Билет №21: 1) Электрическое поле — одна из двух компонент электромагнитного поля, представляющая собой векторное поле, существующее вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом, а также возникающее при изменении магнитного поля (например, вэлектромагнитных волнах). Электрическое поле непосредственно невидимо, но может быть обнаружено благодаря его силовому воздействию на заряженные тела.

Электри́ческий заря́д — это физическая скалярная величина, определяющая способность тел быть источником электромагнитных полей и принимать участие в электромагнитном взаимодействии. Впервые электрический заряд был введён в законе Кулона в 1785 году.

Единица измерения заряда в СИ — кулон — электрический заряд

Зако́н Куло́на — это закон, описывающий силы взаимодействия между точечными электрическими зарядами.

НАПРЯЖЕННОСТЬ ПОЛЯ — векторная величина, характеризующая электрическое или магнитное поле.

Напряженность электрического поля — векторная величина Е, равная отношению силы dF, действующей на положительный заряд dQ, помещенный в некоторую точку электрического поля, к величине этого заряда:

2) По своим физическим свойствам и молекулярной структуре твердые тела разделяются на два класса – аморфные и кристаллические тела. Характерной особенностью аморфных тел является их изотропность, то есть независимость всех физических свойств (механических, оптических и т. д.) от направления. Молекулы и атомы в изотропных твердых телах располагаются хаотично, образуя лишь небольшие локальные группы, содержащие несколько частиц (ближний порядок).

По своей структуре аморфные тела очень близки к жидкостям. Примерами аморфных тел могут служить стекло, различные затвердевшие смолы (янтарь), пластики и т. д. Если аморфное тело нагревать, то оно постепенно размягчается, и переход в жидкое состояние занимает значительный интервал температур. В кристаллических телах частицы располагаются в строгом порядке, образуя пространственные периодически повторяющиеся структуры во всем объеме тела. Для наглядного представления таких структур используются пространственныекристаллические решетки, в узлах которых располагаются центры атомов или молекул данного вещества.

Чаще всего кристаллическая решетка строится из ионов (положительно и отрицательно заряженных) атомов, которые входят в состав молекулы данного вещества. Например, решетка поваренной соли содержит ионы Na+ и Cl–, не объединенные попарно в молекулы NaCl. Такие кристаллы называются ионными.

Типы химических связей в кристаллах. В зависимости от природы частиц и от характера сил взаимодействия различают четыре вида химической связи в кристаллах: ковалентную, ионную, металлическую и молекулярную.

Ковалентная связь

Кристаллы с ковалентной связью диэлектрики или полупроводники. Типичными примерами атомных кристаллов могут служить алмаз, германий и кремний.

Ионная связь

Основная статья: Ионная связь

В узлах кристаллической решётки помещаются положительно и отрицательно заряженные ионы.

Силы взаимодействия между узлами являются в основном электростатическими (кулоновскими). Связь между такими частицами называется гетерополярной или ионной.

Кристаллы с ионной связью при низких температурах являются диэлектриками. При температурах близких к температуре плавления они становятся проводниками электричества. Примером кристаллов с ионной решёткой являются кристаллы каменной соли (NaCl).

Металлическая связь

Основная статья: Металлическая связь

Особый тип связи, характерный для металлов и металлидов. Во всех узлах кристаллической решётки расположены положительные ионы металла. Между ними беспорядочно, подобно молекулам газа, движутся валентные электроны, отщепившиеся от атомов при образовании ионов. Эти электроны играют роль цемента, удерживая вместе положительные ионы; в противном случае решётка распалась бы под действием сил отталкивания между ионами. Вместе с тем и электроны удерживаются ионами в пределах кристаллической решётки и не могут её покинуть. Силы связи не локализованы и не направлены. Поэтому в большинстве случаев проявляются высокие координационные числа (например, 12 или 8). Свободно движущиеся электроны обусловливают высокую электро- и теплопроводность.

Большинство металлов имеет кристаллические решётки одного из трёх типов: кубическую объёмно-центрированную, кубическую гранецентрированную и, так называемую, плотную гексагональную.

Молекулярная

Основная статья: Молекулярный кристалл

В узлах кристаллической решётки помещаются определённым образом ориентированные молекулы. Силы связи между молекулами в кристалле имеют ту же природу, что и силы притяжения между молекулами, приводящие к отклонению газов от идеальности. По этой причине их называют ван-дер-ваальсовскими силами.

Для кристаллов с молекулярными связями характерны низкие температуры плавления и высокая сжимаемость.

Водородная связь

Основная статья: Водородная связь

Особая разновидность молекулярной связи — водородная связь. При определённых условиях атом водорода может быть связан довольно прочно с двумя другими атомами. Имея лишь одну стабильную орбиталь, атом водорода способен образовывать только одну ковалентную связь. Эта связь может, однако, резонировать между двумя положениями. Наибольшее значение имеют те водородные связи, которые образуются между двумя сильно электроотрицательными атомами, в особенности между атомами азота, кислорода и фтора.

Водородные связи, образуемые молекулами воды, обусловливают удивительно высокие точки плавления льда и кипения воды, существование максимума плотности воды, расширение воды при замерзании. Многие особые свойства неорганических и органических молекул, например димеризация жирных кислот, объясняются образованием водородных связей. Водородная связь — особенно важная структура белков особенность белков и нуклеиновых кислот.

Молекулярные связи образуют, например, следующие вещества: H₂, N₂, O₂, CO₂, H₂O.

Билет №22:

• 1 Электромагнитный потенциал — четырёхмерная величина (4-вектор), характеризующая электромагнитное поле. Играет фундаментальную роль как в классической, так и в квантовой электродинамике.

Электромагнитный потенциал можно представить состоящим из потенциалов электромагнитного поля φ и A, рассматриваемых в традиционной трехмерной формулировке электродинамики как отдельные величины, определяющие вместе электромагнитное поле:

• скалярного (в трёхмерном смысле) потенциала φ, вместе с A определяющего электрическое поле;

в частности, для постоянных полей или при условиях, позволяющих пренебречь быстротой их изменения, скалярный потенциал выступает как

• Электростатический потенциал — через который электростатическое поле определяется полностью;

• и векторного потенциала A — трёхмерного вектора, полностью определяющего магнитное поле, а электрическое поле определяющего вместе с φ.

• Гравитационный потенциал — в Ньютоновской теории гравитации — скалярная величина, характеризующая гравитационное поле; в современных теориях гравитации — обычно тензорное поле (например в ОТО — поле метрики).

• Скалярный или векторный потенциал в других теориях: скалярный и векторный потенциалы находят применение и в других физических теориях. Иногда их роль достаточно формальна и вспомогательна, в таких случаях часто имеется в виду потенциал в чисто математическом понимании. Однако такие потенциалы присутствуют и в достаточно фундаментальных теориях, где играют и фундаментальную физическую роль, в целом более или менее соответствующую роли электромагнитного 4-потенциала потенциала в электродинамике; это касается в первую очередь фундаментальных скалярных и векторных полей, например, векторных полей в теории электрослабого взаимодействия и векторного глюонного поля, скалярного поле Хиггса. Впрочем, нередко в таком применении слово потенциал опускается и говорят просто о поле.

• Термодинамические потенциалы.

• Химический потенциал — термодинамическая функция.

• Электродный потенциал, в электрохимии используют также понятия:

  • Гальвани-потенциал (Потенциал Гальвани)

  • Вольта-потенциал (Потенциал Вольта)

• В теоретической физике слово потенциал употребляется зачастую абстрактно, в том же смысле, как это принято в математике.

• Также в теоретической физике термин потенциал нередко служит кратким синонимом термина потенциальная энергия.

РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ электрическая (для потенциального электрического поля то же, что напряжение электрическое) между двумя точками пространства (цепи); равна работе электрического поля по перемещению единичного положительного заряда из одной точки поля в другую. В СИ измеряется в вольтах. Разность потенциалов электрического поля Земли между двумя уровнями, отстоящими друг от друга на величину роста человека, > 200 В. Однако человек не чувствует этой разности потенциалов и его не поражает током, поскольку он является хорошим проводником и как любой проводник искажаетэлектрическое поле так, что все точки его поверхности находятся под одинаковым потенциалом.

Связь между напряженностью и разностью потенциалов выражаеться формулой E=-grad w, где w- потенциал. А grad - "градиент" - дифференциальный оператор. Теперь если брать одномерный случай то. E=- dw/dx, и если поле равномерно то перейдя от диференциалов к конечным разностям получим "школьную" формулу. E= -(w2-w1)/x=(w1-w2)/x. Где (w1-w2) - разность потенциалов между двумя точками,х-расстояние между ними.

2) Световой поток — физическая величина, характеризующая количество «световой» мощности в соответствующем потоке излучения. Иными словами, «cветовой поток является величиной, пропорциональной потоку излучения, оценённому в соответствии с относительной спектральной чувствительностью среднего человеческого глаза»

Освещённость — световая величина, равная отношению светового потока, падающего на малый участок поверхности, к его площади Законы освященности: Первый закон освещённости: освещённость поверхности точечным источником прямо пропорциональна силе света источника и обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника до освещаемой поверхности.  Второй закон освещённости: освещённость поверхности прямо пропорциональна косинусу угла падения лучей.  Объединенный закон освещённости: освещённость, создаваемая точечным источником света на некоторой площадке, прямо пропорциональна силе света источника и косинусу угла падения лучей и обратно пропорциональна квадрату расстояния до площадки от источника  Магнитная проницаемость среды — эта величина показывает, во сколько раз магнитная индукция поля, создаваемого током в данной среде, больше, чем в вакууме. Для радиолюбительских целей можно принять, что магнитная проницаемость сердечника примерно показывает, во сколько раз увеличится индуктивность катушки, с этим сердечником, по сравнению как с индуктивностью той же катушки без сердечника.

Билет №23:

1) Электроемкость уединенного проводника — физическая величина, равная отношению электрического заряда уединенного проводника к его потенциалу: ~C = \frac{q}{\varphi}. В СИ единицей электроемкости является фарад (Ф).  1 Ф — это электроемкость такого проводника, потенциал которого изменяется на 1 В при сообщении ему заряда в 1 Кл. Поскольку 1 Ф очень большая единица емкости, применяют дольные единицы: 1 пФ (пикофарад) = 10-12 Ф, 1 нФ (нанофарад) = 10-9 Ф, 1 мкФ (микрофарад) = 10-6 Ф и т.д.  Электроемкость проводника не зависит от рода вещества и заряда, но зависит от его формы и размеров, а также от наличия вблизи других проводников или диэлектриков. Действительно, приблизим к заряженному шару, соединенному с электрометром, незаряженную палочку (рис. 1). Он покажет уменьшение потенциала шара. Заряд q шара не изменился, следовательно, увеличилась емкость. Это объясняется тем, что все проводники, расположенные вблизи заряженного проводника, электризуются через влияние в поле его заряда и более близкие к нему индуцированные заряды противоположного знака ослабляют поле заряда q. 

Конденсаторы и их соединения: 1) Параллельное соединение конденсаторов. 2) Последовательное соединение конденсаторов. 3) Последовательно-параллельное (смешанное) соединение конденсаторов

Энергия заряженного конденсатора

Если на обкладках конденсатора электроемкостью С находятся электрические заряды +q и -q, то согласно формуле (20.1) напряжение между обкладками конденсатора равно

В процессе разрядки конденсатора напряжение между его обкладками убывает прямо пропорционально заряду q от первоначального значения U до 0.

Среднее значение напряжения в процессе разрядки равно

Для работы А, совершаемой электрическим полем при разрядке конденсатора, будем иметь:

Следовательно, потенциальная энергия W_p конденсатора электроемкостью С, заряженного до напряжения U, равна

Энергия конденсатора обусловлена тем, что электрическое поле между его обкладками обладает энергией. Напряженность Е поля пропорциональна напряжению U, поэтому энергия электрического поля пропорциональна квадрату его напряженности.

2) Интерфере́нция све́та — перераспределение интенсивности света в результате наложения (суперпозиции) нескольких световых волн. Это явление сопровождается чередующимися в пространстве максимумами и минимумами интенсивности. Её распределение называется интерференционной картиной.

Билет №24: 1) Постоя́нный ток — электрический ток, параметры, свойства и направление которого не изменяются (в различных смыслах) со временем. Характеризуется параметрами - Вольт (V), Ампер (А), Ом(R) и Ватт (W).

Электродвижущая сила (ЭДС) — скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних (непотенциальных) сил висточниках постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль контура.

Зако́н О́ма — физический закон, определяющий связь электродвижущей силы источника или электрического напряжения с силой тока и сопротивлением проводника. Экспериментально установлен в 1826 году, и назван в честь его первооткрывателя Георга Ома.

В своей оригинальной форме он был записан его автором в виде :  ,

Здесь X — показания гальванометра, т.е в современных обозначениях сила тока I, a — величина, характеризующая свойства источника тока, постоянная в широких пределах и не зависящая от величины тока, то есть в современной терминологии электродвижущая сила (ЭДС)  , l — величина, определяемая длиной соединяющих проводов, чему в современных представлениях соответствует сопротивление внешней цепи R и, наконец, b параметр, характеризующий свойства всей установки, в котором сейчас можно усмотреть учёт внутреннего сопротивления источника тока r^[1].

В таком случае в современных терминах и в соответствии с предложенной автором записи формулировка Ома (1) выражает

Закон Ома для полной цепи:

где:

•  — ЭДС источника напряжения(В),

•  — сила тока в цепи (А),

•  — сопротивление всех внешних элементов цепи (Ом),

•  — внутреннее сопротивление источника напряжения (Ом).

2) Дифракция света, явления, наблюдающиеся при распространении света мимо резких краёв непрозрачных или прозрачных тел, сквозь узкие отверстия. При этом происходит нарушение прямолинейности распространения света, т. е. отклонение от законов геометрической оптики. Вследствие Д. с. при освещении непрозрачных экранов точечным источником света на границе тени, где, согласно законам геометрической оптики, должен был бы происходить скачкообразный переход от тени к свету, наблюдается ряд светлых и тёмных дифракционных полос. Поскольку дифракция свойственна всякому волновому движению, открытие Д. с. в 17 в. итальянским физиком и астрономом Ф. Гримальди и её объяснение в начале 19 в. французским физиком О. Френелем явились одним из основных доказательств волновой природы света.

Дифракционная решётка — оптический прибор, действие которого основано на использовании явлениядифракции света. Представляет собой совокупность большого числа регулярно расположенных штрихов (щелей, выступов), нанесённых на некоторую поверхность. Первое описание явления сделал Джеймс Грегори, который использовал в качестве решётки птичьи перья.

Билет №25: 1) Последовательное и параллельное соединения в электротехнике — два основных способа соединения элементовэлектрической цепи. При последовательном соединении все элементы связаны друг с другом так, что включающий их участок цепи не имеет ни одного узла. При параллельном соединении все входящие в цепь элементы объединены двумя узлами и не имеют связей с другими узлами, если это не противоречит условию.

При последовательном соединении проводников сила тока во всех проводниках одинакова.

При параллельном соединении падение напряжения между двумя узлами, объединяющими элементы цепи, одинаково для всех элементов. При этом величина, обратная общему сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям параллельно включенных проводников.

 Закон Ома для участка цепи. Немецкий физик Георг Ом (1787—1854) в 1826 г. обнаружил, что отношение напряжения U между концами металлического проводника, являющегося участком электрической цепи, к силе тока Iв цепи есть величина постоянная:

.

Эту величину R называют электрическим сопротивлением проводника.    Единица электрического сопротивления в СИ — ом (Ом). Электрическим сопротивлением 1 Ом обладает такой участок цепи, на котором при силе тока 1 А напряжение равно 1 В:

 .

Опыт показывает, что электрическое сопротивление проводника прямо пропорционально его длине l и обратно пропорционально площади S поперечного сечения:

 .

Постоянный для данного вещества параметр   называется удельным электрическим сопротивлением вещества.    Экспериментально установленную зависимость силы тока I от напряжения U и электрического сопротивления Rучастка цепи называют законом Ома для участка цепи:

 

2) Диспе́рсия све́та (разложение света) — это явление, обусловленное зависимостью абсолютного показателя преломлениявещества от частоты (или длины волны) света (частотная дисперсия), или, то же самое, зависимость фазовой скорости света в веществе от длины волны (или частоты). Экспериментально открыта Ньютоном около 1672 года, хотя теоретически достаточно хорошо объяснена значительно позднее.

Цвета тел

Пробовали ли вы когда-нибудь смотреть на мир сквозь цветные стекла? На средней фотографии вы видите две ракетки и шарик для настольного тенниса. Взглянем на эти предметы сквозь зеленое стекло (левое фото). Белый шарик стал зеленым, красная ракетка – черной, а зеленая – сохранила свой цвет. Если же мы возьмем красное стекло, то белый шарик станет красным, зеленая ракетка – черной, а красная – сохранит свой цвет (правое фото).

От чего же зависит цвет тел? Оказывается, от двух причин: а) способности различных тел неодинаково хорошо отражать лучи раличного цвета и б) спектрального состава лучей, освещающих эти тела.

Первая причина проста. Если правая ракетка видится нам зеленой, значит, из всего спектра падающего на нее белого света отражаются только желто-зелено-голубые лучи (см. спектр на левой странице). Лучи остальных цветов ракетка не отражает, то есть поглощает.

Аналогично, красное стекло потому и красное, что поглощает все лучи, пропуская через себя лишь красно-оранжевые. Поэтому, наблюдая зеленую ракетку сквозь такое стекло, мы видим ее черной. Красно-оранжевых лучей она не испускает, а зеленые поглощаются стеклом. В результате свет от этой ракетки в наш глаз не поступает, что мы и расцениваем как черный цвет.

Вторая причина. Предположим, что ракетки освещены не белым светом (в спектре которого есть все цвета), а красным прожектором. Зеленая ракетка опять покажется нам черной. Красные лучи прожектора она поглощает, а зеленых лучей в его свете нет. В результате от зеленой ракетки не отразится никакого света. Поэтому даже без цветных стекол она будет казаться нам черной.