Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Магнетизм, колебания и волны..doc
Скачиваний:
46
Добавлен:
20.05.2014
Размер:
577.54 Кб
Скачать

Магнитные свойства вещества

Диамагнетик - вещество, в котором век­тор магнитной индукции собственного магнитно­го поля направлен противоположно вектору маг­нитной индукции намагничивающего поля.

Парамагнетик - вещество, в котором век­тор магнитной индукции собственного магнитного поля имеет одинаковое направление с вектором магнитной индукции намагничивающего поля.

Намагниченность - физическая величи­на, определяемая отношением магнитного мо­мента магнетика к его объему , где- магнитный момент магнетика, равный векторной сумме магнитных моментов отдельных мо­лекул.

• Связь намагниченности и напряженности магнитного поля, вызывающего намагничивание: , где- магнитная восприимчивость вещества,- напряженность магнитного поля.

• Формула, выражающая связь между векто­рами ,,:, где- магнитная постоянная.

Магнитная проницаемость - безразмер­ная величина, показывающая, во сколько раз магнитное поле макротоков усиливается за счет поля микротоков среды.

Магнитная восприимчивость - безраз­мерная величина, характеризующая свойство вещества намагничиваться в магнитном поле.

• Формула, связывающая магнитную проницае­мость и магнитную восприимчивостьвещества:.

Колебания и волны Механические и электромагнитные колебания

Колебания - движения или процессы, ко­торые характеризуются определенной повторя­емостью во времени.

Свободные (собственные) колебания - колебания, которые совершаются за счет первона­чально сообщенной энергии при последующем от­сутствии внешних воздействий на колебательную систему (систему, совершающую колебания).

Гармонические колебания - колебания, при которых колеблющаяся величина изменяет­ся со временем по закону синуса или косинуса.

Уранение гармонических колебаний величины s: или , гдеА - амплитуда колебаний (максимальное значение колеблющейся величины), - круговая (цикличес­кая) частота,- начальная фаза колебаний в момент времениt=0, - фаза колебаний в момент времениt.

Дифференциальное уравнение гармонических колебаний: .

Период гармонического колебания - промежуток времени Т, в течение которого фаза колебания получает приращение , т. е.,.

Частота колебаний - число полных колебаний, совершаемых в единицу времени. .

• Единица частоты — герц (Гц).

Герц - частота периодического процесса, при которой за 1с совершается один цикл процесса. 1Гц=1с-1.

Период колебания - наименьший проме­жуток времени, по истечении которого система, совершающая колебания, снова возвращается в и же состояние, в котором она находилась в началь­ный произвольно выбранный момент.

Метод вращающегося вектора амплитуды, или метод векторных диаграмм: гармоническое колебание представляется проек­цией на некоторую произвольно выбранную ось вектора амплитуды А, отложенного из произ­вольной точки оси под углом , равным началь­ной фазе, и вращающегося с угловой скоростьювокруг этой точки.

• Представление колеблющейся величины комплексным числом:

Предполагается, что колеблющаяся величи­на s равна вещественной части комплексного выражения, стоящего в этом равенстве справа.

Смещение колеблющейся точки: .

Скорость колеблющейся точки: .

Ускорение колеблющейся точки:

• Амплитуды скорости и ускорения соответ­ственно равны и. Фаза скорости отли­чается от фазы смещения на ,а фаза ускоре­ния на . В моменты времени, когда х=0, приобретает наибольшие значения; когда же х достигает максимального отрицательного значения, то а приобретает наибольшее положитель­ное значение.

Сила, действующая на колеблющуюся материальную точку массой m. .

Кинетическая энергия материальной точ­ки, совершающей прямолинейные гармоничес­кие колебания. .

Потенциальная энергия материальной точки, совершающей гармонические колебания под действием упругой силы F. .

Полная энергия материальной точки, совершающей гармонические колебания. .

Гармонический осциллятор - система, совершающая колебания, описываемые уравне­нием .

Пружинный маятник - груз массой т, подвешенный на абсолютно упругой пружине и совершающий гармонические колебания под действием упругой силы. , где kжесткость пружины.

Дифференциальное уравнение гармонических колебаний пружинного маятника и его решение. или ,.

Период колебаний пружинного маятника: , гдет - масса пружинного маятника; k - жесткость пружины.

Физический маятник - твердое тело, со­вершающее под действием силы тяжести коле­бания вокруг неподвижной горизонтальной оси подвеса, не проходящей через центр масс С тела.

Момент возвращающей силы в случае ес­ли маятник отклонен из положения равновесия на некоторый угол :, где J - момент инерции маятника относительно оси, проходящей через точку О, l - расстояние между точкой подвеса и центром масс маятника, - возвращающая сила; соответ­ствует малым колебаниям маятника, т.е. малым откло­нениям маятника из положения равновесия.

Период колебаний физического маятника: , где J - момент инерции маятника относительно оси ко­лебаний; l - расстояние между точкой подвеса и цен­тром масс маятника; L - приведенная длина физи­ческого маятника; g - ускорение свободного паде­ния.

Приведённая длина физического маятника - длина такого математического маятника, период колебаний которого совпадает с периодом колебаний данного физического маятника. .

Математический маятник - идеализированная система, состоящая из материальной точки, масса которой т, подвешенной на нерастяжимой невесомой нити, и колеблющаяся под действием силы тяжести.

Период колебаний математического маятника: , гдеl - длина маятника.

Амплитуда результирующего колебания, получающегося при сложении двух гармонических колебаний одинакового направления и одинаковой частоты: , гдеА1 и А2 - амплитуды складываемых колебаний; и- их начальные фазы.

Если ,, то ам­плитуда результирующего колебания А равна сумме амплитуд складываемых колебаний. .

Если ,, то амплитуда результирующего колебания равна разности амплитуд складываемых колебаний. .

Начальная фаза результирующего колебания: .

Амплитуда биений. Частота изменения Аб в два раза больше частоты изменения косину­са (так как берется по модулю), т.е. частота би­ений равна разности частот складываемых коле­баний: .

Биения - периодические изменения амплиту­ды колебания, возникающие при сложении двух гармонических колебаний с близкими частотами.

Период биений: .

Уравнение траектории движения точки, участвующей в двух взаимно перпендику­лярных колебаниях одинаковой частоты , где А и В - амплитуды складываемых колебаний; - раз­ность фаз колебаний.

Эллиптически поляризованные колебания - колебания, траектория результиру­ющего колебания которых имеет форму эллип­са. Ориентация осей эллипса и его размеры за­висят от амплитуд складываемых колебаний и разности фаз.

Если ,, то, и эллипс вырождается в отрезок прямой, где знак плюс соответствует нулю и четным значениям т, а знак минус — нечетным значениям т. В данном случае колебания – линейно поляризованные.

Если ,, то. Это уравнение эллипса, оси которого совпадают с осями координат, а его полуоси равны соответствующим амплитудам. Если А=В, то эллипс вырождается в окруж­ность и мы имеем дело с циркулярно поляризо­ванными колебаниями, или колебаниями, по­ляризованными по кругу.

• Фигуры Лиссажу - замкнутые траектории, прочерчиваемые точкой, совершающей одновре­менно два взаимно перпендикулярных колебания.

Форма этих кривых зависит от соотношения амплитуд, частот и разности фаз складываемых колебаний.

Линейная система - идеализированная реальная система, в которой параметры, опреде­ляющие физические свойства системы, в ходе процесса не изменяются.

Колебательный контур - цепь, состо­ящая из включенных последовательно катушки индуктивностью L, конденсатора емкостью С и резистора сопротивлением R, и используемая для возбуждения и поддерживания электромаг­нитных колебаний.

Полная электромагнитная энергия контура в любой момент времени: , где q - заряд на обкладках конденсатора, I - сила тока в контуре.

Эта энергия не изменяется в случае .

Основное уравнение свободных электромагнитных колебаний в контуре: .

Дифференциальное уравнение свободных гармонических колебаний заряда в контуре и его решение ,, где Qm - амплитуда колебаний заряда; - соб­ственная частота контура.

Формула Томсона, устанавливающая связь между периодом Т собственных колебаний в контуре без активного сопротивления, индук­тивностью L и емкостью С контура. .

Затухающие колебания - колебания, амплитуда которых уменьшается со временем.

Дифференциальное уравнение свободных затухающих колебаний линейной системы и его решение: ,, где s - колеблющаяся величина, описывающая физичес­кий процесс; -коэффициент затухания: в случае механических колебаний и в случае электромагнитных колебаний;- циклическая частота свободных незатухающих колебаний той же колебательной системы; - частота затухающих колебаний; - амплитуда зату­хающих колебаний.

Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний и его решение для уста­новившихся колебаний ,, где s - величина, описывающая физический процесс (— для механических колебаний, -для электромагнитных).

Вынужденные механические и вынужденные электромагнитные колебания - колебания, возникающие под действием внешней периодически изменяющейся силы или внешней периодически изменяющейся ЭДС.

Амплитуда вынужденных колебаний: .

Резонансная частота: .

• Резонансная амплитуда: .

• Установившиеся вынужденные электромаг­нитные колебания можно рассматривать как протекание в цепи, содержащей резистор, ка­тушку индуктивности и конденсатор переменно­го тока. Простейшей моделью генератора пере­менного тока может служить проволочная рам­ка, вращающаяся в однородном магнитном поле.

Магнитный поток, сцепленный с рамкой площадью S: , где- угол поворота рамки в момент времени t.

ЭДС индукции, возникающая при враще­нии рамки: .

• Максимальная ЭДС возникает при . .

• Если в однородном магнитном поле рамка вращается равномерно, то в ней возникает пере­менная ЭДС, изменяющаяся по гармоническому закону. .

Переменный ток, текущий через резистор сопротивлением R:

Если напряжение, приложенное к концам участка цепи, , то через резисторпротекает ток I: , где- амплитудное значение силы тока.

Переменный ток, текущий через катушку индуктивностью L:

Если напряжение, приложенное к концам участка цепи, , то через катушку течет ток I: , где - амплитудное значение силы тока.

Реактивное индуктивное сопротивление (ин­дуктивное сопротивление).

.

Падение напряжения на катушке индуктивности: .

Средняя мощность, выделяемая в цепи пе­ременного тока , где

- коэффициент мощности.

• Коэффициент мощности: .

Коэффициент трансформации - отно­шение числа витков в первичной и вторичной об­мотках трансформатора, показывающее, во сколь­ко раз ЭДС во вторичной обмотке трансформатора больше (или меньше), чем в первичной.

.

При k > 1 трансформатор — понижающий, при k < 1 — повышающий.