м друг от др пропустить I=1А, то эти проводн.будут взаимодейств.с силой 2*10в-7Н/м накажд.метр длины проводн.
45.Сила Лоренца
, - сила Лоренца.
F=qBVsina при движ.частиц в пост.магн.поле силаЛоренца не соверш.А
Направл силы Лоренца по правилу левой руки
Если заряж.частица влетает в магн.поле, перпендик.линиям, то она движ.по окр.,если под углом- по спирали
46.Эффект Холла. МГД генераторы
Эффе&#769;кт Хо&#769;лла — явление возникновения поперечной разности потенциалов (называемой также Холловским напряжением) при помещении проводника с постоянным током в магнитное поле. Открыт в 1879 году Э. Холлом.
ОбычныйТерминСписокопределенийАдресЦитатыФорматированныйЕсли магнитное поле напряжённости H перпендикулярно направлению течения тока силы I, то разность потенциалов, возникающая между боковыми сторонами проводника ширины d, есть
U=RIH_/d R=1/ne
где n — концентрация носителей, а e — их заряд. Отметим, что разность потенциалов прямо пропорциональна силе тока, из-за чего можно ввести холловское сопротивление, которое для заданной системы постоянно и не зависит от силы протекающего тока.
Причина возникновения эффекта Холла — сила Лоренца, действующая на заряды, движущиеся в магнитном поле. Поскольку эта сила пропорциональна скорости дрейфа носителей заряда, и сама сила электрического тока тоже пропорциональна их скорости дрейфа, то возникающая в образце поперечная напряжённость поля пропорциональна плотности протекающего тока.
Случай появления напряжения (электрического поля) в образце перпендикулярного направлению пропускаемого через образец тока, наблюдающегося в отсутствие приложенного постоянного магнитного поля, то есть явление полностью аналогичное эффекту Холла, но наблюдающееся без внешнего постоянного магнитного поля — называется Аномальным эффект Холла.
Необходимым условием для наблюдения аномального эффекта Холла является нарушение инвариантности по отношению к обращению времени в системе. Например, аномальный эффект Холла может наблюдаться в образцах с намагниченностью.
В сильных магнитных полях в плоском проводнике (то есть в квази-двумерном электронном газе) системе начинают сказываться квантовые эффекты, что приводит к квантовому эффекту Холла: квантованию холловского сопротивления. В ещё более сильных магнитных полях проявляется дробный квантовый эффект Холла, который связан с кардинальной перестройкой внутренней структуры двумерной электронной жидкости.Эффект Холла позволяет определить тип носителей — электронный или дырочный — в полупроводнике, что делает его незаменимым методом исследования свойств полупроводников.
На основе эффекта Холла работают датчики Холла: приборы, измеряющие напряжённость магнитного поля.

47.Движение заряженных частиц в электрических и магнитных полях.
Т.к.пост.магн.поле не соверш.над частицей А,то оно не измен.её энергии. Энегр.частицы может измен.лишь.магн.поле.
Циклотрон - ускоритель элементов частиц F=qE r=mV/qB
Ускоритель 400ГэВ сильный
48.Магнитное поле в веществе
Магн.поле в в-ве созд. микро и макротоками.В отсутств. магн.поля микротоки ориентир.хаотич и суммарн.магн.поле, созд.ими=0. При внесении в-ва в магн.поле микротоки ориентир.
Магн.поле созд:
1)макротоком 2)орбит.жвиж.эл 3)спиновым движ.эл.
Намагниченность - качественная характеристика в-ва
B=M*мю
49.Диа- и парамагнетизм
Диамагнетики выталкив.из магн.поля.Диамагнетизм объясн.орбит.движ.эл.
pm=ISn Lm=ро*mV
50.Ферромагнетики

51.Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея. Правила Ленца
При движ.магнита измен.магн.поток, а при измен.магн.потока через поверхн.огранич.контура в контуре появл.ток(индукционный)
Само явл - индукция. В замкн.цепи должно быть ЭДС, котор.порожд.инд.ток.
m=kq=kDT - первый закон Фарадея.
- второй закон Фарадея.
Направл.индукц.тока опред правилом Ленца,при всяком измен.магн.потока через пов-сть,огранич.замкн.контуром,в нём возник индукц.ток такого направл,что его магн.поле противодейств.измен.магн.потока

ЭДС индукции в замкнутом контуре. ,
магнитная индукция поля в точке.
- магнитная индукция в центре витка.
- индукция внутри соленоида.
индукция поля проводника на расстоянии R от оси.

связь между магнитной индукцией и напряженностью магнитного поля.
- принцип суперпозиции магнитных полей.
- сила взаимодействия двух проводников.
магнитный поток
52.Явление самоиндукции
ЭДС индукции в замкнутом контуре.
ЭДС самоиндукции.
В замкн.контуре течёт непостоянный ток. Явл.возн.инд.тока в контуре,по котор.течётпеременный ток , наз.явл.самоиндукции
Если в контуре за 1с ток изменен на 1А, и при этом в контуре возник эпсилон=1В, то индуктивн=1Гн
53.Электромагнитное поле.Основные свойства электромагнитного поля
Электростатика-изуч.неподвижн.заряды Магнитостатика -изуч.магн.поле, созд.пост.токами.
ЭДС индукции в замкнутом контуре.
Если эл.заряды движс непостоянной скор, то онисозд.в окруж.простр.эл.и магн.поля, котор.образ.един.эл-магн.поле.
54.Интерференция света. Принцип Гюйгенса
Интерфере&#769;нция све&#769;та — явление взаимного усиления или ослабления света до полной темноты (гашения) при наложении двух его волн, которые имеют одинаковые частоты колебаний. Интерференция возникает, когда два когерентных источника света, т. е. испускающие полностью однородные лучи света с постоянной разностью фаз, расположены очень близко друг от друга. Такими источниками света являются, например, два зеркальных изображения одного источника света. У двух разных источников света никогда не сохраняется постоянная разность фаз волн, поэтому их лучи не интерферируют.
Интерференция возникает также при разделении первоначального луча света на два луча при его прохождении через тонкую плёнку, например плёнку, наносимую на поверхность линз у просветлённых объективов. Луч света, проходя через плёнку толщиной d=лямда/4спектра по обе стороны от &#955; = 550 нм интерферируют не полностью и только ослабляются, отчего плёнка приобретает окраску.
Явление интерференции наблюдается в тонком слое керосина на поверхности воды, в мыльных пузырях и т. д.

55.Интерференция света в тонких плёнках

56.Дифракция света.Принцип Гюйгенса-Френеля
Дифра&#769;кция све&#769;та — явление наблюдаемое при распространении света в среде с резкими неоднородностями. При этом происходит нарушение прямолинейности его распространения, то есть отклонение от законов геометрической оптики. Вследствие дифракции при освещении непрозрачных экранов на границе тени, где, согласно законам геометрической оптики, должен был бы происходить скачкообразный переход от тени к свету, наблюдается ряд светлых и тёмных дифракционных полос.
Дифракционные явления были хорошо известны ещё во времена Ньютона, но объяснить их на основе господствовавшей в то время корпускулярной теории света оказалось невозможным. Первое качественное объяснение явления дифракции на основе волновых представлений было дано английским ученым Т. Юнгом. Независимо от него французский ученый О. Френель развил количественную теорию дифракционных явлений (1818 г.). В основу теории Френель положил принцип Гюйгенса, дополнив его идеей об интерференции вторичных волн. Подтверждение теории Френеля на опыте явились одним из основных доказательств волновой природы света. В настоящее время это теория носит название принцип Гюйгенса–Френеля и в ряде практически важных случаев решение дифракционных задач на основе этого принципа даёт достаточно хороший результат.

Отклонен.света от прямолин.распростран. и захожден.его в обл.геом.тени - дифракция. Дифракция-измен.волн.фронта при прохожд.света в среде с резко выраж.неоднородностью.
Принцип Гюйгенса: беск.число.источников вторичн.волн принцип Гюйгенса объед.захожд.света в среде с резко выраж.неоднородн.
Принцип Гюйгенса-Френелля: 1)вторичн. ист.когерентны.2) равные по S участки волн излуч.одинак.3)Вторичн.ист.излуч.свет в напр. внешн. нормали
57.Дифракция ренгеновских лучей

58.Дифракционная решётка

59.Голография.
Голография — набор технологий, позволяющий записать полную информацию о фронте электромагнитной волны, отраженном от какого-либо объекта и/или прошедшей через этот объект, а затем восстановить эту волну.
ОбычныйТерминСписокопределенийАдресЦитатыФорматированныйПервая голограмма была получена в 1947 году (задолго до изобретения лазеров) Деннисом Габором в ходе экспериментов по повышению разрешающей способности электронного микроскопа. Он же придумал само слово "голография", которым он подчеркнул полную запись оптических свойств объекта. К сожалению, его голограммы отличались низким качеством. Получить качественную голограмму без когерентного источника света невозможно.
После создания в 1960 году красных рубинового (длина волны 694 нм, работает в импульсном режиме) и гелий-неонового (длина волны 633 нм, работает непрерывно) лазеров, голография начала интенсивно развиваться.
В 1962 году была создана классическая схема записи голограмм Эмметта Лейта и Юриса Упатниекса из Мичиганского Технологического Института (голограммы Лейта-Упатниекса), в которой записываются пропускающие голограммы (при восстановлении голограммы свет пропускают через фотопластинку, хотя на практике некоторая часть света от неё отражается и также создаёт изображение, видимое с противоположной стороны).
В 1967 году рубиновым лазером был записан первый голографический портрет.
В результате длительной работы в 1968 году Юрий Николаевич Денисюк получил высококачественные (до этого времени отсутствие необходимых фотоматериалов мешало получению высокого качества) голограммы, которые восстанавливали изображение, отражая белый свет (на практике некоторая часть света проходит через пластинку и создаёт изображение, видимое с противоположной стороны пластинки). Для этого им была разработана своя собственная схема записи голограмм. Эта схема называется схемой Денисюка, а полученные с её помощью голограммы называются голограммами Денисюка.

60.Естественный и поляризованный свет.
Поляризация — для электромагнитных волн направление колебаний вектора электрической индукции E. Когерентное электромагнитное излучение может иметь:
Линейную поляризацию — в направлении, перпендикулярном направлению распространению волны;
Круговую поляризацию — правую либо левую, в зависимости от направления вращения вектора индукции;
Эллиптическую поляризацию — случай, промежуточный между круговой и линейными поляризациями.
Некогерентное излучение может не быть поляризованным, либо быть полностью или частично поляризованным любым из указанных способов. В этом случае понятие поляризации понимается статистически.
При теоретическом рассмотрении поляризации волна полагается распространяющейся горизонтально. Тогда можно говорить о вертикальной и горизонтальной линейных поляризациях волны.
Электромагнитная волна может быть разложена (как теоретически, так и практически) на две поляризованные составляющие, например поляризованные вертикально и горизонтально. Возможны другие разложения, например по иной паре взаимно перпендикулярных направлений, или же на две составляющие, имеющие левую и правую круговую поляризацию. При попытке разложить линейно поляризованную волну по круговым поляризациям (или наоборот) возникнут две составляющие половинной интенсивности.
С точки зрения квантовой физики наличие у электромагнитных волн поляризации является проявлением того, что фотон имеет спин. Тот факт, что имеется только две составляющих поляризации, следует из безмассовости фотона.
Как с квантовой, так и с классической точки зрения, поляризация может быть описана двумерным комплексным вектором (вектором Джонса). Поляризация фотона является одной из реализаций q-бита.
Свет солнца, являющийся тепловым излучением, не имеет поляризации, однако, рассеянный свет неба приобретает частичную линейную поляризацию. Поляризация света меняется также при отражении. На этих фактах основаны применения поляризующих фильтров в фотографии и т.д.
Линейную поляризацию имеет обычно излучение антенн.
По изменению поляризации света, при отражении от поверхности, можно судить о структуре поверхности, оптических постоянных, толщине образца.

61.Двойное лучепреломление. Получение поляризованного света
Преломле&#769;ние (рефра&#769;кция) — явление изменения пути следования светового луча (или других волн), возникающее на границе раздела двух прозрачных (проницаемых для этих волн) сред или в толще среды с непрерывно изменяющимися свойствами. Преломление свойственно для многих видов излучения различной природы, например, электромагнитных и звуковых волн.
Преломление возникает, например, когда скорость движения волн в контактирующих средах различается (См. показатель преломления). В этом случае составляющая скорости, параллельная границе раздела, должна быть одинаковой до и после её прохождения, а суммарное значение скорости должно измениться в соответствии с показетелем преломления. В итоге угол падающего и преломляющего луча будут отличаться друг от друга.

62.Тепловое излучение. Оптическая пирометрия
Тепловая энергия — форма энергии, связаная с движением атомов, молекул или других частиц из которых состоит тело. Тепловая энергия может выделяться благодаря химическим реакциям (горение), ядерным реакциям (ядерный синтез), механическим взаимодействиям (трение). Тепло может передаваться между телами с помощью теплопроводности, конвекции или излучения.

63.Внешний фотоэффект и его законы. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта.
Фотоэффект (или фотоэлектрический эффект) состоит в вырывании электронов из вещества при облучении этого вещества светом. В конденсированных телах (твёрдых и жидких) выделяют внешний и внутренний фотоэффект
ОбычныйТерминСписокопределенийАдресЦитатыФорматированныйЭффект был открыт в 1887 году Генрихом Герцем. Исследования фотоэффекта показали, что, вопреки классической электродинамике, энергия вылетающего электрона всегда строго связана с частотой падающего излучения и практически не зависит от интенсивности облучения. Фотоэффект был объяснён в 1905 году Альбертом Эйнштейном (за что в 1921 году он получил Нобелевскую премию) на основе гипотезы Макса Планка о квантовой природе света. В работе Эйнштейна содержалась важная новая гипотеза — если Планк предположил, что свет излучается только квантованными порциями, то Эйнштейн уже считал, что свет и существует только в виде квантованых порций. Из представления о свете как о частицах (фотонах) немедленно следует формула Эйнштейна для фотоэффекта:
Ekin = h&#957; &#8722; A,
где Ekin — кинетическая энергия вылетающего электрона, A— работа выхода для данного вещества, &#957; — частота падаюшего света, h — постоянная Планка, которая оказалась ровно той же, что и в формуле Планка для излучения абсолютно чёрного тела. Из этой формулы следует существование красной границы фотоэффекта. Таким образом, исследования фотоэффекта были одними из самых первых квантовомеханических исследований.
Внешним фотоэффектом (фотоэлектронной эмиссией) — называется испускание электронов веществом под действием света. Электроны, вылетающие из вещества при внешнем фотоэффекте, называются фотоэлектронами, а электрический ток, образуемый ими при упорядоченном движении во внешнем электрическом поле, называется фототоком.
Законы внешнего фотоэффекта
Закон Столетова: при неизменном спектральном составе света, падающего на фотокатод, фототок насыщения пропорционален энергетической освещенности катода:
Для данного фотокатода максимальная начальная скорость фотоэлектронов зависит от частоты света и не зависит от его интенсивности.
Для каждого фотокатода существует красная граница фотоэффекта, то есть минимальная частота света &#957;0 при которой возможен внешний фотоэффект.
Внутренним фотоэффектом называется перераспределение электронов по энергетическим состояниям в твердых и жидких полупроводниках и диэлектриках, происходящее под действием света. Он проявляется в изменении концентрации носителей зарядов в среде и приводит к возникновению фотопроводимости или вентильного фотоэффекта. Фотопроводимостью называется увеличение электрической проводимости вещества под действием света. Вентильным фотоэффектом (фотоэффектом в запирающем слое) называется возникновение под действием света ЭДС (фото-ЭДС) в системе, состоящей из контактирующих полупроводника и металла или двух разнородных полупроводников (например в p-n переходе).

64.Энергия, масса и импульс фотона
Фото&#769;н (от ав.гр. &#966;&#974;&#962;, род. пад. &#966;&#969;&#964;&#972;&#962;, «свет») — элементарная частица, переносчик электромагнитного взаимодействия, квант электромагнитного поля. Фотоны обозначаются буквой &#947;, поэтому их часто называют гамма-квантами (особенно фотоны высоких энергий); эти термины практически синонимичны
Фотон относится к калибровочным бозонам. Он не имеет массы покоя и электрического заряда, стабилен. Спин фотона равен 1, но из-за нулевой массы более правильное число — спиральность; по этой же причине внутренняя чётность фотона не определена. Является истинно нейтральной частицей (или, иными словами, является античастицей для самого себя). Зарядовая чётность отрицательная. Фотон участвует в электромагнитном и гравитационном взаимодействии.
Фотон имеет нулевую массу покоя,[6] не имеет электрического заряда[7] и не распадается спонтанно в вакууме. Фотон может иметь одно из двух состояний поляризации и описывается тремя пространственными параметрами — составляющими волнового вектора, которыйиопределяет его длину волны . Для сравнения, для частиц с ненулевой массой покоя связь массы и импульса с энергией определяется формулой где — волновой вектор и указывает направление движения фотона. Фотон также имеет спин, который не зависит от частоты.

65.Лазеры
Ла&#769;зер (англ. LASER — Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, «Усиление света с помощью вынужденного излучения») — устройство, использующее квантовомеханический эффект вынужденного (стимулированного) излучения для создания когерентного потока света. Луч лазера может быть непрерывным, с постоянной амплитудой, или импульсным, достигающим экстремально больших пиковых мощностей. Во многих конструкциях рабочий элемент лазера используется в качестве оптического усилителя для излучения от другого источника. Усиленный сигнал очень точно совпадает с исходным по длине волны, фазе и поляризации, что очень важно в устройствах оптической связи.
Обычные источники света, такие как лампа накаливания, излучают свет в разных направлениях с широким диапазоном длин волн. Большинство из них также некогерентны, т. е. фаза излучаемой ими электромагнитной волны подвержена случайным флуктуациям. Излучение обычного источника не может, без применения специальных мер, дать устойчивую интерференционную картину. Кроме того, излучение нелазерных источников обычно не обладает фиксированой поляризацией. Напротив, излучение лазера монохроматично и когерентно, т.е. имеет постоянную длину волны и предсказуемую фазу, а также хорошо определённую поляризацию.
С другой стороны, некоторые типы лазеров, например жидкостные лазеры на растворах красителей или полихроматические твердотельные лазеры, могут генерировать целый набор частот (мод оптического резонатора) в широком спектральном диапазоне; это свойство делает возможной генерацию сверхкоротких импульсов порядка нескольких фемтосекунд (10-15 с) с помощью синхронизации мод.
Лазеры созданы на стыке двух наук — квантовой механики и термодинамики, но фактически, многие типы лазеров были созданы методом проб и ошибок.

66.Структура атомного ядра.
А&#769;томное ядро&#769; — центральная часть атома, в которой сосредоточена основная его масса и структура которого определяет химический элемент, к которому относится атом. Размеры ядер различных атомов составляют от одного фемтометра, что в 100 тысяч раз меньше размеров самого атома. Масса ядер примерно в 4000 раз больше массы входящих в атом электронов и сильно зависит от количества входящих в него частиц и энергии их связи.
Атомное ядро состоит из нуклонов — положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов, которые связаны между собой при помощи сильного взаимодействия. Атомное ядро, рассматриваемое как частица с определённым числом протонов и нейтронов, часто называется нуклидом.
Количество протонов в ядре называется его зарядовым числом Z — это число равно порядковому номеру элемента, к которому относится атом в таблице Менделеева. Количество протонов в ядре полностью определяет структуру электронной оболочки нейтрального атома и, таким образом, химические свойства соответствующего элемента. Количество нейтронов в ядре называется его изотопическим числом N. Ядра с одинаковым числом протонов и разным числом нейтронов называются изотопами. Ядра с одинаковым числом нейтронов, но разным числом протонов — называются изотонами. Термины изотоп и изотон используются также применительно к атомам, содержащим указанные ядра, а также для характеристики нехимических разновидностей одного химического элемента. Полное количество нуклонов в ядре называется его массовым числом A (очевидно A = N + Z) и приблизительно равно средней массе атома, указанной в таблице Менделеева.
Как и любая квантовая система, ядра могут находиться в метастабильном возбуждённом состоянии, причём в отдельных случаях время жизни такого состояния исчисляется годами. Такие возбуждённые состояния ядер называются ядерными изомерами.
Для обозначения атомных ядер используется следующая система:
в середине ставится знак химического элемента, что однозначно определяет зарядовое число Z ядра
слева сверху от этого обозначения ставится массовое число A
Таким образом, состав ядра оказывается полностью определён, так как N = A — Z.
Например,
238U — ядро урана-238, в котором 238 нуклонов, из которых 92 — протоны, так как элемент уран имеет 92-й номер в таблице Менделеева Иногда, однако, для полноты вокруг обозначения элемента указывают все характеризующие ядро его атома числа:
слева снизу — зарядовое число Z, то есть, то же самое, что указано символом элемента
справа снизу — изотопическое число N
если речь идёт о ядерном изомере, к символу приписывается буква m.
По историческим и иным причинам, некоторые ядра имеют самостоятельные названия.
Например, ядро 4He называется &#945;-частицей, ядро дейтерия 2H (или D) — дейтроном, а ядро трития 3H (или T) — тритоном.
Последние два ядра являются изотопами водорода и поэтому могут входить в состав молекул воды, давая в итоге так называемую тяжёлую воду.
Лишь небольшая часть нуклидов являются стабильными. В большинстве случаев ядерные силы оказываются неспособны обеспечить их постоянную целостность, и ядра рано или поздно распадаются. Это явление получило название радиоактивности.
В отдельных случаях продукты распада ядра оказываются способными инициировать распад соседних ядер. В этом случае возможна самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция.
Наоборот, ядра, в которых очень мало нуклонов, в условиях огромных давлений и температур, способны сливаться воедино, давая более тяжёлые ядра. Если слияние происходит с выделением энергии, то такая реакция тоже может поддерживать сама себя и называется термоядерной.

67.Реакция деления тяжёлых ядер..
Цепна&#769;я я&#769;дерная реа&#769;кция — последовательность единичных ядерных реакций, каждая из которых вызывается частицей, появившейся как продукт реакции на предыдущем шаге последовательности. Примером цепной ядерной реакции является цепная реакция деления ядер тяжёлых элементов, при которой основное число актов деления инициируется нейтронами, полученными при делении ядер в предыдущем поколении
Превращение вещества сопровождается выделением свободной энергии лишь в том случае, если вещество обладает запасом энергий. Последнее означает, что микрочастицы вещества находятся в состоянии с энергией покоя большей, чем в другом возможном, переход в которое существует. Самопроизвольному переходу всегда препятствует энергетический барьер, для преодоления которого микрочастица должна получить извне какое-то количество энергии — энергии возбуждения. Экзоэнергетическая реакция состоит в том, что в следующем за возбуждением превращении выделяется энергии больше, чем требуется для возбуждения процесса. Существуют два способа преодоления энергетического барьера: либо за счёт кинетической энергии сталкивающихся частиц, либо за счёт энергии связи присоединяющейся частицы.
Если иметь в виду макроскопические масштабы энерговыделения, то необходимую для возбуждения реакций кинетическую энергию должны иметь все или сначала хотя бы некоторая доля частиц вещества. Это достижимо только при повышении температуры среды до величины, при которой энергия теплового движения приближается к величине энергетического порога, ограничивающего течение процесса. В случае молекулярных превращений, т. е. химических реакций, такое повышение обычно составляет сотни градусов Кельвина, в случае же ядерных реакций — это минимум 107 К из-за очень большой высоты кулоновских барьеров сталкивающихся ядер. Тепловое возбуждение ядерных реакций осуществлено на практике только при синтезе самых легких ядер, у которых кулоновские барьеры минимальны (термоядерный синтез).
Возбуждение присоединяющимися частицами не требует большой кинетической энергии, и, следовательно, не зависит от температуры среды, поскольку происходит за счет неиспользованных связей, присущих частицам сил притяжения. Но зато для возбуждения реакций необходимы сами частицы. И если опять иметь в виду не отдельный акт реакции, а получение энергии в макроскопических масштабах, то это возможно лишь при возникновении цепной реакции. Последняя же возникает, когда возбуждающие реакцию частицы снова появляются как продукты экзоэнергетической реакции.
Цепные реакции широко распространены среди химических реакций, где роль частиц с неиспользованными связями выполняют свободные атомы или радикалы. Механизм цепной реакции при ядерных превращениях могут обеспечить нейтроны, не имеющие кулоновского барьера и возбуждающие ядра при поглощении. Появление в среде необходимой частицы вызывает цепь следующих, одна за другой реакций, которая продолжается до обрыва цепи вследствие потери частицы-носителя реакции. Основных причин потерь две: поглощение частицы без испускания вторичной и уход частицы за пределы объёма вещества, поддерживающего цепной процесс. Если в каждом акте реакции появляется только одна частица-носитель, то цепная реакция называется неразветвлённой. Неразветвлённая цепная реакция не может привести к энерговыделению в больших масштабах.
Если в каждом акте реакции или в некоторых звеньях цепи появляется более одной частицы, то возникает разветвленная цепная реакция, ибо одна из вторичных частиц продолжает начатую цепь, а другие дают новые цепи, которые снова ветвятся. Правда, с процессом ветвления конкурируют процессы, приводящие к обрывам цепей, и складывающаяся ситуация порождает специфические для разветвленных цепных реакций предельные или критические явления. Если число обрывов цепей больше, чем число появляющихся новых цепей, то цепная самоподдерживающаяся реакция оказывается невозможной. Даже если её возбудить искусственно, введя в среду какое-то количество необходимых частиц, то, поскольку число цепей в этом случае может только убывать, начавшийся процесс быстро затухает. Если же число образующихся новых цепей превосходит число обрывов, цепная реакция быстро распространяется по всему объему вещества при появлении хотя бы одной начальной частицы.
Область состояний вещества с развитием цепной самоподдерживающейся реакции отделена от области, где цепная реакция вообще невозможна, критическим состоянием. Критическое состояние характеризуется равенством между числом новых цепей и числом обрывов.
Достижение критического состояния определяется рядом факторов. Деление тяжелого ядра возбуждается одним нейтроном, а в результате акта деления появляется более одного нейтрона (например, для 235U число нейтронов, родившихся в одном акте деления, в среднем равно 2,5). Следовательно, процесс деления может породить разветвленную цепную реакцию, носителями которой будут служить нейтроны. Если скорость потерь нейтронов (захватов без деления, вылетов из реакционного объёма и т.д.) компенсирует скорость размножения нейтронов таким образом, что эффективный коэффициент размножения нейтронов в точности равен единице, то цепная реакция идёт в стационарном режиме. Введение отрицательных обратных связей между эффективным коэффициентом размножения и скоростью энерговыделения позволяет осуществить управляемую цепную реакцию, которая используется, например, в ядерной энергетике. Если коэффициент размножения больше единицы, цепная реакция развивается экспоненциально; неуправляемая цепная реакция деления используется в ядерном оружии.

68.Ядерная энергетика. Экологически проблемы.
Ядерная энергия — это энергия получаемая при делении ядер и используемая для совершения полезной работы (ранее использовался термин Атомная энергия).
Обычно, для получения ядерной энергии используют цепную ядерную реакцию деления ядер урана-235 или плутония. Ядра делятся при попадании в них нейтрона, при этом получаются новые нейтроны и осколки деления. Нейтроны деления и осколки деления обладают большой кинетической энергией. В результате столкновений осколков с другими атомами эта кинетическая энергия быстро преобрабразуется в тепло.
Ядерная энергия производится в атомных электрических станциях, используется на атомных ледоколах, атомных подводных лодках; США осуществляют программу по созданию ядерного двигателя для космических кораблей, кроме того, делались попытки создать ядерный двигатель для самолётов.

69.Явление радиоактивности. Альфа-,бета- и гамма-излучения

70.Проблема управляемых термоядерных реакций.

Hosted by uCoz