Вопросы для подготовки к экзамену, физика ЮУрГуУ. Физика экзамен 2. Вектор магнитной индукции силовая характеристика магнитного поля. Она определяет

Название	Вектор магнитной индукции силовая характеристика магнитного поля. Она определяет
Анкор	Вопросы для подготовки к экзамену, физика ЮУрГуУ
Дата	10.04.2023
Размер	160.39 Kb.
Формат файла
Имя файла	Физика экзамен 2.docx
Тип	Закон #1051573

Вектор магнитной индукции — силовая характеристика магнитного поля. Она определяет, с какой силой магнитное поле действует на заряд, движущийся в поле с определенной скоростью. Обозначается как → B. Единица измерения — Тесла (Тл). Формула: В = F / IL. Закон Био-Савара-Лапласа гласит: Магнитное поле любого тока может быть вычислено как векторная сумма полей, создаваемых отдельными элементарными участками тока. B ⇀ = ∑ B ⇀ i i. Элементарный участок d l с током I создает магнитную индукцию: B = μ 0 4 π I d l sin α r 2. Здесь альфа — угол между радиусом-вектором и направлением тока в проводнике.
Закон Ампера гласит: Сила взаимодействия двух параллельных проводников пропорциональна произведению величин токов в проводниках, пропорциональна длине этих проводников и обратно пропорциональна расстоянию между ними. F = BILsinα, где F — это сила Ампера, где B — магнитная индукция; I — сила тока; L — длина проводника; α — угол между направлением тока и направлением магнитной индукции.
Вихревой характер магнитного поля заключается в непрерывности линий индукции любого магнитного поля при отсутствии начала и конца, так как они либо замкнуты, либо уходят в бесконечность. На порождение полей не влияет характер контуров с током. Векторные поля, обладающие непрерывными силовыми линиями, называются вихревыми полями. Магнитное поле также можно считать вихревым. Вектор напряженности магнитного поля — характеристика магнитного поля, определяющая густоту силовых линий (линий магнитной индукции). Обозначается как → H. Единица измерения — А/м. Закон полного тока: Магнитное поле, создаваемое током, и ток в проводнике неразрывно связаны между собой, следовательно, и величины, характеризующие магнитное поле также связаны с током в проводнике. Определяется по формуле: ∫LHdl=I∑, где: H – вектор напряженности магнитного поля; dl – направленный элементарный линейный участок, взятый вдоль контура; I∑ – суммарная сила тока.
Движение заряженных частиц в магнитном поле Силой Лоренца называется сила, действующая на заряженную частицу, движущуюся во внешнем электромагнитном поле. Направление силы Лоренца зависит от знака заряда и перпендикулярно к плоскости, в которой лежат вектора V и B Cила Лоренца всегда перпендикулярна скорости и поэтому она не совершает работы, не изменяет модуль скорости заряда и его кинетической энергии. Движение заряженной частицы в магнитном поле по окружности происходит потому, что магнитная сила FB направлена под прямым углом к v и B и имеет постоянную величину qvB. Поскольку сила отклоняет частицы, направления v и FB изменяются непрерывно, как показано на рисунке. Так как FB всегда направлена к центру окружности, она изменяет только направление v, а не ее величину, если q будет отрицательным, то вращение произойдет по часовой стрелке.
Магнитным потоком, или потоком вектора магнитной индукции, называют физическую величину, зависящую от числа линий магнитной индукции, пронизывающих некоторую поверхность. Формула магнитного потока имеет вид: Φ = B*S*cos α, где: B – вектор магнитной индукции (ВМИ); S – площадь контура; cos α – угол между ВМИ и перпендикуляром (нормалью) к пересекаемой поверхности. Теорема Гаусса применительно к магнитному полю утверждает: магнитный поток сквозь произвольную замкнутую поверхность равен нулю: ∫ В п dS= 0. Теорема выражает отсутствие в природе магнитных зарядов и замкнутость линий индукции магнитного поля. В случае неоднородного магнитного поля поток через какую-либо поверхность равен алгебраической сумме потоков через участки поверхности, вблизи которых поле можно считать однородным.
Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле равна произведению силы тока на магнитный поток, пересеченным движущимся проводником: d A = Fdx = IBl d x = IB d S = I dФ. Полученная формула справедлива и для произвольного направления вектора В. Работа по перемещению замкнутого контура с током в магнитном поле равна произведению силы тока в контуре на изменение магнитного потока, сцепленного с контуром.
Закон электромагнитной индукции: При изменении магнитного потока, пронизывающего контур, в контуре возникает индукционный ток такого направления, чтобы своим магнитным потоком компенсировать изменение внешнего магнитного потока. Формула: ε i = — dФ B / d t. Правило Ленца определяет направление индукционного тока и гласит: Индукционный ток всегда имеет такое направление, что он ослабляет действие причины, возбуждающей этот ток.
Под контуром с током здесь подразумевается замкнутый тонкий проводник, по которому течет постоянный ток. В однородном магнитном поле силы Ампера стремятся растянуть или сжать замкнутый контур с током, но в сумме они равны нулю и поэтому не могут сдвинуть контур с места.
Электромагнитнаяиндукция — явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него. Явление электромагнитной индукции состоит в том, что любое изменение магнитного потока Ф, пронизывающего замкнутый контур, вызывает появление индукционного тока в контуре.
Явление самоиндукции возникает именно потому, что отрицательные заряды движутся относительно положительных зарядов. Убрав один из двух этих зарядов и магнитного поля вокруг проводника не будет. Нейтральная среда выступает здесь в качестве посредника и реагирует на изменение движения активных зарядов относительно пассивных тем, что деформируется, в результате она аккумулирует энергию при ускорении их движения и возвращает её при замедлении. ξ is — ЭДС самоиндукции [В] ΔФ/Δt — скорость изменения магнитного потока [Вб/с] ΔI/Δt — скорость изменения силы тока в контуре [А/с]. Индуктивность соленоида вычисляют по формуле. L. = mmО. N 2S l., где m0 – магнитная постоянная, m – относительная магнитная проницаемость среды, S – площадь витка катушки, l – длина соленоида. Если в цепь включен источник постоянной ЭДС, принужденный ток будет постоянным, если в цепи действует источник синусоидальной ЭДС, принужденный ток изменяется по периодическому, синусоидальному закону
Взаимной индукцией называется явление возбуждения ЭДС электромагнитной индукции в одной электрической цепи при изменении электрического тока в другой цепи или при изменении взаимного расположения этих двух цепей. Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. Магнитное поле первичной катушки — переменное и меняется с той же частотой, что и ток в первичной катушке. Переменный ток в первой катушке создаёт в стальном сердечнике переменное магнитное поле. Это переменное магнитное поле пронизывает другую катушку, называемую вторичной, и создаёт в ней переменный индукционный ток. Коэффициентом трансформации трансформаторов называется отношение напряжения обмотки высшего напряжения (ВН) к напряжению обмотки низшего напряжения (НН) при холостом ходе: Кл = U1/U2, где: Кл- коэффициент трансформации линейных напряжений U1 - линейное напряжение обмотки ВН U2 - линейное напряжение обмотки НН.
Энергия магнитного поля — величина, обозначающая работу, затраченную электрическим током в проводнике или катушке индуктивности на образование этого магнитного поля. Формула расчета энергии магнитного поля: W = L*I 2/ 2, где. W - энергии магнитного поля в джоулях; L - индуктивность в Генри; I - сила тока в амперах.
Магнетики – это вещества, способные оказывать влияние на магнитное поле. Индукция магнитного поля в веществе отличается от индукции того же магнитного поля в вакууме. Значит, все вещества, помещенные в магнитное поле, приобретают магнитные свойства, т.е. являются магнетиками. Под действием внешнего магнитного поля каждый атом диамагнетика приобретает магнитный момент I (а каждая единица объёма — намагниченность M), пропорциональный магнитной индукции B и направленный навстречу полю. Поэтому магнитная восприимчивость = M/H у диамагнетиков всегда отрицательна. По абсолютной величине диамагнитная восприимчивость мала и слабо зависит как от напряжённости магнитного поля, так и от температуры. Если на парамагнетик действует внешнее магнитное поле, магнитные моменты ориентируются по его направлению и создают результирующее поле, превосходящее внешнее. Таким образом, вещества входят в магнитное поле. В случае, когда внешнее магнитное поле отсутствует, и парамагнетик не намагничен, благодаря тепловому движению наблюдается произвольная ориентация собственных магнитных моментов атомов вещества.
Ферромагнетики. К этой группе относят вещества, пребывающие в твёрдом состоянии. Отличие ферромагнетиков в том, что они характеризуются высокой степенью намагниченности и способностью сохранять её после удаления внешнего поля. Показатели созданного магнитного поля могут превышать показатели первоначального в сотни раз. Особенностью является нелинейная зависимость величины магнитной проницаемости от напряжённости магнитного поля. Свойства ферромагнетиков: 1.Способность сильно намагничиваться. 2.Магнитное насыщение. 3.Нелинейные зависимости B(H) и m(H). 4.Магнитный гистерезис. 5.Наличие температуры (точки) Кюри. Точка Кюри — это характерная для данного ферромагнетика температура, при которой полностью исчезают ферромагнитные свойства. 6.Магнитострикция - явление деформации ферромагнетиков при намагничивании.
Уравнения Максвелла являются системой уравнений в дифференциальном или интегральном виде, которые описывают любые электромагнитные поля, взаимосвязи токов и электрических зарядов в разных средах, включая вакуум. Интегральные величины зависят от распределения характеристик поля – циркуляции векторов E и H вдоль произвольных замкнутых контуров и от потоков векторов D и B через произвольные замкнутые поверхности. Интегральная форма записи ближе к идее дальнодействия – мгновенное взаимодействие, осуществляющееся через пустое пространство. Полная система уравнений Максвелла в дифференциальной и интегральной формах имеет вид:

Его физический смысл в равенстве потока напряженности электрического поля через замкнутую поверхность и алгебраической суммой зарядов внутри нее. Т.е. если в куб заточить три заряда, то плотность силовых линий, исходящих от этих зарядов, будет равна их алгебраической сумме.

Свободные колебания. Это колебания, которые происходят под действием внутренних сил в колебательной системе. Гармонические колебания — колебания, при которых физическая величина изменяется с течением времени по гармоническому закону. Свободные электромагнитные колебания в контуре — это периодические изменения заряда на обкладках конденсатора, силы тока и напряжения в контуре, происходящие без потребления энергии от внешних источников.
Вынужденные колебания – это колебания, которые происходят под действием внешней периодически меняющейся силы. Затухающие колебания — это колебания, амплитуда которых из-за потерь энергии реальной колебательной системой с течением времени уменьшается. В уравнении вынужденных колебаний, в отличие от уравнения свободных, учитываются сразу обе частоты – частота вынуждающей силы и частота свободных колебаний. Вынужденные колебания груза на пружине, которые устанавливаются со временем, имеют частоту внешнего воздействия. Это определяется следующим законом: x (t)= x m cos (ω t+ θ). Здесь x m обозначает амплитуду вынужденного колебания, а буква θ– его начальную фазу. - уравнение вынужденных колебаний.
Интерференцией света называется явление устойчивого во времени усиления или ослабления света в различных точках пространства, которое происходит при наложении двух или нескольких когерентных волн. Когерентность световых волн - взаимная согласованность протекания во времени световых колебаний в разных точках пространства или времени, характеризующая их способность к интерференции. Волны от двух независимых источников некогерентны и не могут дать интерференции. Для получения интерференции света нужно волну от источника разделить на две когерентные волны и затем наблюдать на экране результат их сложения. Если оптическая разность хода D равна целому числу длин волн l 0, т.е.

(

= 0, 1, 2,…), то колебания, возбуждаемые в точке М обеими волнами, будут происходить в одинаковой фазе, и в точке М будет наблюдаться интерференционный максимум (m – порядок интерференционного максимума). Если же оптическая разность хода D равна полуцелому числу длин волн l 0, т.е.

(

= 0, 1, 2,…), то колебания, возбуждаемые в точке М обеими волнами, будут происходить в противофазе, и в точке М будет наблюдаться интерференционный минимум (m – порядок интерференционного минимума).

Различные цвета тонких пленок — результат интерференции двух волн, отражающихся от нижней и верхней поверхностей пленки. При отражении от верхней поверхности пленки происходит потеря полуволны. Следовательно, оптическая разность хода . Тогда условие максимального усиления интерферирующих лучей в отраженном свете следующее: . Если потерю полуволны не учитывать, то .

Оптической разностью хода называется разность оптических длин путей

. Полосы равной толщины – это интерференционные полосы, возникающие в результате интерференции когерентных волн от мест с одинаковой толщиной. Полосы равного наклона – интерференционные полосы, возникающие в результате наложения лучей, падающих на плоскопараллельную пластинку под одинаковыми углами.

Дифракция света – это совокупность физических явлений, обусловленных волновой природой света, наблюдаемых при распространении ограниченных в пространстве пучков света, а также в среде с резко выраженной оптической неоднородностью. Принцип Гюйгенса — Френеля: Каждый элемент волнового фронта можно рассматривать как центр вторичного возмущения, порождающего вторичные сферические волны, а результирующее световое поле в каждой точке пространства будет определяться интерференцией этих волн. Для нахождения результата интерференции вторичных волн Френель предложил метод разбиения волнового фронта на зоны, называемые зонами Френеля.
Дифракция света – огибание световой волной непрозрачных тел с проникновением в область геометрической тени и образованием там интерференционной картины. Дифракционная решётка – оптический прибор, действие которого основано на использовании явления дифракции света. Представляет собой совокупность большого числа регулярно расположенных штрихов, нанесённых на некоторую поверхность. Угловой дисперсией называется угловое расстояние между двумя пучками лучей близких длин волн, делённое на разность этих длин волн. Разрешающая способность определяет способность оптической системы изображать раздельно два близко расположенных точечных предмета. – это минимальное расстояние между двумя точками, при котором их изображение отличимо от изображения одной точки.
Естественный свет - совокупность электромагнитных волн со всевозможными равновероятными направлениями световых векторов, перпендикулярных направлению распространения света. Поляризованным светом называется свет, в котором направления колебания вектора напряженности электрического поля 𝑬 каким-либо образом упорядочены. Свет, в котором вектор колеблется только в одном направлении, называется плоско-поляризованным светом. Свет, в котором колебания светового вектора в одном направлении преобладают над колебаниями в другом направлении, называется частично-поляризованным.
Поляризация света – процесс упорядочения колебаний вектора напряженности электрического поля световой волны при прохождении света сквозь некоторые вещества (при преломлении) или при отражении светового потока. Закон Малюса - Интенсивность света, прошедшего через поляризатор, прямо пропорциональна произведению интенсивности падающего плоско поляризованного света I 0 и квадрату косинуса угла между плоскостью падающего света и плоскостью поляризатора. Закон Брюстера - тангенс угла полной поляризации равен относительному показателю преломления отражающего диэлектрика. Вращение плоскости поляризации представляет собой явление, демонстрирующее способность некоторых веществ в условиях отсутствия внешнего воздействия к вращению плоскости поляризации. Такие вещества будут называться оптически активными.
Тепловое излучение - электромагнитное излучение, испускаемое веществом и возникающее за счет его внутренней энергии. Тепловое излучение обусловливается возбуждением частиц вещества при соударениях в процессе теплового движения или ускоренным движением зарядов. Оно возникает при любых температурах и присуще всем телам. Законы Кирхгофа — это два равенства, которые имеют дело с током и разностью потенциалов (обычно известной как напряжение) в сосредоточенной элементной модели электрических цепей. Законом смещения Вина - для черного тела длина волны максимального излучения любого тела обратно пропорциональна его абсолютной температуре. В результате с повышением температуры максимум лучистой энергии смещается в сторону более коротковолнового конца спектра. Закон Стефана — Больцмана гласит: Мощность излучения абсолютно чёрного тела, приходящаяся на единицу площади поверхности, прямо пропорциональна четвёртой степени температуры тела.
Фотоны не имеют массы, поэтому они всегда движутся в вакууме. Фотон относится к классу бозонов. p = h/λ p — импульс фотона [(кг × м)/с] h — постоянная Планка, h = 6,6 × 10^(-34) Дж × c λ — длина волны [м]. В соответствии с электромагнитной теорией Максвелла – любая заряженная частица, движущаяся с ускорением, становится источником электромагнитного излучения. Напряженность электрического поля излучения ускоренно движущейся точечной заряженной частицы (электрона) равна (𝒔 = 𝒌Τ𝑘). Эффектом Комптона называется упругое рассеяние коротковолнового электромагнитного излучения на свободных электронах вещества, сопровождающееся увеличением длины волны. Давление света — это механическое давление, оказываемое на любую поверхность в результате обмена импульсом между объектом и электромагнитным полем.
Корпускулярно-волновой дуализм — теория в квантовой механике, гласящая, что в зависимости от системы отсчета поток электромагнитного излучения можно рассматривать и как поток частиц и как волну. Гипотеза де Бройля заключалась в том, что электрон, корпускулярные свойства которого (заряд, масса) изучаются давно, имеет еще и волновые свойства, т.е. при определенных условиях ведет себя как волна. Принцип неопределенности Гейзенберга - одна из самых известных идей в физике. Он говорит нам, что в природе существует неточность, фундаментальный предел тому, что мы можем знать о поведении квантовых частиц и, следовательно, о мельчайших масштабах природы. Самое большее, на что мы можем надеяться, — это вычислить вероятности того, где находятся объекты и как они будут себя вести.
Первый постулат Бора, гласит: атомная система может находиться только в особых стационарных либо квантовых состояниях, каждому из которых соответствует некоторая энергия En. Когда атом находится в стационарном состоянии, электромагнитные волны атома отсутствуют. Второй постулат Бора гласит: если атом переходит из стационарного состояния с большей энергией En в стационарное состояние с меньшей энергией Ek, то разность этих энергий может высвободиться в виде излучения. В таком случае излучается фотон с энергией: hv = En – Ek.
Потенциальная яма – область пространства, где присутствует локальный минимум потенциальной энергии частицы. Если в потенциальную яму попала частица, энергия которой ниже, чем необходимая для преодоления краёв ямы, то возникнут колебания частицы в яме. Амплитуда колебаний будет обусловлена собственной энергией частицы. Частица, находящаяся на дне потенциальной ямы, пребывает в состоянии устойчивого равновесия, то есть при отклонении частицы от точки минимума потенциальной энергии возникает сила, направленная в противоположную отклонению сторону.

Прямые измерения – это измерения, выполняемые при помощи мер, т. е. измеряемая величина сопоставляется непосредственно с ее мерой. Примером прямых измерений является измерение величины угла. Косвенные измерения – это измерения, при которых значение измеряемой величины вычисляется при помощи значений, полученных посредством прямых измерений, и некоторой известной зависимости между данными значениями и измеряемой величиной.
Абсолютная погрешность измерения — это разница между вычисляемым и истинным значением. Относительная погрешность вычисляется в процентном соотношении истинного значения и полученного.
Класс точности определяет гарантированные границы, за пределы которых не выходит погрешность прибора в установленном для него диапазоне измерений.
Случайные погрешности могут быть связаны с несовершенством приборов, с тряской в городских условиях, с несовершенством самого объекта измерений.