Электромагнетизм

Основные понятия и формулы:

Электрический заряд – это физическая величина, характеризующая свойство частиц или тел вступать в электромагнитные силовые взаимодействия.

Заряд электрона – 1,6*10^-19 Кл

Электростатическое поле – это частный вид электрического поля. Оно создается совокупностью электрических зарядов, неподвижных в пространстве (по отношению к наблюдателю) и неизменных во времени.

Напряженность - векторная физическая величина, характеризующая электрическое поле в данной точке и равная отношению силы F (сила, действующая на неподвижный точечный заряд; q – величина этого заряда).

Потенциал – это физическая скалярная величина, характеризующая энергетическое состояние поля. (Дж/Кл = В(ольт))!!!! !!!!

Силовой линией электрического поля называется линия, в каждой точке которой касательная совпадает с вектором напряженности поля. Правило построение от + к -

Проводник – это вещества, содержащие большое количество свободных зарядов.

Электроемкость проводника – это величина равная заряду, который надо сообщить проводнику, чтобы увеличить его потенциал на единицу. (Кл/В = Ф(арада))

Конденсатор – система из 2х и более проводников, разделенных диэлектриком. Проводник является обкладкой конденсатора и на них подается заряд равный по величине, но противоположный по знаку.

Емкость конденсатора – равна отношению заряда одной из обкладок к разности потенциала этих обкладок.

Емкость плоского конденсатора S-площадь обкладки d-расст между обкл, эпсилон – диэлектрическая проницаемость диэлектрика, эпсилон ноль – электрическая постоянная (8,86*10^-12 А²*с⁴/кг*м³)

Диэлектрик – это вещества не содержащие свободных зарядов.

Диэлектрическая проницаемость вещества – безразмерная физическая величина, характеризующая свойства изолирующей (диэлектрической) среды.

Ток проводимости – упорядоченное движение заряженных частиц в проводнике условия существования тока в цепи – замкнуть цепь и создать силы, способные перемещать заряд навстречу электростатическому полю

Сила тока – равна заряду проходящему через сечение проводника за единицу времени (для постоянного I=q/t) Кл/с=А(мпер)

Плотность тока - равна заряду, проходящему за единицу времени через единичную поверхность, перпендикулярную направлению движения зарядов. (А/м²) для пост. j=I/S, для металлических проводников j=e*n*V, е-заряд электрона, n-концентрация е, V – средн скор упорядоченного движения

ЭДС – величина равная работе сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда между полюсами источника (Дж/Кл=В(ольт))

Сторонние силы – это силы, вызывающие перемещение электрических зарядов внутри источника постоянного тока против направления действия сил электростатического поля. Его создает источник тока.

Сопротивление – это физическая величина, характеризующая свойство проводника препятствовать прохождению электрического тока. Выше темп/проводник больше/шире/плотнее – сопротивление больше. Не зависит от силы тока и напряжения.

Резистор – элемент электрической цепи, обладающим активным сопротивлением.

Напряжение – физ величина, характ работу электрического поля по перемещению ед заряда между 2-мя точками.

Последовательное и параллельное соединение конденсаторов и резисторов (нарисовать, _{Собщ, Rобщ}) КОНДЕНСАТОРЫ – послед 1/C_общ=1/С1+1/С2… паралл - C_общ= С1+С2+..

РЕЗИСТОРЫ – послед R_общ=R1+R2+… паралл 1/R_общ=1/R1+1/R2+… R_общ=R/n

Узел цепи – точка соединения трех и более ветвей

Полупроводник – занимает промежуточное положение между проводником и диэлектриком, число свободных зарядов непостоянно и зависит от различных факторов (нагрев, облучение и т.д.) В одних условиях они проявляют свойства проводников, в других – диэлектриков.

Дырка – квазичастицы, т.к. обладают некоторыми свойствами настоящих частиц (заряд, способность к перемещению), заряд +

Собственная – проводимость чистого полупроводника примесная проводимость - электрическая проводимость, обусловленная наличием в полупроводнике донорных или акцепторных примесей

P-n переход - область соприкосновения двух полупроводников с разными типами проводимости — дырочной (р)и электронной(n). В следствие диффузии носителей в области контакта возникает двойной электрический слой, поле которого возрастая, начинает препятствовать дальнейшему переходу носителей и при некотором значении устанавливается равновесие (запирающее поле). Таким образом, ток будет течь только по направлению от p(+) --> n(-) (свойство односторонней проводимости)

Особенности магнитного поля – возникает только около движущихся зарядов и действует только на движ. заряды; у магн поля силовые линии всегда замкнуты (вихревые поля)

Магнитный момент – величина равная P=I*S

Магнитная индукция – величина, численно равная максимальному моменту силы, действующей на контур в данной точке поля, деленная на магнитный момент контура. (Н/А*м=Тл) B=М_max/I*S

Сила Лоренца - сила, с которой электромагнитное поле, действует на точечную заряженную частицу. Определяется по правилу левой руки F=q*B*V*sinα

Напряженность магнитного поля – называется вектором М-напряженность магнитного поля, В – индукция, мю – магн пост, J-вектор намагниченности.

Магнитная проницаемость вещества - показывает во сколько раз индукция магнитного поля в данном веществе отличается от индукции магнитного поля в вакууме. в вакууме и воздухе

Соленоид - разновидность катушки индуктивности. Его поле является однородным (силовая х-ка будет везде одинакова) и сосредоточено целиком внутри него (для бесконечно длинного соленоида) B=µ₀In (µ₀ – магнитная пост. = 4π*10^-7 Н/А², n – число витков)

Вихревое поле – это электрическое поле, которое порождается переменным магнитным полем и линии напряженности которого замкнуты.

Потенциальные поля - поля, в которых не совершается работа.

Классификация магнетиков (их свойства, примеры) – СЛАБОМАГНИТНЫЕ: 1. Диамагнетики. Намагничивание слабо противоп внешнему полю и выталкивается из него. (медь, золото, вода, большинство орг в-в) 2. Парамагнетики. Намагн слабо в направлении внешнего поля и втягиваются в него (алюминий газы итп)

СИЛЬНОМАГНИТНЫЕ: 1. Феромагнетики. Намагничены оч сильно в направлении вн поля и при выключении поля – намагничивание остается.

Гистерезис – запаздывание изм. поля в магнетике по отн к изм. внешнего поля.

Петля гистерезиса (нарисовать и объяснить) -

Крайние точки – точки насыщения. Коэрцетивная сила – напряженность внешнего поля при котором магнетик полностью размагничивается

Остаточная индукция

Величина индукции B_R, сохраняющаяся при Н=0, называется остаточной индукцией. Коэрцитивная сила

Напряженность магнитного поля H_C при которой индукция B обращается в нуль, называется коэрцитивной силой.

Вещества с малой коэрцитивной силой называются магнитно-мягкими. Они обладают узкой петлей гистерезиса.

Магнитно-жесткие вещества, наоборот, характеризуются большой коэрцитивной силой и широкой петлей гистерезиса.

Домены – у ферромагнетиков между электронами действуют обменные силы, которые приводят к тому, что магнитные моменты электронов в пределах некоторых областей, направленные строго параллельно друг другу, даже при отсутствии внешнего поля. При отсутствии внешнего поля магнитные моменты разных доменов направлены хаотично.

Точка Кюри - температура, при которой магнит полностью размагничивается. фазовый перехода II рода

Явления электромагнитной индукции – явление ЭДС и тока в замкнутом контуре при любом изменении магнитного потока через контур. Возникшая при этом ЭДС называется ЭДС индукции, а ток - индукционным

Самоиндукция – возникновение инд. тока в проводнике при изменении тока источника в этом же самом контуре. Закон Фарадея для неё

Индуктивность – она численно равна магнитному потоку, возникающему при силе тока в проводнике, равному 1 амперу. I-сила тока, Ф-магнитный поток (Вб/А=Гн) Зависит от форм и размеров контура и от магнитной проницаемости среды.

Электромагнитная волна, ее свойства, скорость волны. – распространение в пространстве периодических изменений эл-ого и магн полей. Изм в одинак фазах, но во взаимноперпед направлениях. Св-ва: эм-волна может распространяться в вакууме, волная является поперечной и ее скорость: е и ню – диэл магнитная прониц среды

Основные законы и правила:

Закон Кулона - Сила взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме направлена вдоль прямой, соединяющей эти заряды, пропорциональна их величинам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Законы Ома (для участков цепи, замкнутой цепи)

1)Для однородного участка цепи (без источника тока) I=U/R

2)Для неоднородного участка цепи (с источником) I=фи1-фи2+ε/R+r, где фишки – разность потенциалов, эпсилон – ЭДС, r – сопротивление источника тока, R – общее сопр

3)Для замкнутой цепи (т.к. соединены концы, то разность потенциалов равна нулю) I=ε/R+r

Закон Джоуля-Ленца

Кол-во теплоты, выдел в проводн

Правила Кирхгофа Алг сумма токов, сходящихся в узле равна нулю, Токи, текущие к узлу – положительные. От узла – отрицательные

Алг сумма произведений силы тока на R на всех участках замкнутого контура равна алг сумме ЭДС в этом контуре

Токи и ЭДС берутся с +, если их направления совпадают с выбранным направлением обхода контура

Закон Био-Савара-Лапласа

Позволяет найти в некоторой точке индукцию магнитного поля, создаваемого бесконечно малым проводником с током.

для круг тока в центре В. B=мю0I/2R. Для прямого тока B=мю0/2пr мю0 = 4п*10^-7Н/А²-магнитная постоянная

Закон Ампера – эта сила действует на проводник с током в магнитном поле

F=I*l*B*sinα

Закон электромагнитной индукции Фарадея

ЭДС индукции в контуре прямо пропорционален скорости изменения магнитного потока, через площадь, ограниченную контуром. Минус в формуле является математическим выражением правила Ленца. Дельта Ф – изменение магнитного потока, Т-время.

(Вб(вебер)/с=В)

Правило буравчика (правого винта) - Если направление поступательного движения буравчика (винта) совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением вектора магнитной индукции поля, создаваемого этим током.

Правило левой руки – силовые линии входят в ладонь, 4 пальца по скорости, большой палец покажет направление силы Лоуренса для + заряда.

Правило Ленца – индукционный ток имеет такое направление, при котором его магнитное поле препятствует любому изменению магнитного потока, вызывающего этот ток

Оптика и строение атома

Основные понятия и формулы:

Современные представления о природе света - корпуск-волн дуал. В одних явлениях (интерференция, дифракция, дисперсия, поляризация) свет проявляет свойство ЭМ-волн, а при (фотоэффект, тепловое излучение, давление) – как поток частиц, называемых квантами или фотонами

Дуализм света - свойство природы, состоящее в том, что материальные микроскопические объекты могут при одних условиях проявлять свойства классических волн, а при других — свойства классических частиц.

Диапазон длин волн видимого света - участок 430 нм (фиолетовый), а в качестве длинноволновой —780 нм (красный)

Скорость света в вакууме – 3*10⁸м/с

Показатель преломления (абсолютный – показатель преломление среды относительно вакуума, относительный - Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления величина постоянная для данных сред их физический смысл - Относительный показатель преломления n 21 показывает, во сколько раз меняется скорость света при переходе его из одной среды в другую; абсолютный показатель преломления n показывает, во сколько раз меняется скорость света при переходе его из вакуума в среду.)

Главная оптическая ось и фокус линзы - Главная оптическая ось – прямая, проходящая через центры кривизны обеих сфер поверхностей линзы. ... Главный оптический фокус – точка, в которой после преломления пересекаются все лучи, падающие на линзу, параллельно главной оптической оси.

Оптическая сила линзы - величина, характеризующая преломляющую способность линзы

Световой поток – поток энергии, оцениваемый по зрительному ощущению

Сила света – величина, равная световому потоку, заключенному в единицу телесного угла(внешний угол при вершине конуса (кандела, I) Ф-световой поток

Освещенность  — Величина, равная световому потоку, падающему на единицу площади поверхности. (люкс, изотропный свет - Е=Ф/S)

Когерентные волны – называются волны с одинаковой частотой и постоянной разностью фаз.

Монохроматический - электромагнитная волна одной определённой и строго постоянной частоты из диапазона частот, непосредственно воспринимаемых человеческим глазом и сложный свет - состоит из смеси обычно весьма большого числа колебаний с различными длинами волн и содержит в большей или меньшей степени все длины волн видимого света

Оптической разность хода. это разность оптических длин путей таких лучей

l-расстояние, пройденное волнами до наложения, n – абсолютные показатели преломления

Интерференция – возникновение минимумов и максимумов освещенности при наложении когерентных волн.

Дифракция – огибание световой волной препятствий. Расстояние от препятствия до экрана должно быть намного больше размера препятствия, размеры препятствий должны быть соизмеримы с длиной световой волны

Дисперсия света - называется зависимость показателя преломления n вещества от частоты ν (длины волн λ), т.е. разложение света

Дифракционная решетка – совокупность большого числа узких параллельных щелей одного диаметра, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга.