шпори з фізики. 1 курс. 2 семестр. ЕКЗАМЕН. 59. Порівняння електричної та гравітаційної взаємодії. Закон Кулона

• Название: 59. Порівняння електричної та гравітаційної взаємодії. Закон Кулона
• Анкор: шпори з фізики. 1 курс. 2 семестр. ЕКЗАМЕН.docx
• Дата: 07.06.2018
• Размер: 405.11 Kb.
• Имя файла: шпори з фізики. 1 курс. 2 семестр. ЕКЗАМЕН.docx
• Тип: Закон; #20082
• страница: 6 из 6

102.Лазери.

Ла́зер— пристрій для генерування або підсилення монохроматичного світла, створення вузького пучка світла, здатного поширюватися на великі відстані без розсіювання і створювати винятково велику густину потужності випромінювання при фокусуванні (108 Вт/см² для високоенергетичних лазерів). Лазер працює за принципом, аналогічним принципові роботи мазера. Лазери використовуються для зв'язку (лазерний промінь може переносити набагато більше інформації, ніж радіохвилі), різання, пропалювання отворів, зварювання, спостереження за супутниками, медичних і біологічних досліджень і в хірургії.

Інша назва лазера — оптичний квантовий генератор.

Будова лазера

Активне середовище (серце лазера)

Система накачки (джерело енергії)

Оптичний резонатор (система дзеркал)

Лазер — джерело світла. У порівнянні з іншими джерелами світла лазер має низку унікальних властивостей, пов'язаних з когерентністю і високою спрямованістю його випромінювання. Випромінювання «нелазерних» джерел світла не має цих особливостей.

«Серце лазера» — його активний елемент. В одних лазерів це кристалічний або скляний стрижень циліндричної форми. В інших — запаяна скляна трубка, всередині якої перебуває спеціально підібрана газова суміш. В третіх — кювета зі спеціальною рідиною. Відповідно розрізняють лазери твердотільні, газові й рідинні.

При нагріванні будь-яке тіло починає випромінювати тепло. Однак випромінювання теплового джерела поширюється в усіх напрямках, тобто заповнює тілесний кут 4π стерадіан. Формування спрямованого пучка від такого джерела, здійснюване за допомогою системи діафрагм або оптичних систем, що складаються з лінз і дзеркал, завжди супроводжується втратою енергії. Жодна оптична система не дозволяє одержати на поверхні освітлюваного об'єкта потужність випромінювання більшу, ніж у самім джерелі світла.
103.Застосування лазерів.

Великі можливості відкриваються перед лазерною технікою в біології й медицині. Лазерний промінь застосовується не тільки в хірургії (наприклад, при операціях на сітківці ока) як скальпель, але й у терапії. Інтенсивно розвиваються методи лазерної локації й зв'язку. Локація Місяця за допомогою рубінових лазерів і спеціальних кутових відбивачів, доставлених на Місяць, дозволила збільшити точність виміру відстаней Земля — Місяць до декількох см. Отримано обнадійливі результати в спрямованому стимулюванні хімічних реакцій. За допомогою лазерів можна вибірково збуджувати одне із власних коливань молекули. Виявилося, що при цьому молекули здатні вступати в реакції, які не можна або важко стимулювати звичайним нагріванням. За допомогою лазерної техніки інтенсивно розробляються оптичні методи обробки передачі й зберігання інформації, методи голографічного запису інформації, кольорове проекційне телебачення.
104.Напівпровідники.

Напівпровідни́к — матеріал, електропровідність якого має проміжне значення між провідностями провідника та діелектрика. Відрізняються від провідників сильною залежністю питомої провідності від концентрації домішок, температури і різних видів випромінювання. Основною властивістю цих матеріалів є збільшення електричної провідності з ростом температури.

Напівпровідниками є речовини, ширина забороненої зони яких становить близько кількох електронвольт (еВ). Наприклад, алмаз можна віднести до широкозонних напівпровідників, а арсенід індію — до вузькозонних. До числа напівпровідників належать багато простих речовин хімічних елементів (германій, кремній, селен, телур, арсен та інші), величезна кількість сплавів і хімічних сполук (арсенід галію та ін.).

Залежно від того, чи віддає домішковий атом електрон або захоплює його, його називають донорними або акцепторними. Характер домішки може змінюватися в залежності від того, який атом решітки вона заміщує, в яку кристалографічну площину вбудовується.

Провідність напівпровідників сильно залежить від температури. Поблизу абсолютного нуля температури напівпровідники мають властивості діелектриків.

Напівпровідниковий прилад з одним електричним переходом і двома виводами називають напівпровідниковим діодом.

Різні типи напівпровідникових діодів відрізняються між собою за властивостями, призначенням та за конструкцією. Вони бувають площинними і точковими. У площинних діодах лінійні розміри переходу, що визначають його площу, значно більші від товщини.

Напівпровідниковий прилад з двома взаємодіючими переходами і трьома (чи більше) виводами, підсилювальні властивості якого зумовлені явищами інжекції та екстракції неосновних носіїв заряду, називається транзистором (тріодом).

Транзистор має три області – емітер, базу і колектор. Електропровідність бази може бути як електронною, так і дірковою. Відповідно, розрізняють транзистори з p-n-p таn-p-n структурами.
105.Визначення параметрів напівпровідникових приладів.

Техніка напівпровідникових приладів стала самостійною областюелектроніки. Заміна електронних ламп напівпровідниковими приладамиуспішно здійснена у багатьох радіотехнічних пристроях.На всьому протязі розвитку радіотехніки широко застосовувалися кристалічні детектори, що представляють собою напівпровідникові випрямлячі для струмів високої частоти. Для випрямлення постійного струму електричної мережі використовують купроксние і селенові напівпровідникові випрямлячі. Однак вони непридатні для високих частот.

Принципи роботи напівпровідникових діодів і транзисторів пов'язані з тим, що в напівпровідниках існує електропровідність двох видів. Так само, як і метали, напівпровідники мають електронної електропровідністю, яка обумовлена ​​переміщенням електронів провідності. При звичайних робочих температурах в напівпровідниках завжди є електрони провідності, які дуже слабо пов'язані з ядрами атомів і здійснюють безладне тепловий рух між атомами кристалічної решітки

Техніка напівпровідникових приладів стала самостійною областю

електроніки. Заміна електронних ламп напівпровідниковими приладами

успішно здійснена у багатьох радіотехнічних пристроях.

На всьому протязі розвитку радіотехніки широко застосовувалися

кристалічні детектори, що представляють собою напівпровідникові

випрямлячі для струмів високої частоти. Для випрямлення постійного

струму електричної мережі використовують купроксние і селенові

напівпровідникові випрямлячі. Однак вони непридатні для високих

частот.
106.Мікросхеми.Чіпи.Компютери.

Мікросхе́ма, інтегральна мікросхема— електронна схема, що реалізована у вигляді напівпровідникового кристалу (чипу) та виконує певну функцію. Винайдена у 1958 році американськими винахідниками Джеком Кілбі та Робертом Нойсом.

Чип — напівпровідникова структура, на поверхні якої сформовані контактні площинки. Часто під інтегральною схемою (ІС) розуміють власне кристал або плівку з електронною схемою, а під мікросхемою (МС) — ІС в корпусі.

Логічний — логічна схема (логічні інвертори, елементи АБО-НЕ, І-НЕ тощо).

Схемо- і системотехнічний рівень — схемо- і системотехнічна схеми (тригери, компаратори, шифратори, дешифратори, АЛП тощо).

Електричний — принципова електрична схема (транзистори, конденсатори, резистори тощо).

Фізичний — методи реалізації одного транзистора (чи невеликої групи) у вигляді легованих зон на кристалі.

Топологічний — топологічні фотошаблони для виробництва.

Програмний рівень — дозволяє програмістові програмувати (для мікроконтролерів і мікропроцесорів) модель, що розробляється, використовуючи віртуальну схему.

Нині велика частина інтегральних схем проектується за допомогою спеціалізованих САПР, які дозволяють автоматизувати і значно прискорити виробничі процеси, наприклад, отримання топологічних фотошаблонів.

Комп'ютер— багатозначний термін, найчастіше вживається для означення програмно керованого електронного пристрою обробки інформації. Разом з тим, це може бути будь-який механічний, немеханічний (електронний) пристрій (або навіть людина), призначені для проведення обчислень. Обчислення можуть відбуватися дискретно або безперервно у часі. У вузькому значенні — електронний цифровий програмований пристрій (електронна обчислювальна машина) для проведення обчислень, а також приймання, оброблення, зберігання і видачі інформації заздалегідь визначеним алгоритмом. Наразі практично всі існуючі на сьогодні комп’ютери є електронно-обчислювальними машинами.
107.Склад атомного ядра.Протони.Нейтрони.Нуклони.

Ядро́ — центральна частина атома, в якій зосереджена основна частина маси атома (більш ніж 99,9%). Ядро має позитивний заряд, і саме від величини заряду ядра залежить, який хімічний елементпредставлений атомом.

У порівнянні з розмірами атома, який визначається радіусом електронних орбіт, розміри ядра надзвичайно малі — 10⁻¹⁵−10⁻¹⁴ м, тобто приблизно в 10-100 тисяч разів менші від розміру самого атома.

Атомне ядро ​​складається з нуклонів — позитивно заряджених протонів та нейтральних нейтронів, близьких за масою та іншими властивостями частинок, які взаємодіють між собою через сильну взаємодію.

Ядро найпростішого атома — атома Гідрогену (ізотоп Протій) — є одним протоном.

Прото́н  — єдина стабільна частинка з позитивним зарядом +е. Античастинкою для протона є антипротон, характеристики якого схожі на протон за винятком від'ємного заряду.Протони беруть участь у всіх типах взаєомодії: сильній, електромагнітній, слабкій та гравітаційній.

Нейтро́н — елементарна частинка, яка входить до складу ядра. Нейтрон — електрично нейтральна частинка, що входить до групи частинок під назвою баріони, котрі в свою чергу входять до складу групи адронів. Електрична нейтральність нейтрона зумовлюється тим, щозаряд u-кварка, який входить до складу нейтрона, компенсується зарядами двох d-кварків. У нейтрона є античастинка, яка називається антинейтроном.

Нукло́н - загальна назва протона і нейтрона – частинок, з яких складається ядро атома. Мають відповідні античастинки – антипротон і антинейтрон. Протон і нейтронрозглядаються як два зарядові стани однієї частинки – нуклону.

На нуклони припадає основна частина маси атома. Незважаючи на різницю в деяких властивостях і поведінці, нейтрони і протони, на думку фізиків, є досить схожими, щоб вважати їх членами однієї родини. Їхні маси відрізняються не більше ніж на 1%, а спіни однакові. Крім того, між двома нейтронами чи двома протонами на малих відстанях (10^–15 м і менше) діють майже однакові сили. Найістотнішою різницею між протоном і нейтроном є наявність у протона електричного заряду, якого нейтрон (звідси і його назва) не має.
108.Масове тіло.Ізотопи.

Ма́сове число́, нукло́нне число́ - число нуклонів у ядрі атома.

Позначається здебільшого літерою А. При позначенні елемента масове число пишуть верхнім індексом перед символом елемента, наприклад, ³He або ²³⁵U. Вживається також позначення гелій-3, уран-235.

Інші числа, які характеризують ядро: число протонів Z і число нейтронів N

A = Z+ N

Ізотопи — нукліди одного і того самого хімічного елементу, які мають різне число нейтронів, а, отже, різну атомну масу.

Ізотопи позначають тими самими символами, що і хімічний елемент, додаючи зверху з лівого боку символа масове число, наприклад, ізотопи хлору позначають: ³⁵Cl і ³⁷Cl, чи масове число слідує за назвою чи символом елементу, наприклад: уран-233 чи Pu-239.

Ізотопи даного хімічного елемента мають однаковий заряд атомного ядра, тобто один порядковий номер, і займають те ж саме місце в періодичній системі, мають однакову кількість протонів в ядрі атома, але відрізняються один від одного кількістю нейтронів. Так, в атомному ядрі ізотопу хлору ³⁵Cl міститься 17 протонів, оскільки порядковий номер хлору 17, і 18 нейтронів (35—17=18), а в ядрі ізотопу хлору ³⁷Cl — 17 протонів і 20 нейтронів (37—17 = 20).

Атомна маса ізотопу виражена у вуглецевих одиницях не є цілим числом для всіх елементів окрім С-12, на відміну від масового числа, яке є завжди цілим числом рівному сумі протонів та нейтронів
109.Ядерні сили.Ядерні реакції.Радіоактивність.

Ядерна реакція - явище перетворення ядер атомів хімічних елементів і елементарних частинок.Ядерні реакції можуть відбуватися спонтанно, або у зіткненнях частинок речовини з високою енергією. Спонтанні ядерні перетворення є причиною природної радіоактивності.

Якіхімічніреакції,ядерніреакціїможутьбути ендотермічними й екзотермічнии.

Ядерні реакції поділяються на реакції розпаду та реакції синтезу. Особливим типом ядерної реакції є поділ ядра. Терміни розпад ядра і поділ ядра означають зовсім різні типи реакцій.

До складу атомного ядра входить  протонів і  нейтронів. Незважаючи на те, що між протонами діють сили кулонівського відштовхування, атомні ядра є досить стійкими системами. Це вказує на те, що в ядрах атомів діють специфічні сили притягання, які називають ядерними силами. Ядерні сили не можуть бути зведені ні до кулонівських, ні до молекулярних, ні до магнітних, ні до гравітаційних сил.

Радіоакти́вність (— явище мимовільного перетворення нестійкого ізотопа хімічного елементу в інший ізотоп (зазвичай іншого елемента) (радіоактивний розпад) шляхом випромінювання гамма-квантів, елементарних частинок або ядерних фрагментів.

Всі хімічні елементи з атомним номером, більшим за 83 — радіоактивні.

Природна радіоактивність — спонтанний розпад ядер елементів, що зустрічаються в природі.

Штучна радіоактивність — спонтанний розпад ядер елементів, отриманих штучним шляхом, через відповідні ядерні реакції.

адіоактивність залежить від кількості нестабільних ізотопів і часу їхнього життя. Система СІ визначає одиницею вимірювання активності Бекерель — така кількість радіоактивної речовини, в якій за секунду відбувається один акт розпаду. Практично ця величина не дуже зручна, тому частіше використовують позасистемні одиниці — Кюрі. Іноді вживається одиниця резерфорд.
110.Взаємодія заряджених частинок,квантів і нейтронів з речовиною.

Взаємодія високоенергетичних частинок з речовиною та характер радіаційних пошкоджень, які вони викликають, залежить від того, чи є частинка зарядженою.

Заряджені частинки, електрони та іони, зокрема протони й альфа-частинки, взаємодіють із речовиною сильно, втрачаючи енергію на іонізацію речовини впродовж всього пробігу. Взаємодія тим сильніша, чим менша енергія зарядженої частинки, тому особливо великі пошкодження виникають на кінці пробігу, утворюючи так званий Бреґґівський пік. Існує глибина проникнення, далі за яку частинки не пробігають. Крім електромагнітної взаємодії існує також можливість прямого зіткнення частинки з ядрами атомів речовини, але з огляду на малий розмір ядра в порівнянні з розміром атома, такі процеси менш імовірні, й основним механізмом енергетичних втрат є електромагнітний, тобто взаємодія зарядженої частинки із електронами речовини. 

Гамма-промені мають найбільшу проникність з усіх видів радіації. Відповідно, від них найважче захиститися. Взаємодія фотонів великих енергій з речовиною слабка. Поглинаючись чи розсіюючись в речовині, гамма-промені передають велику енергію зарядженим частинкам, які відповідають за народження великого числа радіаційних дефектів. Існує три види взаємодії гамма-квантів з речовиною:фотоефект, комптонівське розсіювання і народження електрон-позитронних пар.

Оскільки нейтрони не мають електричного заряду, а магнітна взаємодія слабка, то швидкі нейтрони можуть проникати в речовину на значну глибину. Єдиним типом взаємодії є пряме зіткнення з ядрами речовини, імовірність якого невисока з огляду на малі розміри ядер. Енергія, яку нейтрон втрачає при зіткненні, передаючи його ядру, з яким зіткнувся, залежить від співвідношення мас нейтрона й ядра і тим більша, чим ближчі між собою ці маси. Тому нейтрони краще гальмуються речовинами, в яких багато водню: водою, вуглеводами тощо. Саме речовини із малими масами ядер використовуються для сповільнення нейтронів у ядерних реакторах.


111.Елементи дизометрії.

Дозиметрія - розділ прикладної ядерної фізики, що розглядає іонізуюче випромінювання, фізичні величини, що характеризують поле випромінювання або взаємодію випромінювання з речовиною, а також принципи і методи визначення цих величин. Дозиметрія має справу з такими фізичними величинами іонізуючого випромінювання, які визначають його хімічну, фізичну і біологічну дію. Найважливіша властивість дозиметричних величин - встановлений зв'язок між фізичною величиною що вимірюється і очікуваним радіаційним ефектом.

Поглинена доза випромінювання (D) - це величина що визначається енергією випромінювання (Дж) поглинаємою одиницею маси (кг) опромінюваної речовини. За одиницю дози в системі СІ прийнятий грей (Гр):

D = 1Дж/1кг=1 Гр.

Еквівалентна доза (Н) визначається як добуток поглиненої дози (D) даного виду випромінювання на середнє значення зважуючого фактору (коефіцієнта якості) іонізуючого випромінювання (WR), в даному елементі - об'єму біологічної тканини.

ізичний сенс поняття ефективної дози наступний: значення ефективної дози (Е) відповідає такому рівню рівномірного опромінення всього організму, при якому сумарний вихід стохастичних наслідків опромінення у нього буде таким же, як і в разі локального опромінення органу (Т) еквівалентною дозою величиною (Н):

Е = Н • WT
82.Магнітне поле в речовині.

В молекулах речовини циркулюють замкнені струми; кожен такий струм має магнітний момент; у відсутності зовнішнього магнітного поля молекулярні струми, внаслідок теплового руху молекул, орієнтовані хаотично і створене ними середнє поле дорівнює нулю. У зовнішньому полі магнітні моменти молекул орієнтуються переважно вздовж напрямку В₀  ( в деяких речовинах, так званих діамагнетиках,– проти зовнішнього поля), внаслідок чого речовина намагнічується. Кількісною характеристикою намагнічування речовини є вектор намагнічування (J), рівний векторній сумі магнітних моментів P_mi усіх молекул в одиниці об’єму речовини:


Вектор намагнічування пропорційний напруженості магнітного поля:

J =χH.

Коефіцієнт пропорційності χ називається магнітною сприйнятливістю; це безрозмірна величина, що залежить від природи магнетика.