2 Вопрос:

1.Световые волны представляет собой электромагнитные волны с определенной длиной волны и включают в себя:

• ультрафиолетовое излучение (длины волн лежат в диапазоне от 1 ⋅ 10⁻⁹ до 4 ⋅ 10⁻⁷ м);

• видимый свет (длины волн лежат в диапазоне от 4 ⋅ 10⁻⁷ до 8 ⋅ 10⁻⁷ м);

• инфракрасное излучение (длины волн лежат в диапазоне от 8 ⋅ 10⁻⁷ до 5 ⋅ 10⁻⁴ м).

Видимый свет занимает очень узкий диапазон электромагнитного излучения (4 ⋅ 10⁻⁷ — 8 ⋅ 10⁻⁷ м).

Белый свет представляет собой совокупность световых волн различных длин волн (частот) и при определенных условиях может быть разложен в спектр на 7 составляющих со следующими длинами волн:

• фиолетовый свет — 390–435 нм;

• синий свет — 435–460 нм;

• голубой свет — 460–495 нм;

• зеленый свет — 495–570 нм;

• желтый свет — 570–590 нм;

• оранжевый свет — 590–630 нм;

• красный свет — 630–770 нм.

Длина волны света определяется формулой

λ=v/ν,

где v — скорость распространения световой волны в данной среде; ν — частота световой волны.

Скорость распространения световых волн в вакууме равна ~ 3*10^8 (м/с)

Скорость света в вакууме является максимально возможной скоростью в природе.

При переходе из вакуума в среду с постоянным показателем преломления (n = const) характеристики световой волны (частота, длина волны и скорость распространения) могут изменять свое значение:

• Частота световой волны, как правило, не изменяется:

ν =ν0=const,

• Скорость распространения световой волны уменьшается в n раз:

v=c/n,

• Длина световой волны уменьшается в n раз:

λ=λ0/n

2. Интерференция света – явление, возникающее при наложении когерентных световых волн и выражающееся в перераспределении светового потока в пространстве, в результате чего в одних точках пространства возникают максимумы, а в других минимумы интенсивности. Необходимым условием интерференции волн является их когерентность.

Когерентные волны – две электромагнитные волны с одинаковыми частотами, одинаковой поляризацией, для которых разность начальных фаз остается неизменной за время наблюдения.

Монохроматичные волны – неограниченные в пространстве волны одной определенной и строго постоянной частоты. Так как ни один реальный источник не дает строго монохроматического света, то волны, излучаемые любыми независимыми источниками света, всегда некогерентны. Поэтому на опыте не наблюдается интерференция света от независимых источников, например от двух электрических лампочек. Наибольшую степень монохроматичности имеет лазерное излучение.

БИЛЕТ 14

Второе начало термодинамики определяет направление процессов, происходящих в природе и связанных с превращением энергии.

Превращение теплоты в работу возможно только при наличии нагревателя и холодильника; во всех тепловых машинах полезно используется только часть энергии, передаваемая от нагревателя к холодильнику. (То есть ни один тепловой двигатель не может дать КПД, равный единице).

Существует несколько формулировок второго начала термодинамики.

Второе начало термодинамики (С.Карно) :

Коэффициент полезного действия идеальной тепловой машины определяется только температурой теплоотдатчика и теплоприемника.

Второе начало термодинамики (М. Планк):

В природе невозможен процесс, единственным результатом которого был бы переход теплоты полностью в работу.

Второе начало термодинамики (Р. Клаузиус):

Теплота не может сама собой переходить от тела с более низкой температурой к телу с более высокой температурой.

Энтропия - функция, характеризующая направление протекания самопроизвольных процессов в замкнутой термодинамической системе.

Энтропия (от греч. поворот, превращение) - одно из основных понятий классической физики, введено в науку Р. Клаузиусом.

С макроскопической точки зрения энтропия выражает способность энергии к превращениям: чем большеэнтропия системы, тем меньше заключенная в ней энергия способна к превращениям. С помощью понятия энтропия формулируется один из основных физических законов - закон возрастания энтропии, или второе начало термодинамики, определяющее направление энергетических превращений: в замкнутой системе энтропия не может убывать.

dQ/T = dS

Единица энтропии - джоуль на кельвин (Дж/К).

Коэффициент полезного действия характеризует эффективность работы теплового двигателя.

Из-за неизбежных потерь энергии на трение, на нагревание окружающих тел и т. п. Коэффициент полезного действия всегда меньше единицы.

Соответственно этому Коэффициент полезного действия выражается в долях затрачиваемой энергии, т. е. в виде правильной дроби или в процентах, и является безразмерной величиной.

Коэффициент полезного действия тепловых электростанций достигает 35—40%, двигателей внутреннего сгорания — 40—50%, динамомашин и генераторов большой мощности—95%, трансформаторов—98%.

Коэффициент полезного действия вычисляется по формуле:

h = A/Q1 =(Q1-Q2)/Q1

Тепловой двигатель - это периодически действующий двигатель, совершающий работу за счет получаемого из вне количества теплоты.

2.Силы неэлектростатического происхождения, действующие на свободные носители заряда со стороны источников тока, называются сторонними силами.   Перемещение заряда на этих участках возможно лишь с помощью сил неэлектрического происхождения (сторонних сил)

    Величина, равная работе сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда в цепи, называется электродвижущей силой (ЭДС), действующей в цепи:

.

При перемещении единичного положительного заряда по замкнутой цепи постоянного тока работа сторонних сил равна сумме ЭДС, действующих в этой цепи, а работа электростатического поля равна нулю.

Цепь постоянного тока можно разбить на отдельные участки. Те участки, на которых не действуют сторонние силы (т. е. участки, не содержащие источников тока), называются однородными. Участки, включающие источники тока, называются неоднородными.

При перемещении единичного положительного заряда по некоторому участку цепи работу совершают как электростатические (кулоновские), так и сторонние силы. Работа электростатических сил равна разности потенциалов Δφ₁₂ = φ₁ – φ₂ между начальной (1) и конечной (2) точками неоднородного участка. Работа сторонних сил равна по определению электродвижущей силе ₁₂, действующей на данном участке. Поэтому полная работа равна

U12 = φ1 – φ2 +  12.

Величину U₁₂ принято называть напряжением на участке цепи 1–2. В случае однородного участка напряжение равно разности потенциалов:

U12 = φ1 – φ2.

Немецкий физик Г. Ом в 1826 году экспериментально установил, что сила тока I, текущего по однородному металлическому проводнику (т. е. проводнику, в котором не действуют сторонние силы), пропорциональна напряжению U на концах проводника:

где R = const.

Величину R принято называть электрическим сопротивлением. Проводник, обладающий электрическим сопротивлением, называется резистором. Данное соотношение выражает закон Ома для однородного участка цепи: сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

Для участка цепи, содержащего ЭДС, закон Ома записывается в следующей форме:

IR = U12 = φ1 – φ2 +   = Δφ12 +  .

Это соотношение принято называть обобщенным законом Ома или законом Ома для неоднородного участка цепи.

БИЛЕТ 15

Силы взаимодействия неподвижных зарядов прямо пропорциональны произведению модулей зарядов и обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними:

Силы взаимодействия подчиняются третьему закону Ньютона: Они являются силами отталкивания при одинаковых знаках зарядов и силами притяжения при разных знаках (рис. 1.1.3). Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют электростатическим или кулоновским взаимодействием. Раздел электродинамики, изучающий кулоновское взаимодействие, называют электростатикой.

Закон Кулона справедлив для точечных заряженных тел. Практически закон Кулона хорошо выполняется, если размеры заряженных тел много меньше расстояния между ними.

Коэффициент пропорциональности k в законе Кулона зависит от выбора системы единиц. В Международной системе СИ за единицу заряда принят кулон (Кл).

Кулон – это заряд, проходящий за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А. Единица силы тока (ампер) в СИ является наряду с единицами длины, времени и массы основной единицей измерения.

Коэффициент k в системе СИ обычно записывают в виде:

где – электрическая постоянная.

В системе СИ элементарный заряд e равен: e = 1,602177·10^–19 Кл ≈ 1,6·10^–19 Кл.

Если при распространении электромагнитной волны световой вектор сохраняет свою ориентацию, такую волну называют линейно поляризованной или плоско поляризованной (термин поляризация волн был введен Малюсом применительно к поперечным механическим волнам). Сложение двух взаимно перпендикулярно поляризованных волн и образование эллиптически поляризованной волны

 

Прибор, превращающий естественный свет в поляризованный, называют поляризатором, а прибор, определяющий направление колебаний - анализатором.

Если на анализатор падает поляризованный луч, плоскость поляризации которого составляет угол с плоскостью поляризации анализатора, то интенсивность прошедшего сквозь анализатора луча определяет закон Малюса.

закон Малюса :

,

где Io - интенсивность луча, прошедшего анализатор и поляризатор, когда их плоскости поляризации параллельны; I - интенсивность луча, выходящего из анализатора, без учета потерь в анализаторе в результате поглощения и рассеяния света.

Поляризованный свет можно получить, используя отражение или преломление света от диэлектрических изотропных сред (например, от стекла). Если угол падения света на границу раздела двух диэлектриков отличен от нуля, отраженный и преломленный лучи оказываются частично поляризованными. В отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные плоскости падения (на рис. 5.9 эти колебания обозначены точками), в преломленном луче – колебания, параллельные плоскости падения (на рис. 5.9 они изображены двусторонними стрелками).

С тепень поляризации того и другого луча зависит от угла падения луча. У каждой пары прозрачных сред существует такой угол падения, при котором отраженный свет становится полностью плоскополяризованным, а преломленный луч остается частично поляризованным, но степень его поляризации при этом угле максимальна (рис. 5.10). Этот угол называется углом Бpюстеpа. Угол Брюстера определяется из условия

,

где   – относительный показатель преломления двух сред. Можно показать, что при падении волны под углом Брюстера отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны.

Таким образом, пластинка диэлектрика сортирует лучи естественного света, отражая преимущественно лучи с одним направлением колебаний и пропуская перпендикулярные колебания.

Билет №16