14. Явление электромагнитной индукции. Магнитный поток. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца.

 

Билет 19

1. Явление самоиндукции. Индуктивность. Энергия магнитного поля

Самоиндукция – частный случай электромагнитной индукции.

Самоиндукцией называется явление возникновение индукционного тока в цепи при резком изменении основного тока в цепи

Л₁- лампочка загорается мгновенно

Л₂ – лампочка запаздывает (загорается и гаснет не мгновенно)

П

Л₁

t. c

равило Ленца для явления самоиндукции: Направление индукционного тока в цепи направлено в противоположную сторону изменения основного тока в цепи. Например, если при замыкании цепи ток возрастает от 0 до максимума, индукционный ток этому препятствует, если цепь размыкается и основной ток падает от максимума до 0, то индукционный ток препятствует резкому падению.

Катушка ( ) – это устройство, содержащее некоторое количество витков, которые изолированы друг от друга (лаком) и железного сердечника (в некоторых случаях). Свойство катушки характеризуются индуктивностью.

Железный сердечник – выполнен из листовой электротехнической стали, листы изолированы друг от друга (лаком). Это сделано, что бы избежать появления вихревых магнитных полей, которые приводят к перегреву сердечника, сбоев в работе с катушкой и не экономии электроэнергии.

Индуктивность ( [L]=Гн – генри)- это физическая величина, характеризующая способность контуров с током и окружающей их среды накапливать магнитное поле. Зависит от размеров витков, их количества и наличия железного сердечника.

, где L- коэффициент пропорциональности, n – количество витков катушки, I – сила тока, t- время протекания тока.

Учет самоиндукции в технике: при быстром изменении тока в цепях, содержащих катушки индуктивности (двигатели, генераторы, трансформаторы), например при обрыве цепей, возникает ЭДС индукции, она может достигать очень больших значений – в результате: пробой изоляции. Это учитывается в эл.цепях

Катушки – это источники магнитного поля. Магн. поле обладает энергией.

Доказательство: при замыкании цепей ток постепенно нарастает до определенного значения I_max, то есть совершается работа. Для совершения любой работы необходима энергия.

Энергия магн.поля определяется формулой:

Билет 20

15. Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. Колеба­тельный контур. Превращение энергии при электромагнитных колебаниях.

Колебание – это процесс (движение), которое повторяется через определенный промежуток времени. (например: колебание листьев и деревьев во время ветра, биение сердца, колебание качелей, колебание тела на пружине, колебание струны, колебания поршня в цилиндре, колебания шарика на нити)

Электромагнитное колебание - это периодическое изменение магнитного и электрического полей.

Виды колебаний:

1. Свободные колебания – это колебания, совершенные после действия внешней силы. Являются затухающими. (Эл. колебания, возникающие при разрядке конденсатора. Период колебаний равен Т=10^-6с.)

2. Вынужденные колебания – это колебания, которые совершаются под действием внешней периодической силы. (Работа генератора эл тока)

Механические колебательные системы известны: колебание тела на пружине (автомобиль на рессорах) и колебание шарика на нити (маятник часов).

П римером электромагнитной колебательной системы является КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР.

Электрическая цепь, состоящая из кон­денсатора и катушки, в которой могут происходить свободные электрические колебания, называется колебательным контуром.

W_p=max

W_p=max

W_m=max

W_m=max

W_p=max

Ит.д.

Е_кин=0,

Е_р = max

Е_кин=0,

Е_р = max

Е_кин=0,

Е_р = max

Е_кин=max

Е_р = 0

Е_кин=max

Е_р = 0

Подтверждается фундаментальный закон физики: энергия никуда не исчезает и ни из чего не возникает, а переходит из одного вида в другой.

БИЛЕТ 21

Электромагни́тное по́ле — фундаментальное физическое поле, взаимодействующее с электрически заряженными телами, а также с телами, имеющими собственные дипольные и мультипольные электрические и магнитные моменты. Представляет собой совокупность электрического и магнитного полей, которые могут, при определённых условиях, порождать друг друга, а по сути являются одной сущностью, формализуемой через тензор электромагнитного поля.

Электромагнитное поле (и его изменение со временем) описывается в электродинамике в классическом приближении посредством системы уравнений Максвелла. При переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой электрическое и магнитное поле в новой системе отсчета — каждое зависит от обоих — электрического и магнитного — в старой, и это ещё одна из причин, заставляющая рассматривать электрическое и магнитное поле как проявления единого электромагнитного поля. Электромагни́тное излуче́ние (электромагнитные волны) — распространяющееся в пространстве возмущение (изменение состояния) электромагнитного поля.

Среди электромагнитных полей вообще, порожденных электрическими зарядами и их движением, принято относить собственно к излучению ту часть переменных электромагнитных полей, которая способна распространяться наиболее далеко от своих источников — движущихся зарядов, затухая наиболее медленно с расстоянием. Электромагни́тное излуче́ние ПОДРАЗДЕЛЯЕТСЯ НА:

-радиоволны (начиная со сверхдлинных),

-терагерцовое излучение,

-инфракрасное излучение,

-видимый свет,

-ультрафиолетовое излучение,

-рентгеновское излучение и жесткое (гамма-излучение) Применение: 1) Радиосвязь; 2) Медицина, безконтактный нагрев; 3) трудно сказать где оно не ипользуется; 4) искуственный загар, искуственное освещение для растений; 5) медицина, дефектоскопия.  Свойства: всем электромагнитным излучениям в той или иной свойственны интерференция, дифракция, преломление, и др. Однако, у высокоэнергетического ЭМ-излучения (экстремальный УФ и выше) эти свойства менее выражены. 

Билет № 22

1. Опыты Резерфорда по рассеянию альфа-частиц. Ядерная модель атома. Квантовые постулаты Бора. Лазеры. Испускание и поглощение света атомами. Спектры.

В науке очень долго считалось, что Атом – это наименьшая, НЕДЕЛИМАЯ частиц ве-щества.

1.Первым, кто нарушил эти представления был Томсон: он считал, что атом – это некая положительная субстан-ция, в которую «как изюминки в кекс» вкраплены элек-троны. Важность этой теории – то, что атом перестали признавать неделимым

2. Резерфорд поставил опыт по рассеиванию альфа-частиц. Радиоактивным веществом бомбардировались тяжелые элементы (золотая фольга).

Резерфорд ожидал увидеть светящиеся круги, а увидел светящиеся кольца.

Объяснение Резерфорда: в центре атома находится весь положительный заряд, а электроны ни оказывают ника-кого влияния на поток альфа-частиц.

3. Планетарная модель атома водорода по БОРУ

Квантовые постулаты Бора: 1. Электрон, вращаясь по стационарной орбите энергии не из-лучает. 2. Поглощая или излучая энергию электрон соответственно поднимается на более дальнюю о ядра орбиту (уровень), либо опускается на более близкий к ядру уровень.

Поглощение света

Вынужденное излучение

Спонтанное излучение

Излучая порцию энергии (видимой) атом дает только ему присущий набор длин волн – спектр.

Виды спектров:

1. Спектр излучения (испускания): (дают тела в нагретом состоянии)

а) Сплошной – дают все атомы в твердом, жидком состоянии или плотные газы

б) Линейчатый – дают атомы в газообразном состоянии

2. Спектр поглощения: если через вещество пропустить свет, то это вещество будет поглощать именно те волны, которые излучает в нагретом состоянии (на сплошном спектре появляются темные полоски)

Спектральный анализ – это метод определения химического состава вещества по его спектру излучения или поглощения.

Метод основан на том, что каждому химическому элементу присущ свой набор длин волн.

Применение спектрального анализа: в криминалистике, медицине, в астрофизике.

Спектрограф – это прибор, для проведения спектрального анализа. Спектроскоп отличает-ся от спектрографа тем, что с помощью него можно не просто наблюдать за спектрами, но и сделать фотографический снимок спектра.

23/1 Квантовые свойства света. Фотоэффект и его законы.

Применение фотоэффекта в технике.

ЯВЛЕНИЕ ВЫРЫВАНИЯ ЭЛЕКТРОНОВ ИЗ ВЕЩЕСТВА ПОД ДЕЙСТ¬ВИЕМ СВЕТА НАЗЫВАЕТСЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ЭФФЕКТОМ или ФОТОЭФФЕК-ТОМ. Фотоэффект был открыт Герцем в 1887 г. Количественные закономерности фото-эффекта были установ¬лены выдающимся русским физиком Столетовым. Он открыл три закона фотоэффекта:

1. Сила тока насыщения, т.е. количество электронов, вырываемых светом с поверх-ности металла за секунду, прямо пропорционально падающему световому потоку.

2. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с часто-той света и не зависит от падающего светового потока.

3. Если частота света меньше некоторой определенной для данного вещества мини-мальной частоты, то фотоэффект не происходит ("красная граница фотоэффекта").

Эти законы, открытые экспериментально, не удавалось объяснить на основе элек-тромагнитной теории света. Сделать это смог в 1905 г. Альберт Эйнштейн на основании квантовых представлений о природе света.

Согласно квантовым представлениям свет - это поток частиц - фотонов (световых квантов). Энергия одного фотона равна:

E = h ,

где h = 6,62.10-34 Дж.с - постоянная Планка;

 - частота света, Гц.

На основе представлений о фотоне как частице, которая может излучаться или поглощаться как единое целое, явление фотоэффекта получает простое объяснение: поглощая один фотон, электрон внутри фотокатода увеличивает свою энергию на величину энергии фотона. Если она больше работы выхода

h > A

то электрон может покинуть фотокатод, а оставшаяся часть энергии перейдет в кинетиче-скую энергию электрона:

mV2

h = A + -----

2

Это соотношение называется УРАВНЕНИЕМ ЭЙНШТЕЙНА ДЛЯ ФОТОЭФФЕКТА. Таким образом, удалось объяснить линейную зависимость максимальной скорости фо-тоэлектронов от частоты.

Красная граница фотоэффекта объясняется тем, что электрон не может покинуть фотокатод, если энергия фотона меньше работы выхода. Минимальная частота, при ко-торой начинается фотоэффект, равна:

A

min = ----

h

Фотоэффект позволил создать фотоэлементы - устройства, ток в которых возникает при их освещении. Фотоэлементы используются в киноустановках для воспро¬изведения звука, в устройствах автоматики, в метро.

Билет 24