- •Общая физика
- •§ 1. Кинематика материальной точки и поступательного движения твердого тела
- •II закон Ньютона. Ускорение, приобретаемое материальной точкой (телом) пропорционально вызывающей его силе, совпадает с нею по направлению и обратно пропорционально массе материальной точки (тела).
- •III закон Ньютона. Силы, с которыми действуют друг на друга тела, равны по модулю и противоположены по направлению.
- •2.2. Закон сохранения импульса (количества движения)
- •2.3. Энергия, работа, мощность
- •2.4. Закон сохранения и превращения энергии
- •2.5 Тяготение
- •2.6. Механика вращательного движения
- •Момент инерции, момент силы, момент импульса.
- •И вращательном движениях
- •2.7.Колебания и волны Механические колебания, математический маятник
- •2.8. Границы применимости законов классической механики и элементы специальной теории относительности
- •§ 1. Параметры термодинамических систем (параметры состояния)
- •§ 2. Законы идеальных газов
- •§ 3. Уравнение состояния реальных газов
- •Уравнение ван-дер-ваальса или уравнение состояния реальных газов
- •§4. Основы термодинамики.
- •Кинетической теории идеальных газов
- •Наиболее вероятная (максимальная)
- •§1. Электрическое поле
- •§1.1. Силовые характеристики электрического поля
- •§1. 2. Энергетические характеристики электрического поля
- •§1.3. Диполь
- •§1.4. Проводники в электрическом поле
- •§1.5. Диэлектрики в электрическом поле
- •§1.6. Электроемкость
- •§1.7. Конденсаторы
- •§1.8. Энергия электростатического поля
- •§2.1. Электродвижущая сила (эдс) (e ) источника
- •§2.2. Закон Ома для постоянного тока
- •§2.3. Закон Джоуля-Ленца
- •§2.4. Правила Кирхгофа (1847г.)
- •§2.5. Зонная теория
- •Гл. 3 электромагнетизм
- •§3.1. Характеристики магнитного поля
- •И мп на оси кругового тока.
- •§3.2. Вещество в магнитном поле
- •§3.3. Рамка с током в магнитном поле (Применения закона Ампера)
- •§3.4. Сила Лоренца
- •§3.5. Движение заряженных частиц в электрическом поле
- •§3.6. Движение заряженных частиц в магнитном поле
- •§ 3.7. Электромагнитная индукция: Закон Фарадея − Ленца
- •§3.8. Закон Ома для полной цепи
- •§3.9. Индуктивность, самоиндукция, взаимная индукция
- •1 Гн индуктивность такого контура, магнитный поток самоиндукции которого при токе 1 а равен 1 Вб.
- •§3.10. Энергия магнитного поля
- •§4.1. Полное сопротивление цепи при переменном токе.
- •§4.2. Резонанс
- •Шкала электромагнитных волн
- •§1.1. Поглощение света (Закон бугера)
- •§1.2. Законы геометрической оптики
- •§1.3. Формула призмы
- •§1.4. Линзы
- •Характер изображения собирающей линзы
- •§1.5. Аберрации или погрешности оптических систем
- •§2. Волновая оптика
- •§2.1. Интерференция света
- •§2.2. Дифракция света
- •РешеткаУсловияУсловия§2.3. Дисперсия света и спектральный анализ
- •§ 2.4. Поляризация света
- •Объяснение законов отражения и преломления с точки зрения волновой теории
- •§1. Тепловое излучение
- •Закон Стефана - Больцмана. Полная (по всему спектру) излучательная способность абсолютного черного тела прямо пропорциональна четвертой степени его абсолютной (термодинамической) температуре т:
- •§ 2. Фотоэффект
- •§ 3. Строение вещества
- •§ 3.1. Модели атома Резерфорда
- •§ 3.2. Постулаты Бора
- •§ 3.3. Правила отбора Паули, квантовые числа и таблица Менделеева
- •Периодическая система элементов Менделеева и распределение электронов по подоболочкам
- •§ 3.4. Радиоактивность
- •Закон радиоактивного распада
- •§ 3.5. Физика атомного ядра
- •§ 3.6. Элементарные и фундаментальные частицы
- •Классификация частиц
- •§3.7. Волновые свойства микрочастиц
- •§3.8. Соотношение неопределенности Гейзенберга
- •§3.9. Основы квантовой механики.
- •Основная литература
- •Вспомогательная литература
- •Контрольные вопросы по физике Трофимова т.И., Курс физики, «Высшая школа»,2000г.
- •Применение первого начала термодинамики к термодинамическим изопроцессам
- •Приложение к теме «Оптика» основные фотометрические величины и их единицы
§3.8. Закон Ома для полной цепи
(из Лаврова И.В., Курс физики,1981,стр.90)
Сила Ампера FA=IBℓ
Е сли за время dt перемычка перемещается на dx, то сила Ампера совершает работу IBℓdx.
За это время источник расходует энергию εIdt на выделение джоулева тепла I2Rdt и перемещение перемычки.
(R – сопротивление контуры).
По закону сохранения энергии εIdt=I2Rdt+IBℓdx.
Считая I=const и Bℓdx=dФ - изменение магнитного потока, получаем
закон ОМА для полной цепи.
-алгебраическая сумма ЭДС источника ε и ЭДС индукции εi.
Т.е. (закон Фарадея-Ленца).
§3.9. Индуктивность, самоиндукция, взаимная индукция
Ф – Магнитный поток, связанный с контуром, пропорционален силе тока I в этом контуре:
Ф ~ I
Ф = L.I, где L-коэффициент пропорциональности (индуктивность контура) и зависит от формы контура, его размеров и μ среды.
При изменении силы тока в контуре будет изменятся также и сцепленный с ним магнитный поток; следовательно по закону Фарадея-Ленца, в контуре будет индуцироваться ЭДС. Возникновение ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении в нем силы тока называется самоиндукцией.
Если за dt ток изменился на dI, то изменение магнитного потока dФ=LdI или иначе, дифференцируя:
Но по закону Фарадея электромагнитная индукция .
Отсюда и определение, и единица измерения для индуктивности.
Индуктивность L определяет значения ЭДС самоиндукции, которая возникает в контуре при изменении силы тока в нем со скоростью 1A/c.
[L] = , [L] → генри (Гн), 1 Гн = 1 , (1Вб=1Тл·1м2).
1 Гн индуктивность такого контура, магнитный поток самоиндукции которого при токе 1 а равен 1 Вб.
Если контур имеет большую индуктивность L, то сила тока в нем не может быстро нарастать или убывать, это так называемые экстратоки замыкания или размыкания.
И ндуктивность L соленоида длиной ℓ, состоящей из n витков, с площадью S, имеющий сердечник с магнитной проницаемостью μ, то магнитный поток, пронизывающий все витки соленоида (магнитосцепления)
BSn=μ0μHSn=LI
Но из примера соленоида: , ,
L=BSn/I=μ0μSn2/ℓ=μ0μN2V.
Где N=n/ℓ число витков на единицу длины соленоида
V=ℓS − объем соленоида.
Явление возбуждения ЭДС в одном контуре при изменениях силы тока в другом называется взаимной индукцией; коэффициенты пропорциональности, обозначенные L12 или L21 или M, называют взаимной индуктивностью контура.
Естественно L12=L21.
Трансформаторы
В каждом витке индуцируется ε0 электродвижущая сила.
ε1=n1 ε0, ε2=n2 ε0, ε1/ε2=n1 /n2.
Практически
ε1=U1 -напряжению питающему трансформатор.
ε2=U2 -напряжению на концах вторичной обмотки.
КПД ≈98%, поэтому мощность в обмотках I1U1 ≈I2U2.
Коэффициент трансформации
При K>1, трансформатор понижающий; при K<1 − повышающий.
Иногда коэффициентом трансформации обозначают
.
Автотрансформаторы – у которых одна обмотка является частью другой.
§3.10. Энергия магнитного поля
Магнитное поле, подобно электрическому, является носителем энергии. Естественно предположить, что энергия магнитного поля равна работе, которая затачивается током на создание этого поля.
При размыкании цепи с индуктивностью L, возникает ЭДС самоиндукции ε, которая поддерживает ток в цепи.
За время dt этот ток совершает работу dA=εIdt= =−IdФ.
Н о dФ=LdI, поэтому dA=−LIdI.
Полная работа до исчезновения магнитного поля и изменения силы тока от I до 0: .
Следовательно энергия магнитного поля:
(вспомним L=μ0μN2V, H=In/ℓ).
Плотность энергии магнитного поля (B=μ0μH).
Полная энергия магнитного поля в данном объеме
Вспомним, что из поля конденсатора вычисляли энергию и плотность энергии электростатического поля:
,
Гл.4 ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК
Переменный ток – это ток, периодически изменяющийся по величине и по направлению. Наиболее распространенным является синусоидальный переменный ток, мгновенные значения напряжения U или I силы тока I меняются по закону sin или cos (гармонические колебания).
U(t)=Um·sinωt; I(t)=Im·sinωt, где ω=2πν -круговая частота переменного тока
Эффективные или действующие значения напряжения или силы тока:
Uэфф= , Iэфф=
Дрейф электронов в проводнике при частоте 50Гц, и средней скорости движения ≈0,1см/с, составляет ≈0,001см. Для ионов в электролите их дрейф еще меньше. При высокой частоте (сотни КГц) раздражающее действие переменного тока на организм незначительно, хотя тепловой эффект сохраняется.
Цепь переменного тока с активным сопротивлением
I R=UR/R
На векторной диаграмме направление IR и UR совпадают; сдвиг фаз между ними равен нулю.
Ц епь переменного тока с индуктивностью
Из определения индуктивности в цепи появляется ЭДС εL=
И так как R=0, падение напряжения на катушке U=IR=0, тогда можно считать, что прилагаемое напряжение ε уравновешивается εL.
Тогда U(t ) =0, Um·sinωt =0 → → → ,
где (постоянная интегрирования С=0).
ωL=2πνL=XL −Индуктивное сопротивление
Если [L]→генри, [ν]→герц, то [XL]→Ом.
Если в начальный момент U(t)=Um·sinωt=0, то ,
Т.е. ULпо фазе на π/2 опережает ток IL, текущий через катушку.
Цепь переменного тока с емкостью
Мгновенные значения заряда q на пластинах конденсатора
q(t)=CU(t)=CUmsinωt, тогда I(t)=
где Im=ωCUm,
XC= − емкостное сопротивление цепи и,
если [C] → фарад, [ν] → герц, то [XC] → Ом.
Т.к. U(t)=Um·sinωt, I(t)= , то UC по фазе на π/2 отстает от текущего через конденсатор тока IC.