Ответы на экзаменационные вопросы.
Тема: Электрическое поле
Электромагнитным называется взаимодействие между частицами, обладающими электрическим зарядом.
Заряд равен: 1,6021766208(98)⋅10^−20
Закон кулона: модуль силы взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме прямо пропорционален произведению модулей этих зарядов и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними.
Электрическое поле — это физическое поле, которое окружает каждый электрический заряд и оказывает силовое воздействие на все другие заряды, притягивая или отталкивая их. Свойства: порождается электрическим зарядом, обнаруживается по действию на заряд, действует на заряд с некоторой силой, распространяется в пространстве с конечной скоростью с=3·108 м/с.
Силовыми линиями называют линии, касательные к которым в каждой точке поля совпадают с направлением вектора напряженности в данной точке.
Нет, она зависит только от величины заряда и от потенциала в точках 1 и 2 А=q(φ1-φ2).
Напряженность электрического поля численно равна изменению потенциала на единицу длины силовой линии.
Диэлектрики – вещества, которые плохо проводят или совсем не проводят электрический ток.
Диэлектрическая проницаемость показывает диэлектрические свойства среды — её реакцию на электрическое поле.
Относятся металлы.
Располагаются только на поверхности проводника.
Плоский конденсатор – это две противоположно заряженные пластины, которые разделены тонким слоем диэлектрика. Емкость в системе СИ выражается формулой. C = ε ε 0 S d.
При параллельной ёмкости складываются. При последовательном складываются обратные величины.
Две формы: вещество и поле.
Тема: Законы постоянного тока
Направленное движение частиц или квазичастиц - носителей электрического заряда.
Для возникновения и поддержания тока в какой-либо среде необходимо выполнение двух условий: наличие в среде свободных электрических зарядов и создание в среде электрического поля.
Силой тока называется физическая величина, равная отношению количества заряда, прошедшего за некоторое время через поперечное сечение проводника, к величине этого промежутка времени. Плотностью тока называется вектор, модуль которого равен отношению силы тока, протекающего через некоторую площадку, перпендикулярную направлению тока, к величине этой площадки, а направление вектора совпадает с направлением движения положительного заряда в токе.
Закон гласит: сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.
Сопротивление прямо пропорционально длине проводника, и обратно пропорционально площади его поперечного сечения, это видно из данной формулы.
Удельная электропроводимость — величина обратная удельному сопротивлению. Удельное электрическое сопротивление характеризует его способность проводить электрический ток.
Удельное сопротивление проводника линейно зависит от частоты столкновений электронов с атомами и ионами кристаллической решетки, а эта частота зависит от температуры.
Электродвижущая сила – отношение работы сторонних сил по перемещению заряда к величине этого заряда.
Сила тока прямо пропорциональна сумме ЭДС цепи, и обратно пропорциональна сумме сопротивлений источника и цепи, где E – ЭДС, R- сопротивление цепи, r – внутреннее сопротивление источника.
Последовательным называют соединение, когда конец первого подключен к началу второго резистора. Параллельным - когда между собой соединены начала первого и второго и концы первого и второго. При последовательном: сумма сопротивлений всех входящих т. е. Ro = R1+R2+...+Rn; при параллельном: (1/Ro) = (1/R1)+(1/R2)+...+(1/Rn).
Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока, напряжения и времени, в течение которого работа совершалась.
Мощность постоянного тока равна произведению напряжения на силу тока: P=U⋅I.
Тема: Электрический ток в металлах
Нельзя объяснить явление сверхпроводимости: у некоторых металлов сопротивление скачком уменьшается практически до нуля.
Способы: нагреть металл до очень высокой температуры, воспользоваться сильным электрическим полем, произвести бомбардировку поверхности металла электронами, ионами или другими частицами.
Термопара - устройство для измерения температуры.
Если два проводника привести в соприкосновение, то между ними происходит обмен элементами. В результате проводники заряжаются до тех пор, пока потоки эл-нов в обоих направлениях не уравновесятся.
Тема: Электрический ток в электролитах
Электролиты — в химии это вещества, растворы или расплавы, которые при растворении проводят электрический ток и выделяют ионы.
Электролитическая диссоциация — это процесс распада молекул на ионы при его растворении или плавлении.
Это разложение веществ на их составные части под действием электрического тока.
Гальванопластика - изготовление металлических предметов путем заполнения металлом формы посредством электролиза.
Гальванический элемент - в простонародии батарея.
Основу химических источников тока составляют два электрода контактирующие с электролитом.
Типы: Электрические; Магнитные; Механические; Тепловые; Световые.
Емкость аккумулятора показывает, сколько времени аккумулятор сможет питать подключенную к нему нагрузку.
В единицах mAh.
Область их применения — использование в инертных системах накопления и расходования электроэнергии.
Тема: Электрический ток в полупроводниках
Главное отличие проводников заключается в зависимости степени электропроводности от температуры и количества примесей в составе.
Полупроводники - это материалы, которые не являются ни проводниками, ни изоляторами.
Проводимость полупроводников, обусловленную свободными электронами и дырками, образовавшимися в результате перехода электронов из валентной зоны в зону проводимости, называется собственной проводимостью.
n-nagative - проводимость идёт за счёт избытка электронов; p-positive - проводимость за счёт недостатка электронов.
Удельная электропроводимость полупроводников в соответствии с формулой зависит от концентрации и подвижности свободных носителей заряда, которые, в свою очередь, зависят от температуры. Если влияние температуры на подвижность относительно невелико, то на концентрацию температура влияет очень сильно.
Ламповые диоды представляют собой радиолампу с двумя рабочими электродами, один из которых подогревается нитью накала.
Триоды имеют третий электрод — управляющую сетку, называемую обычно просто сеткой и расположенную между анодом и катодом. Она служит для электростатического управления анодным током. Если изменять потенциал сетки, то изменяется электрическое поле и вследствие этого изменяется катодный ток лампы.
Принцип действия полупроводникового диода основывается на явлении p-n-перехода.
Состоит он из двух p-n переходов, созданных в одном кристалле. Работает, как и диод, но с тремя элементами.
Преимущества: очень большим сроком службы, малыми размерами, большой механической прочностью, отсутствием расхода энергии на накал.
Развиваться, как и другие вещи, до максимума своих технологий, что ныне и происходит в мире.
Тема: Магнитное поле
Магнитное поле — это векторное поле вблизи магнита, электрический ток или изменяющееся электрическое поле, в котором наблюдаются магнитные силы.
Свойства магнитного поля: 1). Магнитное поле возникает под воздействием движущих зарядов электрического тока. 2). В любой своей точке магнитное поле характеризуется вектором магнитной индукции, которая является силовой характеристикой магнитного поля.
Согласно гипотезе Ампера, внутри молекул и атомов циркулируют элементарные электрические токи.
Вектор магнитной индукции - это основная силовая характеристика магнитного поля. Пробный контур, помещенный в магнитное поле, испытывает со стороны магнитного поля действие вращающего момента сил.
Линией магнитной индукции называют линию, в каждой точке которой вектор магнитной индукции направлен по касательной к ней. Линии магнитной индукции – замкнутые линии. Поэтому магнитное поле является вихревым полем.
Магнитное поле называют полем чисто вихревым, в том смысле, что его дивергенция везде равно нулю. Такие поля называют соленоидальным.
Напряжённость магнитного поля - это векторная физическая величина, равная разности вектора магнитной индукции и вектора намагниченности:
H=B/μ0-M.
В простейшем случае изотропной среды и в приближении достаточно низких частот изменения поля и просто пропорциональны друг другу, отличаясь просто числовым множителем: B = μ H в системе СГС или B = μ0μ H в системе СИ.
Закон Ампера. Закон самоиндукции. Самоиндукция — это явление возникновения ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении протекающего через контур тока.
Поток магнитной индукции - поток вектора магнитной индукции {\displaystyle \mathbf {B} }через некоторую поверхность. Измеряют в единицах веберах.
Работа, совершаемая проводником с током при перемещении, численно равна произведению тока на магнитный поток, пересечённый этим проводником.
Магнитосфера Земли - заполненная плазмой полость, образующаяся в потоке солнечного ветра при его взаимодействии с геомагнитным полем. Взаимодействие: плазма солнечного ветра, наталкиваясь на геомагнитное поле, как на препятствие, деформирует его. С дневной стороны магнитосфера оказывается сжатой до 8—14R. При этом силовые линии, выходящие из полюсов Земли, «сносятся» на ночную сторону и образуют вытянутый хвост диаметром 40R, а длиной более 900R. Начиная с расстояния
8R этот хвост разделен на две части плоским нейтральным слоем, в котором напряженность магнитного поля близка к нулю.
Магнитная проницаемость — физическая величина, коэффициент, характеризующий связь между магнитной индукцией и напряженностью магнитного поля в веществе.
Вещества, в которых ниже определённой критической температуры устанавливается дальний ферромагнитный порядок магнитных моментов атомов или ионов.
Тема: Электромагнитная индукция
Электромагнитная индукция — явление возникновения электрического тока, электрического поля или электрической поляризации при изменении магнитного поля во времени или при движении материальной среды в магнитном поле.
Многие явления, наблюдаемые в атмосфере Солнца, связаны с изменяющимися магнитными полями. Как было показано выше, при движении заряженной частицы в постоянном магнитном поле изменяется только направление скорости ее движения. Оказывается, что изменяющееся во времени магнитное поле, пронизывающее плазму, изменяет не только направление, но и величину скорости заряженных частиц и может создавать направленное движение плазмы. Так иногда образуются мощные потоки плазмы, которые выбрасывают огромные массы газа в корону и образуют протуберанцы — гигантские облака газа, простирающиеся далеко в корону. Сильное магнитное поле, изменяющееся при развитии группы пятен, оказывает давление на плазму, и в хромосфере над областью пятен иногда происходит резкое сжатие плазмы, вызывающее сильное повышение температуры газа. В этой зоне хромосферы наблюдается внезапное резкое усиление свечения газа, называемое хромосферной вспышкой. Изменяющееся магнитное поле выбрасывает в космическое пространство потоки частиц плазмы, движущихся со скоростью около 1000 км/с, которые называют корпускулярными потоками. Некоторые частицы разгоняются до огромных скоростей (сравнимых со скоростью света), образуя солнечные космические лучи.
Самоиндукция — это явление возникновения ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении протекающего через контур тока.
Индуктивность — это физическая величина, характеризующая магнитные свойства электрической цепи. В некоторых источниках её называют коэффициентом самоиндукции, так как она зависит от текущего в замкнутом контуре тока и создаваемого им магнитного потока.
Тема: Электромагнитные колебания
Колебательным называется движение, которое точно или приблизительно повторяется через опр. промежутки времени.
Гармоническим называют колебание, в процессе которого величины, характеризующие движение (смещение, скорость, ускорение и др.), изменяются по закону синуса или косинуса (гармоническому закону).
Период колебаний — это наименьший промежуток времени, через который система, соверша ющая колебания, снова возвращается в то же состояние, в котором она находилась в начальный момент времени, выбранный произвольно. Частота колебаний — это число колебаний, совершаемых за единицу времени, например, за 1 с. Амплитуда колебаний (лат. amplitude — величина) — это наибольшее отклонение колеблющегося тела от положения равновесия. Фаза колебаний— определяет смещение в любой момент времени, то есть определяет состояние колебательной системы.
Чтобы в колебательном контуре возникли колебания, необходимо сообщить колебательному контуру энергию, зарядив конденсатор от источника тока.
Колебательный контур — электрическая цепь, содержащая катушку индуктивности, конденсатор и источник электрической энергии.
Период свободных колебаний в контуре зависит от индуктивности катушки и электроемкости конденсатора.
Затухающие колебания — колебания, энергия которых уменьшается с течением времени.
Автоколебательная система - автономная колебательная система, способная совершать периодические колебания, возбуждаемые поступлением энергии от неколебательного источника, которое регулируется движением самой системы.
Вынужденные колебания — колебания, происходящие под воздействием внешних периодических сил.
Резонанс - частотно-избирательный отклик колебательной системы на периодическое внешнее воздействие, который проявляется в резком увеличении амплитуды стационарных колебаний при совпадении частоты внешнего воздействия с определёнными значениями, характерными для данной системы.
Переменный ток - электрический ток, меняющий свою величину и направление с течением времени.
Механическая энергия преобразуется в электрическую энергию переменного тока с помощью генератора переменного тока.
Действующее значение переменного тока равно величине такого постоянного тока, который за время, равное одному периоду переменного тока, произведёт такую же работу, что и рассматриваемый переменный ток.
Закон: сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи.
Мощность переменного тока определяется соотношением величины тока со временем, которая производит работу за определенное время. Такая мощность бывает активная, реактивная, полная и комплексная.
Коэффициент трансформации трансформатора — это величина, выражающая масштабирующую (преобразовательную) характеристику трансформатора относительно какого-нибудь параметра электрической цепи. Строение трансформатора: трансформатор состоит из замкнутого магнитопровода (сердечника) с расположенными на нем двумя катушками (обмотками) электрически не связанных между собой. Одна обмотка подключается к источнику переменного тока и называется первичной (I), с другой обмотки снимается напряжение для питания нагрузки, и обмотка называется вторичной (II).
Производство электрической энергии в России концентрируется преимущественно на крупных электростанциях. Потребители электрической энергии – промышленность, строительство, электрифицированный транспорт, сельское хозяйство, сфера бытового обслуживания расположены в городах и сельской местности. Центры потребления электроэнергии, как правило, удалены от ее источников зачастую на расстояния в сотни и даже тысячи километров и распределены на значительной территории. В связи с этим возникает задача транспортирования электроэнергии от станций к потребителям. Эту задачу выполняют электрические сети, состоящие из линий электропередачи (ЛЭП) и подстанций.
Передача электрической энергии от электростанций до больших городов или промышленных центров на расстояния тысяч километров является сложной научно-технической проблемой. Для уменьшения потерь на нагревания проводов необходимо уменьшить силу тока в линии передачи (ЛЭП), и, следовательно, увеличить напряжение. Обычно линии электропередачи строятся в расчете на напряжение 400–500 кВ, при этом в линиях используется трехфазный ток переменной частоты 50 Гц. Распределение энергии идет согласно регламента и согласно количеству потребляемых пунктов. Также среди распределения есть потребителя с большим приоритетом над другими, например, заводы и крупные центры.
Тема: Электромагнитные волны. Электромагнитное поле – особый вид материи
Луч света состоит из летящих с огромной скоростью частиц, которые называются фотонами. Каждый фотон — это крошечный сгусток энергии.
Суть зависимости: чем больше диэлектрическая проницаемость, тем больше показатель преломления. Но надо учитывать что в статике и на частотах световых волн диэлектрическая проницаемость может быть сильно разной.
Эксперимент Ремера: В 1676 он наблюдал в телескоп за спутником Юпитера Ио, и обнаружил, что время наступления затмения спутника меняется по мере отдаления Земли от Юпитера. Максимальное время запаздывания составило 22 минуты. Посчитав, что Земля удаляется от Юпитера на расстояние диаметра земной орбиты, Ремер разделил примерное значение диаметра на время запаздывания, и получил значение 214000 километров в секунду. Конечно, такой подсчет был очень груб, расстояния между планетами были известны лишь примерно, но результат оказался относительно недалек от истины. Эксперимент Брэдли: В 1728 году Джеймс Брэдли оценил скорость света наблюдая аберрацию звезд. Аберрация – это изменение видимого положения звезды, вызванное движением земли по орбите. Зная скорость движения Земли и измерив угол аберрации, Брэдли получил значение в 301000 километров в секунду.
Равна 299 792 458 м/с.
Главными характеристиками электромагнитного излучения считается частота, поляризация, длина волны. Длина волны непосредственно связана с частотой посредством групповой скорости распространения излучения. Групповая скорость распространяющегося в вакууме электромагнитного излучения будет равна скорости света.
К естественным относятся источники света, дарованные нам природой:
Солнце; Луна; Звезды на ночном небосклоне; Метеориты, кометы, болиды; Полярное сияние; Разряды атмосферного электричества;
Объекты животного и растительного миров, способные излучать свет.
Искусственные источники света: лампы, led-источники, светильники, неон и лазеры.
Тема: Волновые свойства света
Углом падения луча назовем угол между падающим лучом и перпендикуляром к отражающей поверхности в точке излома луча.
Угол – это угол отражения. Между собой углы равны. Важное значение имеет граница раздела, от которой отражается свет. Если это прозрачная среда, то отражение света наблюдаться не будет.
Закон отражения света — устанавливает изменение направления хода светового луча в результате встречи с отражающей (зеркальной) поверхностью: падающий и отражённый лучи лежат в одной плоскости с нормалью к отражающей поверхности в точке падения, и эта нормаль делит угол между лучами на две равные части.
Закон преломления света: падающий и преломлённый лучи и перпендикуляр, проведённый к границе раздела двух сред в точке падения луча, лежат в одной плоскости.
Абсолютный показатель преломления среды (вещества) безразмерная величина, которая показывает, во сколько раз скорость света в веществе меньше, чем скорость света в вакууме.
Относительный показатель преломления двух сред равен отношению их абсолютных показателей преломления.
Интерференцией световых волн называется сложение двух когерентных волн, вследствие которого наблюдается усиление или ослабление результирующих световых колебаний в различных точках пространства.
Когерентные волны – это волны одинаковой частоты, стабильной разности фаз и одинакового направления колебаний соответствующих векторов.
Условие интерференционного максимума: оптическая разность хода равна целому числу длин волн. Условие интерференционного минимума: оптическая разность волн равна полуцелому числу длин волн.
Цвет тонких пленок обусловлен явлениями интерференции света, падающего на пленку и отражающегося как от верхней, так и от нижней поверхности пленок; благодаря различной скорости прохождения света в воздухе и в пленке вследствие интерференции света отраженный луч может усиливаться или затухать.
Просветление оптики — технология обработки поверхности линз, призм и других оптических деталей для снижения отражения света от оптических поверхностей, граничащих с воздухом. Это позволяет увеличить светопропускание оптической системы и повысить контрастность изображения за счёт снижения мешающих паразитных отражений в оптической системе.
Дифракцией света называется явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении вблизи препятствий. При дифракции световые волны огибают границы непрозрачных тел и могут проникать в область геометрической тени.
Естественный свет – световой поток, в котором колебания векторов происходят по всем направлениям, перпендикулярным направлению распространения волн.
Плоско поляризованный свет – свет, в котором колебания вектора происходят только в одной определённой плоскости.
Весьма распространённый способ получения различных видов поляризации и их преобразования — использование так называемых фазовых пластинок из двоякопреломляющего материала c показателями преломления no и ne.
Дисперсия света — это совокупность явлений, обусловленных зависимостью абсолютного показателя преломления вещества от частоты (или длины волны) света (частотная дисперсия), или, то же самое, зависимостью фазовой скорости света в веществе от частоты.
Спектр света — часть спектра электромагнитного излучения. Или, по другому говоря, спектр - это диапазон частот которые воспринимает человеческий глаз как цвета.
У любого тела есть коэффициенты поглощения, отражения и пропускания. В идеале это соответствует чёрному, белому цвету и прозрачности. Но почти всегда у тела для разных длин волн разные значения коэффициентов. Например, если для красного света высокий коэффициент поглощения, то тело поглотит красный свет и не будет красным, аналогично работают другие коэффициенты.
Ультрафиолетовое излучение - электромагнитное излучение, занимающее спектральный диапазон между видимым и рентгеновским излучениями.
Свойствами ультрафиолетового излучения является химическая активность, проникающая способность, невидимость, уничтожение микроорганизмов, благотворное влияние на организм человека (в небольших дозах) и отрицательное воздействие на человека.
Инфракрасное излучение — электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света и микроволновым радиоизлучением.
Свойства: специфической чертой является отсутствие необходимости промежуточного звена при передаче тепла; возможность проходить через некоторые непрозрачные тела; нагревает вещество, поглощаясь им; невидим; оказывает химическое действие на фотопластинки; вызывает внутренний фотоэффект у германия; способен к волновой оптике (интерференции и дифракции); фиксируется фотографическим методам.
Спектральный анализ — совокупность методов качественного и количественного определения состава объекта, основанная на изучении спектров взаимодействия материи с излучением, включая спектры электромагнитного излучения, акустических волн, распределения по массам и энергиям элементарных частиц и др.
Область применения: исследование химического состава сплава при ведении плавки металла.
Анализ готовых изделий с целью определения марки, состава, примесей.
Контроль качества на всех стадиях производства.
Контроль качества исходного материала.
Экологический мониторинг состояния окружающей среды.
Изучение химического состава геологических объектов.
Рентгеновские лучи возникают при сильном ускорении заряженных частиц (тормозное излучение), либо при высокоэнергетических переходах в электронных оболочках атомов или молекул. Основные свойства: 1) высокая проникающая способность; 2) поглощение и рассеивание; 3) прямолинейность распространения – рентгеновское изображение всегда точно повторяет форму исследуемого объекта; 4) способность вызывать флюоресценцию (свечение) при прохождении через некоторые вещества – эти вещества называются.
Рентгеновское излучение используется для получения простых рентгеновских снимков костей и внутренних органов, флюорографии, в компьютерной томографии, в ангиографии и пр.
|
Скачать 31.18 Kb.