Подготовка экзамену. Добавить в избранное

• Название: Добавить в избранное
• Дата: 26.01.2023
• Размер: 0.52 Mb.
• Имя файла: Подготовка экзамену.docx
• Тип: Документы; #906084
• страница: 2 из 8

5.2Сила Ампера

 Магнитное поле – это особая форма материи, существующая независимо от нас и от наших знаний о нём. Оно обладает следующими свойствами:

1. возникает вокруг движущихся зарядов и проводников с током;

2. действует на движущиеся заряды и проводники с током.

Силовой характеристикой магнитного поля является магнитная индукция.

Модулем магнитной индукции называется отношение максимальной силы, действующей со стороны магнитного поля на участок проводника с током, к произведению силы тока на длину этого участка.              , где B – модуль магнитной индукции,  F_m максимальная сила,  I сила тока,  ∆l – длина проводника.

Магнитная индукция измеряется в Теслах (Тл).

Магнитная индукция – векторная величина.

Вектор   направлен от северного полюса магнита к южному полюсу.

Для прямолинейного проводника с током направление вектора   определяют по правилу буравчика: если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения буравчика совпадёт с направлением вектора  .

Сила, действующая со стороны магнитного поля на проводник с током, называется силой Ампера.

Сила Ампера вычисляется по формуле:     ,  где          .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.1.Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Вес тела. Невесомость.

Силы взаимного притяжения, действующие между любыми телами в природе, называются силами всемирного тяготения (или силами гравитации).

Закон всемирного тяготения (открыл Ньютон):

Все тела притягиваются друг к другу с силой прямо пропорциональной произведению масс тел и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними:

, где   - сила всемирного тяготения,     

Сила тяжести – это сила, с которой Земля притягивает тело, находящееся на её поверхности или вблизи этой поверхности.

Сила тяжести направлена вертикально вниз и вычисляется по формуле: , где   

Вес тела – это сила, с которой тело действует на горизонтальную опору или растягивает подвес. Обозначается буквой Р.

Вес тела является частным случаем проявление силы упругости и зависит от ускорения, с которым движется опора.

Если ускорение  а = 0, то вес равен силе, с которой тело притягивается к Земле.

Если ускорение  а  , то вес  Р = .

Если тело падает свободно или движется с ускорением свободного падения, т.е. а = g, то вес тела равен 0. Состояние тела, в котором его вес равен нулю, называется невесомостью.

 

6.2 Принцип действия электродвигателя. Электроизмерительные приборы.

Закон дей­ствия маг­нит­но­го поля на про­вод­ник с током вы­ра­жа­ет­ся, пре­жде всего, в дей­ствии маг­нит­но­го поля на виток или рамку с током. Так, на виток с током в маг­нит­ном поле дей­ству­ет мо­мент силы, ко­то­рая стре­мит­ся раз­вер­нуть этот виток таким об­ра­зом, чтобы его плос­кость стала пер­пен­ди­ку­ляр­на ли­ни­ям маг­нит­но­го поля. Угол по­во­ро­та витка пря­мо­про­пор­ци­о­на­лен ве­ли­чине тока в витке. Если внеш­нее маг­нит­ное поле в витке по­сто­ян­но, то зна­че­ние мо­ду­ля маг­нит­ной ин­дук­ции также ве­ли­чи­на по­сто­ян­ная. Пло­щадь витка при не очень боль­ших токах также можно счи­тать по­сто­ян­ной, сле­до­ва­тель­но, спра­вед­ли­во то, что сила тока равна про­из­ве­де­нию мо­мен­та сил, раз­во­ра­чи­ва­ю­щих виток с током на неко­то­рую по­сто­ян­ную, при неиз­мен­ных усло­ви­ях, ве­ли­чи­ну.

  , I – сила тока, М – мо­мент сил, раз­во­ра­чи­ва­ю­щих виток с током.

Сле­до­ва­тель­но, по­яв­ля­ет­ся воз­мож­ность из­ме­рять силу тока по ве­ли­чине угла по­во­ро­та рамки, ко­то­рая ре­а­ли­зо­ва­на в из­ме­ри­тель­ном при­бо­ре – ам­пер­мет­ре (рис.1).

 Рис. 1. Ам­пер­метр   Рис. 2. Дви­га­тель

 

После от­кры­тия дей­ствия маг­нит­но­го поля на про­вод­ник с током, Ампер понял, что это от­кры­тие можно ис­поль­зо­вать для того, чтобы за­ста­вить про­вод­ник дви­гать­ся в маг­нит­ном поле. Так маг­не­тизм можно пре­вра­тить в ме­ха­ни­че­ское дви­же­ние – со­здать дви­га­тель. Одним из пер­вых, ра­бо­та­ю­щих на по­сто­ян­ном токе, был элек­тро­дви­га­тель (рис. 2), со­здан­ный в 1834 г. рус­ским элек­тро­тех­ни­ком Б. С. Якоби.

Рас­смот­рим упро­щён­ную мо­дель дви­га­те­ля, ко­то­рая со­сто­ит из непо­движ­ной части, с за­креп­лён­ны­ми на ней маг­ни­та­ми – ста­тор. Внут­ри ста­то­ра может сво­бод­но вра­щать­ся рамка из про­во­дя­ще­го ма­те­ри­а­ла, ко­то­рая на­зы­ва­ет­ся ро­то­ром. Для того чтобы по рамке мог про­те­кать элек­три­че­ский ток, она со­еди­не­на с клем­ма­ми при по­мо­щи сколь­зя­щих кон­так­тов. Если под­клю­чить дви­га­тель к ис­точ­ни­ку по­сто­ян­но­го тока в цепь с вольт­мет­ром, то при за­мы­ка­нии цепи, рамка с током при­дёт во вра­ще­ние.

 

 7.1.Импульс тела. Закон сохранения импульса. Реактивное движение.

Импульсом тела называется величина, равная произведению массы тела на его скорость.

Импульс обозначается буквой   и имеет такое же направление, как и скорость.

Единица измерения импульса: 

Импульс тела вычисляется по формуле:    ,     где   

Изменение импульса тела равно импульсу силы, действующей на него: 

Для замкнутой системы тел выполняется закон сохранения импульса:

в замкнутой системе векторная сумма импульсов тел до взаимодействия равна векторной сумме импульсов тел после взаимодействия.

, где   

Закон сохранения импульса лежит в основе реактивного движения.

Реактивное движение – это такое движение тела, которое возникает после отделения от тела его части.

Для вычисления скорости ракеты записывают закон сохранения импульса

и получают формулу скорости ракеты:  = , где М – масса ракеты,   

 

7.2Явление электромагнитной индукции. Опытное подтверждение этого явления. Закон электромагнитной индукции. правило Ленца.

Явление электромагнитной индукции было открыто английским физиком Фарадеем в 1831 г. Он обнаружил, что в катушке из металлической проволоки возникает электрический ток, если внутрь катушки вдвигать и выдвигать магнит. Такой ток называется индукционным.

Явление возникновения электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменениях магнитного поля, пронизывающего контур, называется электромагнитной индукцией.

Появление электрического тока в замкнутом контуре свидетельствует о появлении ЭДС индукции.

ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром:      закон электромагнитной индукции.

 

 

Направление индукционного тока в проводящем контуре определяется по правилу Ленца:

индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он вызван.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.1.Кинетическая и потенциальная энергия. Закон сохранения энергии механических процессов.

Если тело или система тел могут совершить работу, то они обладают энергией.

Энергия – это физическая величина, показывающая, какую работу может совершить тело.

Энергия обозначается буквой Е, измеряется в Джоулях (Дж).

Механическая энергия бывает двух видов: кинетическая и потенциальная.

Кинетической энергией называется величина, равная половине произведения массы тела на квадрат его скорости.       

Кинетическая энергия – это энергия движения. Например, кинетической энергией обладает двигающаяся машина, летящий воздушный шарик и т.д.

Потенциальная энергия определяется положением тела по отношению к другим телам или взаимным расположением частей одного и того же тела.

Величину, равную произведению массы тела на ускорение свободного падения и на высоту тела над поверхностью Земли, называют потенциальной энергией взаимодействия тела и Земли.             

Величину, равную половине произведения коэффициента упругости на квадрат деформации, называют потенциальной энергией упруго деформированного тела.                    

Например, потенциальной энергией обладает подброшенный на высоту мяч или сжатая пружина.

Для замкнутой системы тел выполняется закон сохранения энергии: полная механическая энергия тела или замкнутой системы тел остаётся постоянной (если не действуют силы трения).            

 

 

8.2 Принцип действия генератора.

В ос­но­ве яв­ле­ния элек­тро­маг­нит­ной ин­дук­ции лежит воз­ник­но­ве­ние ин­дук­ци­он­но­го тока в кон­ту­ре при из­ме­не­нии маг­нит­но­го по­то­ка, про­ни­зы­ва­ю­ще­го этот кон­тур. Таким об­ра­зом, если со­здать си­сте­му, в ко­то­рой маг­нит­ный поток, про­ни­зы­ва­ю­щий кон­тур, ме­ня­ет­ся по­сто­ян­ным об­ра­зом, то такая си­сте­ма ге­не­ри­ро­ва­ла бы элек­три­че­ский ток непре­рыв­но. При этом со­вер­шен­но неваж­но, про­ис­хо­дит ли дви­же­ние маг­ни­та от­но­си­тель­но кон­ту­ра или дви­же­ние кон­ту­ра от­но­си­тель­но маг­ни­та.

Ма­ши­на, в ко­то­рой маг­нит­ный поток, про­ни­зы­ва­ю­щий кон­тур, ме­ня­ет­ся непре­рыв­но пе­ри­о­ди­че­ским об­ра­зом, при этом ге­не­ри­руя элек­три­че­ский ток, на­зы­ва­ет­ся ге­не­ра­то­ром элек­три­че­ско­го тока.

Пред­став­им мо­дель ге­не­ра­то­ра пе­ре­мен­но­го тока. В этой мо­де­ли две то­ко­про­во­дя­щие ка­туш­ки (1) за­креп­ле­ны на валу и могут вра­щать­ся между по­лю­са­ми маг­ни­тов (2). Вал со­еди­нен с по­мо­щью ре­мен­ной пе­ре­да­чи (3) с ко­ле­сом (4), ко­то­рое при­во­дит­ся во вра­ще­ние вруч­ную. Дру­гой конец вала имеет сколь­зя­щие кон­так­ты (5) (кон­так­ты с вы­во­да­ми ка­туш­ки). На сколь­зя­щих кон­так­тах воз­ни­ка­ет элек­три­че­ское на­пря­же­ние, при­бли­зи­тель­но рав­ное ЭДС ин­дук­ции. Вра­ща­ю­ща­я­ся часть ге­не­ра­то­ра на­зы­ва­ет­ся ротор, непо­движ­ная – ста­тор.

По прин­ци­пу пред­став­лен­ной мо­де­ли ра­бо­та­ют все ге­не­ра­то­ры пе­ре­мен­но­го тока, в част­но­сти и самые мощ­ные, ко­то­рые на­зы­ва­ют­ся элек­тро­стан­ци­я­ми. В за­ви­си­мо­сти от спо­со­ба, ко­то­рым при­во­дит­ся во вра­ще­ние ротор элек­тро­стан­ции, они под­раз­де­ля­ют­ся на раз­ные типы. На гид­ро­элек­тро­стан­ци­ях вра­ще­ние ро­то­ра про­ис­хо­дит за счет энер­гии па­да­ю­щей воды; на теп­ло­элек­тро­стан­ци­ях– за счет ра­бо­ты во­дя­но­го пара, по­лу­ча­е­мо­го при сжи­га­нии топ­ли­ва; на атом­ных элек­тро­стан­ци­ях – также за счет ра­бо­ты во­дя­но­го пара, ко­то­рый по­лу­ча­ет­ся из-за вы­де­ле­ния атом­ной энер­гии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9.1Колебательное движение. Гармонические колебания. Амплитуда, период, частота и фаза колебаний.

Колебаниями называются любые повторяющиеся движения.

Примеры: ветка дерева на ветру, маятник в часах, поршень в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, струна гитары, волны на поверхности моря и т.д.

Свободными называются колебания, возникающие после выведения системы из положения равновесия при последующем отсутствиии внешних воздействий. Эти колебания затухающие.

Например, колебания груза на нити.

Основными характеристиками механических колебаний являются амплитуда, период, частота и фаза колебаний.

Амплитуда – это модуль максимального отклонения тела от положения равновесия.

Период – это время одного полного колебания. (Т, секунды)

Частота – число полных колебаний, совершаемых за единицу времени.(ν, Герцы)

Период и частота связаны формулой:       

Простейший вид колебательного движения – гармонические колебания, при которых колеблющаяся величина изменяется со временем по закону синуса или косинуса.

Уравнение гармонических колебаний:      ,

где  амплитуда,              

Величина, стоящая под знаком косинуса (угол), называется фазой.

Фаза равна:     .

 

9.2 Переменный ток. Техника безопасности в обращении с переменным током.

 

Переменный ток – это род тока, направление протекания которого непрерывно меняется. Что становится возможным, благодаря наличию разницы потенциалов, подчиняющейся определённому закону. В повседневном понимании форма переменного тока напоминает синусоиду. Постоянный может изменяться по амплитуде, но только не по направлению. В противном случае это уже переменный ток.



Создание переменного тока

Можно сказать, что начало переменному току, как явлению, положил Майкл Фарадей, о чем наши читатели более подробно узнают ниже по тексту. Было показано, что электрическое и магнитное поля связаны. А ток является следствием их взаимодействия. Современные генераторы работают за счёт изменения величины магнитного потока через площадь, охватываемую контуром из медной проволоки. Строго говоря, проводник может быть любым. Медь выбрана из критериев максимальной пригодности при минимальной стоимости.

Если статический заряд преимущественно образуется трением, хотя это не единственный путь, то переменный ток возникает в результате незаметных глазу процессов. Величина его пропорциональна скорости изменения магнитного потока через площадь, охваченную контуром. 

История открытия переменного тока

Впервые переменным токам стали уделять внимание ввиду коммерческой ценности после появления на свет изобретений, созданных Николой Тесла. Нужно сказать, что материальный конфликт с Эдисоном наложил сильный отпечаток на судьбы обоих. В тот момент, когда предприниматель отказался от своих обещаний перед Николой Тесла, тогда же и потерял немалую для себя выгоду. Наверняка выдающемуся учёному не понравилось такое вольное обращение, и он выдумал двигатель переменного тока. Нужно сказать, что до тех пор все пользовались постоянным. Вот и Эдисон продвигал этот вид.

Тесла впервые показал, что переменным напряжением можно достичь гораздо больших результатов. В особенности, когда энергию приходится передавать на большие расстояния. Использование трансформаторов без труда позволяет повысить напряжение, что резко снижает потери на активном