47. Контактная разность потенциалов. Термоэлектрические явления.

Контактная разность потенциалов — это разность потенциалов между проводниками, возникающая при соприкосновении двух различных проводников, имеющих одинаковую температуру.

Термоэлектри́ческие явле́ния — совокупность физических явлений, обусловленных взаимосвязью между тепловыми и электрическими процессами в металлах и полупроводниках.

К термоэлектрическим явлениям относятся:

Эффект Зеебека

Эффект Пельтье

Эффект Томсона

В некоторой степени все эти эффекты одинаковы, поскольку причина всех термоэлектрических явлений — нарушение теплового равновесия в потоке носителей (то есть отличие средней энергии электронов в потоке от энергии Ферми).

Абсолютные значения всех термоэлектрических коэффициентов растут с уменьшением концентрации носителей; поэтому в полупроводниках они в десятки и сотни раз больше, чем в металлах и сплавах.

48. Термоэлектронная эмиссия. Вакуумный диод.

Термоэлектро́нная эми́ссия (эффект Ричардсона, эффект Эдисона) — явление вырывания электронов из металла при высокой температуре. Концентрация свободных электронов в металлах достаточно высока, поэтому даже при средних температурах вследствие распределения электронов по скоростям (по энергии) некоторые электроны обладают энергией, достаточной для преодоления потенциального барьера на границе металла. С повышением температуры число электронов,кинетическая энергия теплового движения которых больше работы выхода, растёт, и явление термоэлектронной эмиссии становится заметным

Электровакуумный диод — вакуумная двухэлектродная электронная лампа. Катод диода нагревается до температур, при которых возникает термоэлектронная эмиссия. При подаче на анод отрицательного относительно катода напряжения все эмитированные катодом электроны возвращаются на катод, при подаче на анод положительного напряжения часть эмитированных электронов устремляется к аноду, формируя его ток. Таким образом, диод выпрямляет приложенное к нему напряжение. Это свойство диода используется для выпрямления переменного тока и детектирования сигналов высокой частоты. Практический частотный диапазон традиционного вакуумного диода ограничен частотами до 500 МГц

49. Магнитное поле. Вектор магнитной индукции.

При создании в замкнутом проводящем контуре электрического тока необходимо совершить работу по преодолению э.д.с. самоиндукции, перпятствующей нарастанию тока в контуре. По закону сохранения энергии работа А определяет собственную энергию тока в контуре - W = LI²/2; Вместе с ростом тока в цепи возрастает и магнитное поле этого тока. Собственная энергия тока в цепи представляет собой не что иное, как энергию его магнитного поля. Объемной плотностью энергии магнитного поля называется энергия этого поля, отнесенная к его объему : w = dW/dV, где dW - энергия, заключенная в малом объеме dV поля, который выбран таким образом, чтобы в его пределах поле можно было считать однородным. В изотропной и неферромагнитной среде w=BH/2;

50. Закон Био − Савара − Лапласа. Принцип суперпозиции. Поле прямого тока.

Закон Био́—Савара—Лапла́са — физический закон для определения вектора индукции магнитного поля, порождаемого постоянным электрическим током. Был установлен экспериментально в 1820 году Био и Саваром и сформулирован в общем виде Лапласом. Лаплас показал также, что с помощью этого закона можно вычислить магнитное поле движущегося точечного заряда (считая движение одной заряженной частицы током).

При́нцип суперпози́ции — один из самых общих законов во многих разделах физики. В самой простой формулировке принцип суперпозиции гласит:

результат воздействия на частицу нескольких внешних сил есть векторная сумма воздействия этих сил.

Любое сложное движение можно разделить на два и более простых.

Наиболее известен принцип суперпозиции в электростатике, в которой он утверждает, что напряженность электростатического поля, создаваемого в данной точке системой зарядов, есть сумма напряженностей полей отдельных зарядов.

Модель демонстрирует линии индукции магнитного поля прямого проводника при различных значениях силы тока. Индукция магнитного поля может быть измерена в любой точке экрана. За положительное направление вектора выбрано направление против часовой стрелки. Можно убедиться, что индукция магнитного поля прямого тока изменяется обратно пропорционально расстоянию до проводника.

Структура магнитного поля может быть продемонстрирована в качественном эксперименте с железными опилками.

51. Теорема о циркуляции напряженности магнитного поля. Магнитное поле тороида и длинного соленоида.

Циркуляция магнитного поля постоянных токов по всякому замкнутому контуру пропорциональна сумме сил токов, пронизывающих контур циркуляции.

Соленоид – цилиндрическая катушка, состоящая из большого числа витков, равномерно намотанных на сердечник. Тороид можно рассматривать как длинный соленоид, свернутый в кольцо

52. Сила Ампера. Работа перемещения проводника с током в магнитном поле.

Силу, действующую на проводник с током в магнитном поле, называют силой Ампера.

Максимальная сила Ампера равна: F = I·L·B

Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки: если левую руку расположить так, чтобы перпендикулярная составляющая вектора магнитной индукции В входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца были направлены по направлению тока, то отогнутый на 90 градусов большой палец покажет направление силы, действующей на отрезок проводника с током, то есть силы Ампера.

53. Работа перемещения контура с током в магнитном поле.

54. Сила Лоренца.  Движение заряженной частицы в магнитном поле.

Сила Лоренса действует на дижущуюся в магнитном поле заряженную частицу, изменяя при этом только направление скорости (т.к. она перпендикулярна к скорости). Fл = q B V sin (a). Если на частицу в магнитном поле действует сила Лоренса, она начинает закручиваться (или двигаться по спирали) с R = mV/qB и периодом T = 2m/qB;

55. Эффект Холла.

Эффектом Холла называют возникновение поперечного электрического поля в проводнике или полупроводнике с током при помещении его в магнитное поле. Это явление обусловлено влиянием силы Лоренса на движение носителей тока. Напряженность установивщегося поперечного электрического поля Е = R [B*j], где B-индукция, j-вектор плотности тока, R-постоянная Холла.Холловская разность потенци U=RIB/d, где d - линейный размер проводника в направлении вектора В.

56. Опыты Фарадея. Закон электромагнитной индукции.

Электромагнитной индукцией называется возникновение э.д.с. в проводнике при его перемещении в магнитном поле либо в замкнутом проводящем контуре вследствие его движения в магнитном поле или изменения самого поля. Эта э.д.с. назыв. электродвижущей силой электромагнитной индукции. Под её влиянием в замкнутом прводнике возникает эл. ток, называемый индукционным током. Закон Фарадея : э.д.с. электромагнитной индукции пропорциональна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока Фм сквозь поверхность, натянутую на этот контур - Е инд = -dФ/dt; Знак минус в правой части закона эл.-магн. индукции соответствует правилу Ленца : при всяком изменении магнитного потока сквозь поверхность, натянутую на прводящий контур, в контуре возникает индуционный ток такого направления, что его собственное магнитное поле противодействует изменению магнитного потока, вызвавшего индуционный ток.

57. Явление самоиндукции. Индуктивность.

Самоиндукцией наз. возникновение э.д.с. электромагнитной индукции в электрической цепи вследствие изменения в ней электрического тока. Эта э.д.с. наз. электродвижущей силой самоиндукции. Собственный магнитный поток прпорционален току : Фс = LI, где коэффициент пропорциональности L называют индуктивностью. Индуктивность зависит от размеров и формы проводника с током и от свойств окруж. среды ( L = о n²V, где V=lS). Э.Д.С. самоиндукции - Ес = -LdI/dt;

58. Энергия магнитного поля. Плотность энергии магнитного поля.

При создании в замкнутом проводящем контуре электрического тока необходимо совершить работу по преодолению э.д.с. самоиндукции, перпятствующей нарастанию тока в контуре. По закону сохранения энергии работа А определяет собственную энергию тока в контуре - W = LI2/2; Вместе с ростом тока в цепи возрастает и магнитное поле этого тока. Собственная энергия тока в цепи представляет собой не что иное, как энергию его магнитного поля. Объемной плотностью энергии магнитного поля называется энергия этого поля, отнесенная к его объему : w = dW/dV, где dW - энергия, заключенная в малом объеме dV поля, который выбран таким образом, чтобы в его пределах поле можно было считать однородным. В изотропной и неферромагнитной среде w=BH/2

59. Свободные колебания в контуре без активного сопротивления.

60. Цепь переменного тока, содержащая последовательно включенные резистор, катушку индуктивности и конденсатор. Закон Ома для цепи переменного тока.

При наличии индуктивности или ёмкости в цепи переменного тока необходимо учитывать их реактивное сопротивление. В таком случае запись Закона Ома будет иметь вид:

I = U/Z

Здесь Z - полное (комплексное) сопротивление цепи - импеданс. В него входит активная R и реактивная X составляющие. Реактивное сопротивление зависит от номиналов реактивных элементов, от частоты и формы тока в цепи. Более подробно ознакомится с комплексным сопротивлением можно на страничке импеданс.

С учётом сдвига фаз φ, созданного реактивными элементами, для синусоидального переменного тока обычно записывают Закон Омав комплексной форме:

 - комплексная амплитуда тока.   = Iampe jφ  - комплексная амплитуда напряжения.   = Uampe jφ  - комплексное сопротивление. Импеданс. φ - угол сдвига фаз между током и напряжением. e - константа, основание натурального логарифма. j - мнимая единица. Iamp , Uamp - амплитудные значения синусоидального тока и напряжения.

61. Резонанс напряжений.

62. Законы отражения и преломления света. Полное внутреннее отражение.

63. Основные фотометрические единицы (световой поток, сила света, освещенность, светимость и яркость).

64. Расчет интерференционной картины от двух когерентных источников.

Интерференция - устойчивое перераспределение интенсивности света при наложении когерентных волн.

Юнг вырезал две дырки в светонепроницаемой пластине и наблюдал интерференцию от одного источника. (очень похоже на увеличенную дифракционную решетку). Бипризма состоит из двух одинаковых трехгранных призм, сложенных основаниями и изготовленных как одно целое. Преломляющие углы при верхней и нижних вершинах бипризмы очень малы. Свет от источника S преломляется в бипризме и распространяется за ней в виде двух систем волн, соответствующих когерентеым мнимым источникам света S1 и S2. Интерференция этих волн наблюдается в области их перекрытия на экране Э.

65. Способы наблюдения интерференции света. Интерференция света на тонких пленках.

Интерференцию применяют, например, для получения картины внутренних напряжений детали. При этом из прозрачного материала изготавливают точную копию детали. При приложении к детали внешних сил можно в местах деформации наблюдать интерференционную картину. Нанесение на линзы пленок для уменьшения потерь при прохождении света через объектив - наз. просветление оптики.

66. Явление дифракции света и условия ее наблюдения. Принцип Гюйгенса − Френеля.

Принцип Гюйгенса - все точки поверхности, через котрорые проходит фронт волны в некоторый момент времени t, следует рассматривать как источники вторичных волн, а искомое положение фронта в момент времени t+dt совпадает с поверхностью, огибающей все вторичные волны. При этом считается, что в однородной среде вторичные волны излучаются только вперед, т.е. в направлениях, составляющих острые углы с внешней нормалью к фронту волны. Принцип Гюйгенса является чисто геометрическим. Он не указывает способа расчета амплитуды волны. Поэтому принцип Гюйгенса недостаточен для расчета закономерностей распространения световых волн. Приближенный метод решения этой задачи, являющийся развитием принципа Гюйгенса на Основе предложенной Френелем идеи о когерентности вторичных волн и их интерференции при наложении, называется принципом Гюйгенса-Френеля. Этот принцип можно выразить так : 1. при расчете световых колебаний источник можно заменить эквивалентной ему системой вторичных источников - малых участков dS любой замкнутой вспомагательной поверхности S, проведенной так, чтобы она охватывала источник. 2. Вторичные источники когерентны между собой и поэтому возбуждаемые ими волны интерферируют при наложении.

67. Дифракционная решетка и ее применение.

Дифракционная решетка представляет собой систему из большого числа одинаковых по ширине и параллельных дркг другу щелей в экране, разделенных также одинаковыми по ширине непрозрачными промежутками. Сумма ширина одного прозрачного и непрозрачного промежутка называется постоянной или периодом дифракционной решетки.

68. Дифракция рентгеновских лучей. Формула Вульфа − Брэгга. Рентгеноструктурный анализ.

Дифракцию рентгеновских лучей на кристаллах можно истолковать как результат интерференции рентгеновского излучения, зеркально отражающегося от систем параллельных плоскостей, которые проходят через узлы кристаллической решетки. Эти плоскости называются сетчатыми, или атомными, плоскостями кристалла(в кристалле дифракция объемная - т.е. трехмерная). Расстояние между двумя соседними сетчатыми плоскостями наз. межплоскостным расстоянием, а угол между падающим лучом и сетчатой плоскостью - углом скольжения.

69. Дисперсии света. Электронная теория дисперсии. Области нормальной и аномальной дисперсии.

Дисперсия света (разложение света) — это явление, обусловленное зависимостью абсолютного преломления вещества от частоты (или длины волны) света (частотная дисперсия), или, то же самое, зависимость фазовой скорости света в веществе от длины волны (или частоты)

В электронной теории дисперсия рассматривается как результат взаимодействия электромагнитных волн с заряженными частицами, входящими в состав вещества и совершающими вынужденные колебания в переменном электромагнитном поле волны.

70. Поглощение света веществом. Закон Бугера − Ламберта.

Поглощением света наз. явление уменьшения энергии световой волны при ее распространении в веществе, происходящее вследствие преобразования энергии волны во внутреннюю энергию в-ва или в энергию вторичного излучения, имеющего другой спектральный состав и иные направления распространения. Поглощение света может вызывать нагревание в-ва, возбуждение и ионизацию атомов или молекул, фотохимические реакции. Поглощение света описывается законом Бугера-Ламберта, соглано к-рому интенсивность плоской волны монохроматического света уменьшается по мере прохождения через поглощающую среду по экспоненциальному закону : I = Io e^-a'x, где Iо и I - значения интенсивности света на входе и выходе из слоя среды толщиной x, а а' - натуральный показатель поглощения среды, который зависит от природы и состояния поглощающей среды и от длины волны света.