Билет 13 1. Магнитное поле в веществе. Ферромагнетики.
Магнитное поле в веществе. Экспериментальные исследования показали, что все вещества в большей или меньшей степени обладают магнитными свойствами. Если два витка с токами поместить в какую-либо среду, то сила магнитного взаимодействия между токами изменяется. Этот опыт показывает, что индукция магнитного поля, создаваемого электрическими токами в веществе, отличается от индукции магнитного поля, создаваемого теми же токами в вакууме.
Физическая величина, показывающая, во сколько раз индукция магнитного поля B в однородной среде отличается по модулю от индукции магнитного поля в вакууме В0, называется магнитной проницаемостью:  [Гн/м]
Магнитные свойства веществ определяются магнитными свойствами атомов или элементарных частиц (электронов, протонов и нейтронов), входящих в состав атомов. Магнитные свойства протонов и нейтронов почти в 1000 раз слабее магнитных свойств электронов. Поэтому магнитные свойства веществ в основном определяются электронами, входящими в состав атомов.
Одним из важнейших свойств электрона является наличие у него не только электрического, но и собственного магнитного поля.
Ферромагнетики – вещества, у которых внутреннее магнитное поле в сотни и тысячи раз превышает вызвавшее его внешнее магнитное поле.
Ферромагнетики обладают намагниченностью в отсутствии магнитного поля. Ферромагнетизм наблюдается у кристаллов переходных металлов Fe, Co, Ni и у ряда сплавов. Ферромагнетизм результат действия обменных сил.
2. Эффект Комптона
Эффект Комптона – рассеяние электромагнитного излучения на свободном электроне, сопровождающееся уменьшением частоты излучения.
Комптоновское рассеяние – это рассеяние на свободном электроне отдельного фотона с энергией  (h – постоянная Планка, ν – частота электромагнитной волны, λ – её длина, с – скорость света) и импульсом  . Рассеиваясь на покоящемся электроне, фотон передаёт ему часть своей энергии и импульса и меняет направление своего движения. Электрон в результате рассеяния начинает двигаться. Фотон после рассеяния будет иметь энергию Е' = hν' (и частоту) меньшую, чем его энергия (и частота) до рассеяния. Соответственно после рассеяния длина волны фотона λ' увеличится. Из законов сохранения энергии и импульса следует, что длина волны фотона после рассеяния увеличится на величину:
 .
где θ – угол рассеяния фотона, а me – масса электрона.  называется комптоновской длиной волны электрона.
Изменение длины волны при комптоновском рассеянии не зависит от λ и определяется лишь углом θ рассеяния γ-кванта.
Кинетическая энергия электрона определяется соотношением
 .
3. Электрический кабель содержит 5 изолированных проводов. По трём из них текут токи по 2π А в каждом. По двум оставшимся текут токи по 3π А в каждом в направлении, противоположном направлению трёх первых токов. Найти величину вектора напряжённости магнитного поля на расстоянии 1 м, от кабеля. Кабель считать прямым и очень длинным.
| Билет 14 1. Электромагнитная индукция. ЭДС индукции. Закон Фарадея.
Электромагнитная индукция — явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него.
Закон Фарадея
Экспериментально доказано, что величина ЭДС не зависит от способа изменения магнитного потока в контуре и определяется лишь скоростью его изменения.
Знаки магнитного потока и ЭДС связаны с выбором направления нормали к плоскости контура, но при этом они всегда остаются противоположными.
Знак «минус» в законе Фарадея отражает правило Ленца. То есть индукционный ток всегда имеет такое направление, что созданный этим током магнитный поток через поверхность контура и приращение магнитного потока, вызвавшего этот ток, всегда противоположны по знаку.
 - закон электромагнитной индукции Фарадея.
2. Тепловое излучение. Его основные характеристики. Спектр теплового излучения абсолютно черного тела. Формула Планка.
Самым распространенным является тепловое излучение (ТИ), т.е. испускание электромагнитных волн за счет внутренней энергии тел. Тепловое излучение можно характеризовать потоком энергии, то есть энергией излучаемой телом по всем направлениям в единицу времени (мощность). ТИ имеет место при любой температуре. Является единственным видом излучения, которое может находиться в равновесии с излучающими телами. Все остальные виды излучения оказываются неравновесными. Эта способность обусловлена тем, что его интенсивность возрастает при повышении температуры. Тело излучает энергии больше, чем поглощает - тогда внутренняя энергия тела будет убывать, что приведет к понижению температуры. Если излучаемой энергии окажется меньше, чем поглощаемой, температура тела будет возрастать. К равновесным состояниям и процессам применимы законы термодинамики. Поэтому ТИ подчиняется закономерностям, вытекающим из принципов термодинамики.
Спектр излучения абсолютно черного тела (СИАЧТ) при любой температуре включает все частоты (v) или длины волн (k) от 0 до ∞. Однако для каждой температуры главная часть энергии теплового излучения приходится на определенный участок спектра. Например, при комнатной температуре главная часть энергии излучения абсолютно черного тела находится в области длин волн спектра от 3 до 40 мк; для температур 1000 -1500 С - в диапазоне длин волн от 0 7 до 15 мк. Для очень высоких температур, около 6000 К, почти половина энергии излучения приходится на область спектра с длинами волн от 0.3 до 0.6 мк и отвечает диапазону видимых и ультрафиолетовых лучей. Для еще более высоких температур, наблюдаемых в звездах, энергия излучения приходится на область еще более коротких волн, например, рентгеновских лучей.
П ланку удалось найти вид функции u ( , T ) , соответствующий опытным данным. Для этого ему пришлось сделать предложение чуждое классической физике – допустить, что тепловое излучение происходит в виде квантов, энергия которых пропорциональна частоте излучения:  , где 
в итоге получаем:  .
3. Катушка длиной 30 см имеет 1000 витков. Найти магнитную индукцию внутри катушки, если по катушке проходит ток 2 А. Диаметр катушки считать малым по сравнению с ее длиной. |
Скачать 1.74 Mb.
= 30 см = 0,3 м
, 
.