1.Сила трения. Коэффициент трения скольжения. Учет и использование трения в быту и технике.

Сила трения –сила, которая возникает вдоль поверхности соприкасающихся тел из-за деформации этих поверхностей, направлена сила трения вдоль поверхности против смещения, сила имеет электромагнитную природу.

Различают трение покоя, трение скольжения и трение качения. Сила трения пропорциональна силе нормального давления (силе реакции опоры N).

Е сли тело находится на горизонтальной плоскости, то сила реакции опоры равна силе тяжести

N

α α

, - коэффициент трения, его величина зависит от природы соприкасающихся тел, от качества обработки поверхностей тел, от вида движения (покой, скольжение, качение).

Различают сухое трение и жидкое трение (трение в жидкостях и газах). Особенности жидкого трения: нет силы трения покоя, величина силы зависит от рода жидкости или газа, от скорости движения тела, от формы тела.

4. Сопротивление. Зависимость сопротивления металлов от материала и размеров. Зависимость сопротивления от температуры. Сверхпроводимость.

Сопротивление-мера противодействия проводника установлению в нем электрического тока. Сопротивление обусловлено тем, что при дрейфе свободные электроны сталкиваются с положительными ионами кристаллической решетки, что вызывает уменьшение скорости направленного движения, значит уменьшение силы( плотности) тока .Все это проявляется как противодействие проводника установлению в нем тока.

Д ля однородного проводника цилиндрической формы R= ; где -длина проводника,S-площадь сечения проводника, сопротивление проводника.

В металлах электрическое сопротивление обусловлено столкновением свободных электронов с колеблющимися ионами в узлах кристаллической решетки. По мере увеличения температуры размах колебаний ионов увеличивается, что приводит к большему рассеянию электронов, участвующих в направленном упорядоченном движении. Поэтому при нагревании металлического проводника его сопротивление возрастает.

Если сопротивление проводника при 0⁰ С,

сопротивление при t⁰ C , то (1+αt);

где α- температурный коэффициент сопротивления. При нагревании геометрические размеры меняются незначительно, поэтому R=R₀ ( 1+αt ). Такая зависимость называется линейной, т. е график R(t) представляет собой прямую линию. Зависимость сопротивления от температуры используется в термометрах сопротивления, для измерения очень высоких или низких температур, в терморезисторах.

Сверхпроводимость – обращение электрического сопротивления в 0 при температурах близких к абсолютному нулю. Сверхпроводимость обнаружил в 1911г Х. Камерлинг-Оннес. Сверхпроводимость обнаружена у 25 химических элементов при температура от 0,14К до 9,22К, есть у большого числа сплавов, для некоторых при температурах около 100К, у некоторых полупроводников, полимеров

3 . Задача

а) Угол падения луча света на поверхность подсолнечного масла 60⁰, а угол преломления 36⁰ .Найти показатель преломления масла.

Дано: α =600 β =360 Найти: n

Решение:

Билет № 8

1. Механическая работа и мощность. КПД механизмов.

Механическая работа – это величина, численно равная произведению постоянной силы F на путь, пройденной под действием этой силы S и косинуса угла между направлением действия силы и направлением перемещения

A=FScosα

Работа А – величина скалярная, может быть положительной и отрицательной величиной:

cosα >0 (0<α<90^o), А>0; cosα <0 (90⁰<α<180^o), А<0; α=90^о, А=0

Единица работы Дж= Н

В общем случае на тело может действовать внешняя переменная сила, изменяющаяся по модулю и направлению, в этом случае работа вычисляется методом интегрирования.

Работа силы упругости (например, работа сжатия или растяжения пружины)

, где х₁и х₂- координаты тела

Работа силы тяжести равна изменению потенциальной энергии, взятому с противоположным знаком: A = -(mgh₂ - mgh₁) =mgh₁ – mgh₂.

Работа, выполненная в единицу времени, называется мощностью , при равномерном движении , где -скорость равномерного движения.

Единица мощности . В технике для измерения мощности двигателей используется внесистемная единица мощности – лошадиная сила (л.с.)

1л.с.=736 Вт

Коэффициентом полезного действия (КПД) называют степень эффективности работы любого механизма, т.е. КПД – величина, численно равная отношению полезной работы (или мощности) ко всей выполненной работе (ко всей мощности). %

2. Электрический ток в полупроводниках. Собственная и примесная проводимость.

Существует большая группа веществ, которые по своим электрическим свойствам занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Эти вещества называют полупроводники. От металлов полупроводники отличаются концентрацией свободных зарядов, в полупроводниках при нормальных условиях концентрация свободных электронов в миллиард раз меньше, чем в металлах. Поэтому удельное сопротивление полупроводников на несколько порядков выше, чем у металлов. Если при нагревании металла сопротивление проводника увеличивается, то при нагревании полупроводника сопротивление значительно уменьшается. Проводимость некоторых полупроводников значительно возрастает при их освещенности. Примеси в металлах значительно снижают их электропроводимость, примеси в полупроводниках могут повысить электропроводимость в отдельных случаях в десятки тысяч раз

Электропроводимость полупроводников объясняется особенностью их кристаллического строения. Рассмотрим кристаллическую решетку германия. Германий – типичный полупроводник . Во внешней оболочке атомов германия имеется 4 валентных электрона. При сближении данного атома с соседними валентные электроны соседних атомов взаимодействуют друг с другом. Каждый атом германия находится на одинаковом расстоянии от четырех соседних атомов и образует с ними ковалентные связи, т. е. такие связи, при которых каждый из валентных электронов принадлежит одновременно двум соседним атомам. Валентные электроны могут переходит из одной ковалентной связи в другую, перемещаться по всему кристаллу. Такое перемещение хаотичное, поэтому тока не создает.

Часть внешних электронов обобществляется соседними атомами, и легко переходят от одного атома к другому, становясь блуждающими частицами (Электроны стали свободными). Число таких электронов значительно увеличивается при нагревании или освещении. Под действием электрического поля свободные электроны станут двигаться направленно и создадут электрический ток, называемый электронным током. Одновременно с появлением блуждающего (свободного) электрона у атома полупроводника возникает свободное место в ковалентной связи, которое принято называть дыркой. Эту дырку может занять электрон из ковалентной связи соседнего атома, у которого в свою очередь образуется дырка.

« Перемещение» дырок от одного атома к другому подобно движению положительного заряда, т. е. дыркам приписывается положительный заряд. Под действием электрического поля «дырки» будут перемещаться в направлении, противоположном движению электронов, создавая дырочную проводимость. Ток в полупроводнике складывается из электронного и дырочного токов. В химически чистых полупроводниках электронный ток равен дырочному, а проводимость чистых полупроводников называют собственной.

Проводимость увеличивается при наличии специально подобранных примесей. Тогда наряду с собственной проводимостью возникает примесная проводимость. Обычно основным полупроводником являются германий или кремний.

Если к четырехвалентному кремнию в качестве примеси добавить пятивалентное вещество, например, мышьяк, то для образования ковалентной связи атомов кремния и мышьяка достаточно четырех валентных электронов от каждого атома. При этом пятый валентный электрон мышьяка оказывается свободным, т.е. электроном проводимости. Примесь, валентность которой больше валентности основного полупроводника, называется донорной (отдающей электрон). Полупроводники с донорной примесью называются полупроводниками n-типа. В полупроводниках n – типа электронная проводимость преобладает над дырочной. Электроны называют основными носителями заряда, дырки - неосновными носителями .

Если к кремнию в качестве примеси добавить трехвалентное вещество, например, индий, то при образовании ковалентной связи атомов кремния и индия не будет хватать одного электрона. Поэтому на каждый атом индия образуется одна лишняя дырка Примесь, валентность которой меньше валентности основного полупроводника, называется акцепторной (принимаюшей). Полупроводники с акцепторной примесью называются полупроводниками р- типа. В полупроводниках р - типа дырочная проводимость преобладает над электронной, дырки- основные носители заряда.