VIII.Электромагнитные явления.

М агнитное поле. Источники поля: магнит, проводник с током, поток заряженных частиц.

Характеристика поля – вектор индукции магнитного поля ,

– нормаль к рамке, направление определяется по правилу буравчика

или правой руки, или с помощью магнитной стрелки.

М – вращающий момент, S – площадь рамки. M=ISB Sin α, где α – угол

между Принцип суперпозиции . Магнитное поле в веществе:

Закон Ампера α – угол между и направлением тока. Правило левой руки.

Сила Лоренца , α – угол между и ; если α = 90⁰ - частица движется по окружности.

Взаимодействие токов: Взаимодействие движущихся зарядов:

Электромагнитная индукция. Магнитный поток Ф = ВSCosα, α – угол между и . [Ф]=[Вб]=[Тл∙м²]=[В∙с].

Индукционный ток. ~ ~ ~ . . Закон электромагнитной индукции (для одного витка) ﻉ_i = - ; .

Правило Ленца – определяет направление индукционного тока. Э.Д.С. в движущихся проводниках. ﻉ_i = VBlSin α, α – угол между и .

Э.Д.С. самоиндукции ﻉ_is = - ; L-индуктивность, зависит от размеров и формы проводника и наличия сердечника. Ф = LI.

[L] = [Гн] = [ ]. Энергия магнитного поля катушки ( по аналогии с Е_к = ).

Электромагнитные колебания. Свободные – колебательный контур. Зарядили конденсатор: q = q_mCosω₀t, i = 0, U = U_maх, W_м = 0,W_э = W_{э maх} .

Закон сохранения энергии: W = W_{м maх} = W_{э maх} = W_э+ W_м. Частота колебаний в контуре: ; -формула Томсона

- полное сопротивление колебательного контура в цепи ~ тока.

Вынужденные колебания. 1.Генератор ~ тока. Вынужденные колебания в цепи: ﻉ _мSin ωt; ﻉ _м = BSω;

2. Трансформатор. Ф = Ф_мCosω₀t; е = ω₀Ф_мSinω₀t; k = - коэффициент трансформации; к > 1 - понижающий,

к < 1 – повышающий. Нагрузочный режим: I₁U₁ ≈ I₂U₂; - передача со снижением потерь (Q=I²Rt).

а) В резисторе: ; .

б) Цепь ~ тока с ёмкостью: q = CU_мСosωt; ; i опережает U; I_м = U _м ωС → Х_с =

в) Цепь ~ тока с индуктивностью: U опережает . U_м = I_мLω → Х_L = Lω._.

Излучение электромагнитных волн. 1. плотность электромагнитного поля: w_э.м= ε₀ E²; 2. Уравнение волны: Е = Е₀ Sin ω(t-x/v); B = B₀ Sin ω(t-x/v)

3. Интенсивность электромагнитной волны: I ~ E₀²; I ~ν⁴. 4. Интенсивность излучения точечного источника: I ~

5. Спектр электромагнитных волн. Шкала электромагнитных излучений: 1 мм – 770 нм – до видимого; 770 – 380 нм – видимое;

380 – 10 нм – ультрафиолетовое; 10 – 10^-3 нм – рентгеновское; < 10^-3 – γ – излучение.

Iх. Геометрическая оптика (используется понятие луча).

Законы. 1. В однородной среде свет распространяется прямолинейно. Количество изображений в 2-х зеркалах:

2. Отражение света. (α-угол между зеркалами)

а)Плоское α = α изображение мнимое, симметричное

зеркало

относительно оси зеркала.

б )Вогнутое зеркало.

Фокус F–действительный, .

Изображения точки в вогнутом зеркале: d>2F – действительное, f>F;

d=2F –действительное, f = 2F; F<d<2F – действительное, f >2F; d<F – мнимое.

в) Выпуклое зеркало. Фокус F – мнимый. В выпуклом зеркале все изображения мнимые.

3.Преломление света.

n₂ > n₁, α > β; n = ,

где с – скорость света в вакууме, ε – диэлектрическая проницаемость, m - магнитная проницаемость.

n₂ < n₁, α < β; - полное внутреннее отражение.

n₁ n₁

n₂ > n₁ n₂ < n₁

n₂ n₂

Ход лучей в призме:

Линзы.

Собирающая Рассеивающая

Формула линзы ; , ”+” – к выпуклой стороне, ”-“ – к вогнутой стороне.

Оптическая сила линзы: ; [D] = [ ] = [1 дптр]. D_{системы} = ±D₁±D₂±∙··±D_N. Линейное увеличение Г = .

Построение изображений:

а) в собирающей линзе . d > 2F – уменьшенное, перевёрнутое, действительное;

d = 2F – в натуральную величину, перевёрнутое, действительное;

F < d < 2F – увеличенное, перевёрнутое, действительное;

d = F – в ∞;

d < F – увеличенное, прямое, мнимое.

в) В рассеивающей линзе все изображения мнимые.

Х. Волновые свойства света.

Постулаты Эйнштейна: 1. Скорость света в вакууме = const во всех инерциальных СО, не зависит от скоростей источника и

приемника, с = 3∙ 10⁸ м / с .

2.Во всех инерциальных СО все процессы природы протекают одинаково.

Дисперсия света – n(ν). ; n_ф > n_кр, V_ф < V_кр.

Интерференция. Условие максимума интерференции:: , ∆–геометрическая разность хода волн в вакууме.

Оптическая разность хода в среде с показателем преломления n : δ = n ∙ ∆ ;

Условие минимума , m= 0; ±1; ±2…

Дифракция. 1. Условие для минимума при дифракции на щели: a Sin α_max = mλ; m = 0; ±1; ±2; …; a - ширина щели.

2. Дифракционная решётка:

∆ = d Sin α. Условие maх: dSinα = mλ;

d– период решётки, d = .

Поляризация.

ХI. ЭЛЕМЕНТЫ СПЕЦИАЛЬНОЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ (инерциальные СО).

1. Постулаты ТО – постулаты Эйнштейна.

2. Следствия. Относительность – одновременности; промежутков времени: ; ( )

расстояний: . 3. Закон сложения скоростей: ( ).

4. Зависимость массы от скорости: (как в механике);

5. Связь между массой и энергией: E = mc²; ∆E = ∆mc². Для скоростей близких к скорости света W_к = ∆E.

Е = m₀c² + W_к ; mc² = m₀c² + W_к

ХII. ЭЛЕМЕНТЫ КВАНТОВОЙ ФИЗИКИ.

Характеристики фотона: m_о =0; ; .

Закон Вина: ν_m =b₁T; λ_m T = b; b = 3∙10³ мкм∙К – постоянная Вина.

Закон Стефана – Больцмана: R_T = σ T⁴; σ = 5,67∙10^-8 Вт/ (м²∙К⁴) - постоянная Стефана – Больцмана.

Фотоэффект. Законы фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна ; ; А = hν_кр = ; v_кр. = v_min; λ_кр.= λ_maх .

Эффект Комптона. ∆λ = ; λ_к = = 2,4·10^-4 м – комптоновская длина волны электрона.

Давление света. Химическое действие света.

Волновые свойства частиц. Длина волны де Бройля:

ХIII. ЭЛЕМЕНТЫ АТОМНОЙ ФИЗИКИ.

Планетарная модель атома. А(массовое число) = Z(количество протонов) + N(количество нейтронов).

П

E

0

E_e = 0 ¥ - E _{ионизации}

6

4 радиоволны

3 инфракрасное

2 с.Бальмера

видимое

ультрафиолетовое

с. Лаймана

остулаты Бора. Энергия излучения фотона hν_kn = E_k – E_n.

Частоты излучения атома водорода ,

R – постоянная Ридберга, R = 3,2∙10¹⁵ c^-1.

Величина энергии основного состояния электрона

в атоме водорода , n – номер уровня.

Энергия ионизации Е_i = -13,53 эB = 2,2∙10^-18 Дж.

Виды излучений (спектры излучения).

Радиоактивность. Реакции радиоактивного распада:

Закон радиоактивного распада . Активность радиоактивного вещества: . . [А]=[Бк]; 1 Ku =3,7·10¹⁰ Бк

Доза поглощенного излучения: 1 Гр = 1 Дж / кг

Основные элементарные частицы: β – частицы: электрон ; Позитрон Протон

Дейтрон Нейтрон α – частица:

Энергия связи атомных ядер: Е_св = ∆Мс² = (Zm_p + Nm_n - M_я) с²; 1 а.е.м. ÷931,5 МэВ.

Энергетический выход ядерной реакции ∆Е = ; ∑М_0л.ч. > ∑М_{0 пр.ч.} – энергия выделяется. ∆Е = Е_{св. пр.ч.} – Е_{св. л.ч.}