шпаргалка. классная шпаргалка по физике. I. Кинематикао x y rx x a радиусвектор
 Скачать 1.68 Mb.
|
|
VII. Постоянный ток полн Удельное сопротивление материала, из которого изготовлен провод. ρ = ρ 0 (1 + α⋅t) Температурный коэффициент сопротивления металла ρ 0 3. Плотность тока — вектор j r , направление которого Электрический ток - упорядоченное движение заряженных частиц, те. такое движение, при котором через поперечное сечение проводника происходит перенос заряда. Носители тока - заряженные частицы, движение которых образует ток. Обычно заряженные частицы в веществе движутся беспорядочно — "хаотично. Среди направлений движения этих частиц нет преимущественного — все направления встречаются одинаково часто, поэтому через любое сечение проводника проходит в обе стороны в среднем одинаковое число носителей. Среднее значение вектора скорости заряженных частиц при таком движении в любой момент равно нулю 2 1 = + + + = N N v v v v r K r Но если, продолжая беспорядочное движение, вся эта масса хаотически движущихся носителей начинает смещаться в какую-либо сторону (это называется "дрейф, то такое движение считается упорядоченными образует электрический ток. В этом случае среднее значение вектора скорости уже неравно нулю и называется скоростью упорядоченного движения носителей N N v v v v v r K r r r r + + + = = 2 1 уп уп vr направлена туда, куда смещается масса хаотично движущихся частиц - в сторону дрейфа. Можно представить себе ток в проводе так цилиндрический сосуд, заполненный хаотически движущимися носителями тока, медленно (по сравнению со скоростями теплового движения носителей) перемещается. Скорость сосуда в этой модели - уп vr . Если сосуд мысленно рассечь неподвижной плоскостью ⊥ уп vr , то через эту плоскость будет переноситься заряд. совпадает с направлением, в котором переносится положительный заряд ) ( уп ) ( уп ; − + ↑↓ ↑↑ v v r r r r j j 1. Упорядоченная скорость Если сила тока меняется ( I ≠ const ), то вычисляют мгновенные значения силы тока (для каждого момента ) (t q dt dq I ′ = = dq - заряд, перенесенный через поперечное сечение проводника за такое малое время dt , за которое сила тока не успевает существенно измениться. 2. Сила тока Модуль заряда, перенесенного через поперечное сечение проводника за время Модуль силы тока Единица измерения силы тока в СИ 1 А = 1Кл/с I = const уп vr модуль вектора j r сила тока через поперечное сечение S S I j = уп 0 vr Скорость упорядоченного движения носителей тока Концентрация носителей тока Заряд одного носителя. 4. Закон Ома для участка цепи, не содержащего ЭДС R U I = Модуль силы тока в проводнике во всех точках сечения S одинаковы Напряжение (разность потенциалов) между концами проводника U = ϕ 1 - ϕ 2 , если ток течет от точки 1 к точке Сопротивление проводника S l R ρ = l — длина провода Площадь поперечного сечения провода Температура проводника во Сток о С Единица измерения сопротивления в СИ 1 Ом = 1В/А Единица измерения удельного сопротивления в СИ 1 Ом ⋅м 5. Закон Ома для участка цепи, содержащего ЭДС Источник тока — проводник, в котором действуют сторонние силы. Сторонние силы — любые силы не электростатического происхождения, понуждающие носители тока к упорядоченному движению. I ⋅R = ϕ 1 − ϕ 2 + õ Сила тока, текущего по участку 1 - 2 I > 0 , если ток ↑↑ обходу 1→2 I < 0 , если ток ↑↓ обходу 1→2 Полное сопротивление участка 1-2 Суммарная ЭДС на участке 1-2 õ R 1 2 Направление обхода от 1 → к 2 õ > 0 , если источник направляет ток ↑↑ обходу 1→2 обход õ < 0 , если источник направляет ток ↑↓ обходу 1→2 обход ЭДС источника электродвижущая сила) + ) ( стор + F r ) ( стор − F r − õ = q A стор 2 - 1 Работа сторонних сил источника над зарядом q при его перемещении через источник в направлении обхода 1 →2 r R I + = õ Суммарная ЭДС цепи Сила тока, текущего через каждый элемент цепи R õ, r Внутреннее сопротивление источника Полное (суммарное) сопротивление цепи. Закон Ома для полной (замкнутой) цепи 7. Последовательное соединение проводников — соединение, при котором заряд полностью, без ответвлений, перетекает из предыдущего проводника в следующий. посл общ I 1 = I 2 = … посл общ U 1 + U 2 + … общ посл общ R 1 + R 2 + общ общ общ — общее сопротивление — сопротивление резистора, который можно включить один вместо всей системы между ее выходами, при этом общи общ не изменятся. Если R 1 = R 2 = … = R N = R, то посл общ NR R U R I IU N N N 2 2 тепл эл тока Для участка, не содержащего ЭДС I = const t R U Rt I IUt Q A A 2 2 эл тока b − … общ = ϕ a − ϕ b a + U 1 Общее напряжение — напряжение между выходами системы. общ — общий ток — ток, втекающий через (+) выход системы и вытекающий через ( −) выход. R 1 R 2 U 2 8. Параллельное соединение проводников — соединение, при котором каждый проводник присоединен одним концом к (+) выходу системы, а другим концом к ( −) выходу. + − … R 1 R 2 общ общ пар общ I 1 + I 2 + … пар общ U 1 = U 2 = … + + = 2 пар общ Если R 1 = R 2 = … = R N = R, то пар общ. Работа и мощность электрического тока Работа тока Работа электрической силы Мощность тока Мощность электрической силы Тепловая мощность (количество теплоты, выделяющееся за единицу времени) Сопротивление нагрузки (внешнее сопротивление) Количество теплоты, выделяющееся на участке Работа сторонних сил источника Мощность сторонних сил источника Для участка, содержащего ЭДС Rt I Q IUt A A 2 эл тока = = = A стор = I õt I = const R I N IU N N 2 тепл эл тока = = = N стор = I õ 10. КПД электрической цепи õ, r R ист нагр õ ионов a b U = ϕ a - ϕ b — напряжение на нагрузке. Молярная масса ионов, выделяющихся при электролизе. Электрохимический эквивалент вещества, выделяющегося при электролизе Модуль заряда электрона Масса вещества, выделившегося на электроде за время t Сила тока при электролизе IUt = I 2 Rt + пол Заряд, выделившийся на электроде при электролизе. Валентность ионов, выделяющихся при электролизе. Число Авогадро. 12. Закон Фарадея для электролиза Напряжение между электродами Сопротивление электролита ЭДС поляризации электролита Энергия, затраченная на электролиз Количество теплоты, выделившееся в электролите Энергия, затраченная на выделение веществ на электродах 11. Условие выделения максимальной мощности на нагрузке Приданных значениях r и õ , максимальная мощность выделяется при условии, что R = r VIII. Магнитные явления 1. Магнитное поле особая материя, возникающая вокруг любых движущихся электрических зарядов токов. действующая магнитными силами на движущиеся заряды (токи). Сила Лоренца — сила, действующая со стороны магнитного поляна отдельные движущиеся заряды. лор = ⎥ q ⎢ vB⋅sin α α — угол между r и v модуль вектора вектора магнитной индукции B r — входит в ладонь Левая рука Если заряд летит параллельно B r , то лор 0 модуль скорости заряда q лор F r Сила Ампера — сила, действующая со стороны магнитного поляна провод стоком лор F r Пальцы Большой палец указывает направление лор, действующей на (+) заряд. B F F r r r лор лор, v + q < 0 B r vr лор vr B r q > 0 ток Единица измерения магнитной индукции в СИ 1Тл 1Тл = 1Н ⋅с/(Кл⋅м) — индукция такого магнитного поля, в котором на единицу заряда, движущегося со скоростью мс действует максимальная сила Лоренца Н. (Сила максимальна при α = о) Провод прямолинейный, находится в однородном магнитном поле. α — угол между током и B r Длина провода А = IlB ⋅sin α B F F r r r ⊥ ⊥ А А току Ток пальцы ↑↑ току) Левая рука B r — входит в ладонь А F r Большой палец указывает направление А F r Сила тока в проводе Если провод стоком параллелен B r , то А 0 B r А F r 1Тл = 1Н/(А ⋅м) — индукция такого однородного магнитного поля, в котором на прямой провод длиной 1 мс током силой А действует максимальная сила Ампера Н. (Сила максимальна при α = о) B q m R v = B q m R s T π = π = = 2 Радиус окружности , по которой движется частица массой m , зарядом q в однородном магнитном поле индукцией В Если скорость заряда образует с произвольный угол (неравный о, о, ото его траектория — спираль. Скорость частицы vr представляют как сумму двух векторов ⊥ vr и vr ⎜⎜ (перпендикулярная и параллельная B r составляющие скорости. В системе отсчета К, движущейся со скоростью, частица будет иметь скорость ⊥ vr и двигаться по окружности радиуса B q m R ⊥ = v (п. 2.1). К этому вращению добавляется поступательное движение К ′-системы в результате получается движение по спирали (см. рис) o 2 sin90 ⋅ = vB v q R m B r vr лор. Движение зарядов в магнитном поле Период обращения частицы массой m , зарядом q в однородном магнитном поле индукцией Вне зависит от скорости B q m T π = 2 2.1 Если скорость заряда B r , то его траектория — окружность. По II закону Ньютона лор r массы частиц обычно так малы, что силой тяжести можно пренебречь по сравнению с лор лор vr r⊥ a ⇒ a = центр центростремительное ускорение. Шаг спирали — расстояние, на которое смещается частица вдоль направления B r за один полный оборот, теза время B q m T π = 2 Силы Ампера разворачивают рамку стоком так, что создаваемое внутри рамки собственное магнитное поле собст B r оказывается сонаправлено с внешним магнитным полем. (Поле собст B r создает ток, текущий в рамке. Вращающий момент, действующий на рамку в произвольном положении равен M = ISBsin α I — сила тока в рамке S — площадь внутри рамки (рамка плоская) B — индукция внешнего магнитного поля (оно должно быть однородно) α — угол между вектором индукции внешнего поля и перпендикуляром к собст B r Вид сверху 3. Рамка стоком в магнитном поле da da F r bc F r собст B r собст B r bc da bc F r da F r bc da bc F r da F r 4. Магнитные поля, создаваемые различными токами B r Правая рука Магнитные линии — касательная к такой линии в любой точке совпадает по направлению св этой точке. Большой палец потоку Правая рука Пальцы потоку Большой палец указывает направление B r в центре катушки 5. Взаимодействие токов Сонаправленные токи притягиваются, протвоположно направленные токи — отталкиваются 6. Явление электромагнитной индукции Если в замкнутом проводящем контуре изменяется магнитный поток, то это приводит к появлению в этом контуре ЭДС (ЭДС индукции. Φ = B⋅S⋅cosα обход 1 Φ собст – магнитный поток, создаваемый магнитным полем, которое породил ток, текущий в контуре. Единица измерения магнитного потока в СИ 1 Вб = 1Тл ⋅м 2 Контур плоский, поле B r однородно в пределах контура. nr õ i t ∆ ∆Φ − = Если Φ меняется равномерно õ i ( ) t dt d Φ′ − = Φ − = B r α S vr l B r — возникновение ЭДС в контуре вследствие изменения собственного магнитного потока через этот контур. Φ собст = LI Индуктивность контура – коэффициент пропорциональности между силой тока в контуре и собственным магнитным потоком. õ i = v ⋅ l ⋅B 7. Явление самоиндукции õ сам t I L ∆ ∆ − = Если I меняется равномерно õ сам ) (t I L dt dI L ′ − = − = ЭДС самоиндукции 2 2 кат LI W = Энергия магнитного поля катушки индуктивности L , по которой течет ток лор IX. Колебания и волны 1. Колебаниями называется точное или приближенное повторение какого-либо процесса стечением времени обычно повторение бывает многократным. В зависимости от физической природы повторяющегося процесса различают а) Механические колебания повторяющийся процесс представляет собой механическое движение б) Электромагнитные колебания — повторяющийся процесс представляет собой изменение силы тока, напряжения, заряда конденсатора в электрической цепи, вектора E r (напряженности электрического поля, вектора индукции магнитного поля. в) Другие колебания — повторяться могут и другие процессы, например, изменение температуры и пр. Колеблющимися величинами называются физические величины, описывающие процесс, повторяющийся при колебаниях, или систему, с которой этот процесс происходит) и сами испытывающие повторяющиеся изменения. В механических колебаниях колеблющимися величинами могут быть координата, скорость, ускорение и другие величины, описывающие механическое движение. В электромагнитных колебаниях колеблющимися величинами могут быть сила тока, напряжение, заряд конденсатора, E r , B r и другие величины, описывающие электрический токи электромагнитное поле. Периодическими называются колебания, при которых происходит точное повторение процесса через равные промежутки времени. Периодом периодических колебаний называется минимальное время, через которое система возвращается в первоначальное состояние и начинается повторение процесса. Процесс, происходящий за один период колебаний, называется одно полное колебание. Частотой периодических колебаний называется число полных колебаний за единицу времени (1 секунду) — это может быть нецелое число. t — время Т — период колебаний T 1 = ν Период — время одного полного колебания. Чтобы вычислить частоту ν, надо разделить 1 секунду на время Т одного колебания (в секундах) и получится число колебаний за 1 секунду — колеблющаяся величина (например, сила тока вцепи, или координата точки. Гармоническими колебаниями называются колебания, в которых колеблющиеся величины зависят от времени по закону синуса, или косинуса. x = A ⋅cos(ωt + Колеблющаяся величина координата точки, сила тока, напряженность поля, или иная величина) Амплитуда колебаний — максимальное отклонение колеблющейся величины от среднего за период значения. Если среднее за период значение колеблющейся величины равно 0, то амплитуда равна максимальному значению колеблющейся величины А = х m Фаза колебаний — аргумент функции синус или косинус в уравнении зависимости колеблющейся величины от времени. ϕ = ωt + Циклическая частота колебаний — скорость изменения фазы стечением времени. Если время ∆t равно периоду колебаний Т, то изменение фазы ∆ϕ за это время (Т) должно быть равно 2 π (т. к. функции sin и cos повторяют свои значения при изменении аргумента ( ϕ ) на 2 π, а через время T значение колеблющейся величины как раз должно повториться. Таким образом, при ∆t = Т будет ∆ϕ = 2π Изменение фазы, произошедшее за время ∆t. πν = π = ω 2 подставлено Т = ν x — колеблющаяся величина t — время Т — период колебаний А -А Значение х в момент t = 0 определяется величиной Если колебания гармонические, те. колеблющаяся величина x равна x = A ⋅cos(ωt + ϕ 0 ) , то вторая производная колеблющейся величины повремени будет пропорциональна самой колеблющейся величине ( x ): x ′(t)= −ωA⋅sin(ωt + ϕ 0 ) x ′′(t)= −ω 2 A ⋅cos(ωt + ϕ 0 ) = −ω 2 ⋅x x ′(t) = v x — проекция скорости ⇒ v max = ωA максимальная скорость) = a x — проекция ускорения ⇒ a max = ω 2 A - максимальное ускорение. Если x — координата точки, движущейся вдоль оси ОХ , то Это уравнение называется дифференциальным уравнением гармонических колебаний. Если какая-либо физическая величинах подчиняется уравнению такого вида, то можно утверждать, что она зависит от времени по гармоническому закону (sin и cos), а процесс, который описывает величинах, представляет собой гармонические колебания. x ′′(t)= Начальная фаза — значение фазы в момент t = 0. Изменяя значение ϕ 0 , можно получать различные значения x в момент t = 0. |