|
Закон БиоСавараЛапласа Магнитное поле любого тока может быть вычислено как векторная сумма полей, создаваемая отдельными участками токов
Билет 24 1. Закон Ома для замкнутой цепи. ЭДС источника тока.
Замкнутая (полная) электрическая цепь состоит из источника тока и сопротивления.
Источник тока имеет ЭДС (ε) и сопротивление (r), которое называют внутренним. ЭДС (электродвижущая сила) - работа сторонних сил по перемещению положительного заряда по замкнутой цепи, другими словами, это способность источника электрической энергии создавать и поддерживать на своих зажимах определенную разность потенциалов. Полное сопротивление цепи - R+r.
  v
1) Напряжение на зажимах источника, а соответственно и во внешней цепи
 ,
где величина Ir - падение напряжения внутри источника тока.
2) Если внешнее сопротивление замкнутой цепи равно нулю, то такой режим источника тока называется коротким замыканием.
3) Для полной цепи закон Джоуля-Ленца
Мощность, выделяемая на внешнем участке цепи, называется полезной
 
При условии R=r мощность, выделяемая во внешней цепи, максимальная для данного источника и равна
Полная мощность - сумма полезной и теряемой мощности
Коэффициент полезного действия источника тока - отношение полезной мощности к полной
 
2. Фотоны и их свойства. Давление света.
14 декабря 1900 г. Макс Карл Эрнст Людвиг Планк в докладе на заседании Берлинского физического общества выдвинул революционную гипотезу, что излучение света веществом происходит не непрерывно, а порциями, квантами.
Согласно гипотезе Планка наименьшая порция энергии, которую несет излучение, определяется по формуле (формула Планка):
 
Развивая идею Планка, Эйнштейн предложил корпускулярную теорию света, предположив, что свет не только излучается, но распространяется и поглощается отдельными порциями. По теории Эйнштейна, монохроматическая электромагнитная волна представляет собой поток частиц - квантов или фотонов. Каждый фотон всегда движется со скоростью света и несет квант энергии. При взаимодействии с веществом фотон передает свою энергию одному или нескольким электронам, после чего фотона больше не существует.
Фотон - это удивительная частица, которая обладает энергией, импульсом, но не обладает массой! Фотон "обречен" всегда летать со скоростью света.
Свойства фотона:
1) Не имеет состояния покоя.
2) Безмассовая частица (m=0). Фотон не обладает массой в привычном для нас смысле (той массой, которую можно измерить на весах, рассчитать по второму закону Ньютона и так далее), но в соответствии с теорией относительности Эйнштейна, обладает массой как мерой энергии (E = mc2). Действительно, любое тело, имеющее некоторую энергию, имеет и массу. Если учесть, что фотон обладает энергией, то он обладает и массой, которую можно найти как:
3) Электрически нейтрален (q=0).
4) Скорость его движения равна скорости света во всех инерциальных системах отсчета.
5) Энергия фотона пропорциональна частоте соответствующего электромагнитного излучения (формула Планка).
6) Энергия фотона может быть выражена через длину волны:
 
Энергия фотона в Джоулях очень мала, поэтому для математического удобства ее часто измеряют во внесистемной единице – электрон-вольтах: 1 эВ = 1,6∙10–19 Дж
7) Модуль импульса фотона равен отношению его энергии к скорости:
 
3. Задача. Найти радиусы первых пяти зон Френеля для плоской волны, если расстояние от волновой поверхности до точки наблюдения L = 1 м. Длина волны света λ = 500 нм.
Дано:
λ = 500 нм = 5*10-7 м
b = 1 м
|
|
Число зон, укладывающихся в отверстии, будет равно:
Для плоской волны  , тогда
|
Найти:
rk
|
|
Поэтому радиусы зон, укладывающихся в отверстии, будут равны:
|
|
Билет 25 1. Электромагнитные волны. Их свойства.
В 1860-1865 гг. один из величайших физиков XIX века Джеймс Клерк Максвелл создал теорию электромагнитного поля. Согласно Максвеллу явление электромагнитной индукции объясняется следующим образом. Если в некоторой точке пространства изменяется во времени магнитное поле, то там образуется и электрическое поле. Если же в поле находится замкнутый проводник, то электрическое поле вызывает в нем индукционный ток. Из теории Максвелла следует, что возможен и обратный процесс. Если в некоторой области пространства меняется во времени электрическое поле, то здесь же образуется и магнитное поле.
Таким образом, любое изменение со временем магнитного поля приводит к возникновению изменяющегося электрического поля, а всякое изменение со временем электрического поля порождает изменяющееся магнитное поле. Эти порождающие друг друга переменные электрические и магнитные поля образуют единое электромагнитное поле.
Важнейшим результатом, который вытекает из сформулированной Максвеллом теории электромагнитного поля, стало предсказание возможности существования электромагнитных волн. Электромагнитная волна - распространение электромагнитных полей в пространстве и во времени.
Источник электромагнитного поля - электрические заряды, движущиеся с ускорением.
Электромагнитные волны, в отличие от упругих (звуковых) волн, могут распространяться в вакууме или любом другом веществе.
Электромагнитные волны в вакууме распространяются со скоростью c=299 792 км/с, то есть со скоростью света.
 
В веществе скорость электромагнитной волны меньше, чем в вакууме. Соотношение между длиной волна, ее скоростью, периодом и частотой колебаний, полученные для механических волн выполняются и для электромагнитных волн:
 
Колебания вектора напряженности E и вектора магнитной индукции B происходят во взаимно перпендикулярных плоскостях и перпендикулярно направлению распространения волны (вектору скорости).
Электромагнитная волна переносит энергию.
Свойства электромагнитных волн.
Электромагнитные волны - поперечные, то есть вектора E и H колеблются поперек (поперёк направлению распространения волны).
Векторы Е и H взаимно перпендикулярны, так, что вектора v, E, H образуют правую тройку векторов.
Векторы Е и Н колеблются в одной фазе.
Модули векторов Е и Н связаны соотношением:
В настоящее время все электромагнитные волны разделены по длинам волн на шесть основных диапазонов.
Радиоволны - это электромагнитные волны (с длиной волны от 10000 м до 0,005 м), служащие для передачи сигналов (информации) на расстояние без проводов. В радиосвязи радиоволны создаются высокочастотными токами, текущими в антенне.
Электромагнитные излучения с длиной волны, от 0,005 м до 1 мкм, т.е. лежащие между диапазоном радиоволн и диапазоном видимого света, называются инфракрасным излучением. Инфракрасное излучение испускают любые нагретые тела. Источником инфракрасного излучения служат печи, батареи, электрические лампы накаливания. С помощью специальных приборов инфракрасное излучение можно преобразовать в видимый свет и получать изображения нагретых предметов в полной темноте.
К видимому свету относят излучения с длиной волны примерно 770 нм до 380 нм, от красного до фиолетового цвета. Значение этого участка спектра электромагнитных излучений в жизни человека исключительно велико, так как почти все сведения об окружающем мире человек получает с помощью зрения.
Невидимое глазом электромагнитное излучение с длиной волны меньше, чем у фиолетового цвета, называют ультрафиолетовым излучением. Оно способно убивать болезнетворные бактерии.
Рентгеновское излучение невидимо глазом. Оно проходит без существенного поглощения через значительные слои вещества, непрозрачного для видимого света, что используют для диагностики заболеваний внутренних органов.
Гамма-излучением называют электромагнитное излучение, испускаемое возбужденными ядрами и возникающее при взаимодействии элементарных частиц.
2. Квантовая модель атома водорода. Квантование энергии и момента импульса электрона. Квантовые числа. 3. Квадратный контур, длина стороны которого равна 10 см, находится в магнитном поле с индукцией 1 Тл. По контуру течёт ток 10 А. Какова величина механического вращающего момента, действующего на контур, если линии магнитной индукции составляют с плоскостью контура угол 60°?
Дано:
a = 10 см = 0,1 м
B = 1 Тл
I = 10 А
φ = 60°
|
pm = IS = 10*0,1*0,1 = 0,1 A*м2
М = 0,1*1* = 86,6*10-3 Дж
|
Найти:
М
|
| |
|
|
Скачать 1.74 Mb.