Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Задания по физике. Методические указания для учащихся 10 класса заочной физико-технической школы.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
11.08.2026
Размер:
540 Кб
Скачать

Приложение В

(справочное)

к – кило – 103

 

Э экса 1018

мк – микро 10-6

П пета 1015

г гекто – 102

н – нано 10-9

Т тера 1012

д – деци – 10-1

п – пико 10-12.

Г – гига – 109

с – санти – 10-2

ф фемто 1015

М – мега – 106

м милли –10-3

а атто 1018

Приложение Г

(справочное)

Основные формулы по физике

V= St

ΔS

Vср.= Δt

При равномерном движении скорость V равна отношению пути S ко времени t.

Vср. - средняя скорость равна отношению пути S к промежутку времени t, в течение которого этот путь был пройден.

 

r

V

- век-

Vср. =

Δt

ср. - вектор средней скорости перемещения за время t, r

тор перемещения.

 

 

 

 

dr =

 

V =

r

 

dt

t

V =

dS = S

 

dt

t

V

а= Δt

a = dVdt =Vtat = dVdt = Vt

V - вектор мгновенной скорости равен производной от перемещения по времени.

V - модуль мгновенной скорости равен производной от пути по времени.

ас р. - вектор среднего ускорения равен отношению изменения ско-

рости V к промежутку времени t , за которое это изменение произошло.

мгновенное ускорение равно производной от скорости по времени

тангенциальное (касательное) ускорение характеризует быстроту изменения скорости по модулю и направлено по касательной к траектории в данной точке.

аn = V2 R

Нормальное (центростремительное) ускорение аn характеризует быстроту изменения скорости по направлению и направлено к центру кривизны траектории. R - радиус кривизны траектории, Vскорость. (при равномерном вращении по окружности аnцентростремительное ускорение, Rрадиус окружности).

а = аn + аt

а = а2n + а2t

х(t)=x0 + V0 . t

а-полное ускорение при криволинейном движении;

an,at-нормальное (центростремительное) и тангенциальное (касательное) ускорения, соответственно.

кинематическое уравнение равномерного движения вдоль оси х, x0 - начальная координата, t - время.

x(t) = x

 

+ V × t + a × t2

кинематическое уравнение равнопеременного движе-

 

0

0

2

ния (а=const) вдоль оси х, V0 - начальная скорость. Зна-

 

 

 

чения V0 и а - положительны, если векторы V0

и

а

 

 

 

 

 

 

 

 

направлены в сторону положительной полуоси

х,

и

 

 

 

 

отрицательны в противном случае.

 

 

S=V0t + at2 2

V=V0 + a . t

S = V2 - V02 2a

S-путь и V-мгновенная скорость при равнопеременном движении, V0 - начальная скорость, а - ускорение, t - время.

кинематическое уравнение, связывающее путь S, пройденный телом за некоторое время, с начальной - V0 и конечной - V скоростями на этом отрезке пути, с ускорением а.

 

gt2

2H

H =

2 ; t =

g

h(t)=H- gt22

V = gt = 2gH

Свободное падение (v0 =0) тела с высоты Н: t - время падения; g - ускорение свободного падения; V -скорость тела в момент достижения поверхности (Земли), h(t) – высота в момент времени t.

х(t)=V0×t;

gt2

 

 

движение тела, брошенного горизонтально со скоро-

y(t) =

 

H -

 

 

стью V0 с высоты Н: х0 = 0 и у0 = Н - начальное положе-

 

2 ;

 

 

ние тела (в момент броска); х(t) и у(t) - уравнения дви-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

жения по осям; t0 - время полета; L - дальность полета;

t0 =

 

2H

; L =

V0t0 ;

 

Vx и Vy - составляющие скорости V тела по осям коор-

 

 

g

 

 

 

 

 

динат для любого момента времени t во время полета

Vx = V0 ;

 

Vy

 

=

gt

 

 

(до удара о поверхность).

 

 

 

 

 

 

V =

V 2

+ V 2

 

 

 

 

x

 

 

y

 

 

 

 

Vox = V0×cosa; V= V0×sina;

движение тела, брошенного со скоростью V0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

под углом a к горизонту: х0 = 0 и у0 = 0 - на-

x(t)=Vox(t);

 

y(t)=Voy× t- 2 gt2;

чальное положение тела (в момент броска);

Vx(t)=Vox; Vy(t) = Voy - gt;

Vox и Voy - проекции скорости V0 по осям; х(t)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и у(t) - уравнения движения по осям; Vx(t) и

37

H= V0y2 ; t0 = 2V0y ; 2g g

L = V02 × sin2α g

Vy(t)- зависимость составляющих скорости по осям от времени t; Н - высота подъема, t0 - время полета; L - дальность полета

n= N

,

T = t

при равномерном вращательном движении:

t

 

 

N

 

n - частота вращения, Т - период вращения,

n=T−1, T=n−1

N - число оборотов за время t.

ϕ

 

 

 

 

ϕ

w - угловая скорость при равномерном вращении: j - угол

ω = t

;

N=

 

; поворота, N - число оборотов за время t; n - частота вращения,

w=2pn=

Т - период вращения.

 

 

Т

 

w = ddtϕ = j ¢t

e = ddtω = w ¢t

S=R . j

w - угловая скорость равна производной угла поворота по времени.

e - угловое ускорение равно производной угловой скорости по времени.

S - путь, пройденный материальной точкой при повороте на угол j по дуге окружности радиуса R.

 

2π R

 

 

 

связь между линейной и угловой скоростями при равно-

V=w . R=

T =2pRn

мерном вращательном движении

at=R×e, an=w2 . R= V

2

 

 

an,at-нормальное (центростремительное) и танген-

=V . w

циальное (касательное) ускорения, соответствен-

 

 

R

 

 

 

 

но.

 

 

 

 

 

 

j(t)=j0 + w0 . t

кинематическое уравнение равномерного вращения, j0 - на-

 

 

чальное угловое положение.

j(t)=j0 + w0 . t +

e ×

t2

кинематическое уравнение равнопеременного враще-

 

 

ния (e=const), w0 - начальная угловая скорость.

2

 

w(t)= w0 + e . t w - мгновенная угловая скорость при равнопеременном враще-

ε =

ω − ω0

нии в момент времени t, w0 - начальная угловая скорость, e -

t

угловое ускорение.

 

38

j =

ω2

- ω0

2

кинематическое уравнение, связывающее угол поворота j с на-

чальной w0 и конечной w угловыми скоростями и с угловым

ускорением e.

 

r= mV r- плотность тела, m - масса, V - объем тела.

P = m× V

 

P - импульс тела - векторная величина, равная произведению массы

 

 

 

тела на его скорость V .

 

 

 

dV

 

dP

 

Второй закон Ньютона: m - масса тела, F-

F =

m × a

=

m × dt ,

F =

dt

= Pt¢¢

равнодействующая всех приложенных к телу

 

 

 

 

 

 

 

сил, а - ускорение, Р - импульс тела.

F21 = - F12 третий закон Ньютона: силы, с которыми действуют друг на друга два тела, всегда равны по модулю и противоположно направлены.

Fупр. = - k × D l ,

Dl = l - l0,

s=e . Е,

 

e =

l

, s =

F

l0

S

F = G × m1R× 2m2

закон Гука: сила упругости Fупр. пропорциональна удлинению тела (пружины) l и направлена в сторону, противоположную направлению перемещений частиц тела при деформации; k - коэффициент пропорциональности (жесткость пружины); s - механическое напряжение; S - площадь поперечного сечения образца, к которому приложена сила F; Е - модуль Юнга (упругости); e - относительное удлинение; l0 - начальная длина.

закон всемирного тяготения: два тела притягиваются друг к другу с силой, пропорциональной их массам и обратно пропорциональной квадрату расстояния R между их центрами масс; G - гравитационная постоянная. В такой форме записи закон справедлив для взаимодействия материальных точек и однородных тел сферической формы.

g(h) =

G ×

 

M

(R + h)2

g(h) =

æ

1+

h ö - 2

gç

÷

 

ç

 

 

 

÷

 

è

 

 

R ø

g(h) - ускорение свободного падения на высоте h над поверхностью планеты, M и R - масса и радиус планеты; g - ускорение свободного падения у поверхности планеты

(без учета вращения планеты), т.е. g = G RM2 .

Fтр.=m . N

сила трения скольжения равна максимальной силе трения покоя

 

Fтр., пропорциональной силе нормального давления N (реакции опо-

 

ры); m - коэффициент трения.

P = m × g

P - сила тяжести, m - масса тела, g - ускорение свободного падения.

 

 

39

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V1 - первая космическая скорость: M и R - масса и ради-

 

 

 

 

 

 

M

 

 

 

 

 

 

V1 =

 

G ×

 

= g × R

 

R

ус планеты, G - гравитационная постоянная, g - ускоре-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ние свободного падения на поверхности планеты.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V2=

2

V1=

 

 

2g × R

 

 

V2 – вторая космическая скорость, V1 - первая космическая

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

скорость.

D A =

F × D r =

F × D r × cosa

А - элементарная работа равна скалярному произ-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ведению силы F на перемещение r , a - угол между

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F и r .

Nср.=

 

 

А

 

мощность равна работе, совершаемой в единицу времени: Nср - сред-

 

 

 

 

няя мощность за время Dt.

 

D t

 

N = F ×

V =

F × V × cosa

мгновенная мощность N равна скалярному произ-веде-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

нию силы F на скорость V , с которой движется точка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

приложения силы, a - угол между F и V .

EК= m ×

V

2

 

 

P

2

 

 

EК - кинетическая энергия тела массой m, движущегося со

=

 

 

 

 

скоростью V, P - импульс тела.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

2m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А=ЕК2 - ЕК1

 

 

 

работа равнодействующей силы равна изменению кинетической

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

энергии тела (при условии постоянства потенциальной энергии).

А= −

U

 

работа консервативных сил совершается за счет убыли потенциаль-

 

 

 

 

 

 

 

ной энергии (при условии постоянства кинетической энергии).

ЕП=m g . h потенциальная энергия тела в поле тяготения: h - высота над поверхностью Земли (высота от нулевого уровня), g - ускорение свободного падения, m - масса тела.

ЕП= k × (D

l)

2

 

потенциальная энергия упруго деформированного тела (пружи-

 

 

ны).

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЕП= - G ×

m1 × m2

потенциальная энергия силы тяготения двух тел массами

 

R

 

 

 

m1 и m2, находящихся на расстоянии R друг от друга.

 

 

 

 

 

 

 

N

 

N

mi ×

 

=

const

закон сохранения импульса: суммарный импульс зам-

å

pi =

å

Vi

кнутой системы остается постоянным (по величине и

i= 1

 

i= 1

 

 

 

 

 

направлению) при любых взаимодействиях тел этой системы между собой.

40

m× V -

m× V = F× D t

изменение импульса тела D P за время D t равно импуль-

 

 

 

0

 

су равнодействующей силы F × D t .

D P =

P - P0

=

F× D t

 

Е=EK + EП

 

полная механическая энергия системы равна сумме кинетической

 

 

 

 

и потенциальной энергий.

Е=EK + EП=сonst

закон сохранения полной механической энергии: полная

 

 

 

 

 

механическая энергия замкнутой системы тел остается по-

стоянной при любых движениях тел системы, если в системе не действуют силы трения.

m1v1 + m2 v2 = m1u1 + m2u2

m v

2

m

v

2

m

u

2

m

u 2

1 1

+

2

2

=

1

1

+

1

2

2

 

2

 

2

 

2

законы сохранения импульса и энергии при центральном абсолютно упругом ударе двух тел (шаров).

m1v1 + m2v2 = (m1 + m2 )u закон сохранения импульса при центральном абсолютно неупругом ударе двух тел.

æ

m v

2

m

v

2 ö

 

(m + m

)u2

ΔЕк = Q = ç

1 1

+

2

2

÷

1 2

 

2

 

ç

2

 

2

÷

 

 

è

 

 

 

 

ø

 

 

 

изменение кинетической энергии при абсолютно неупругом ударе (часть ее переходит в «тепловую» форму энергии).

h=

Ап о л

=

Nп о л

 

 

 

Аз атр

Nз атр

 

 

h=

 

Ап о л

× 100% =

Nп о л

× 100%

Аз атр

 

Nз атр

коэффициент полезного действия механизмов равен отношению полезной работы Aпол (полезной мощности Nпол) к затраченной Aзатр (затраченной - Nзатр).

dEdxn = (En )x¢ = 0

d2E2n = (En )xx² > 0 dx

условие равновесия - экстремальное значение потенциальной энергии (для случая одномерной задачи, когда Еп зависит только от координаты х, т.е. когда Еп = Еп(х) ).

условие устойчивого равновесия

М = [R × F] момент силы

М относительно неподвижной точки - физическая

величина, равная

векторному произведению радиус-вектора R ,

проведенного

из

этой точки в точку приложения силы, на эту

силу F.

 

 

М = R × F× sinα = F× d модуль

момента силы - M, a - угол между R и F,

41

åFi = 0

åМi = 0

[]

åRimig = 0

å m gR

Rc = å mi ig i

xc = å migxi

åmig

yc = å migyi

åmig

zc =

å migzi

 

å mig

 

 

 

 

 

å mi Ri

Rцм =

 

 

 

m

å i

Rc = Rцм

М = F×d

F = l1 mg l2

d=R. sina - плечо силы равно кратчайшему расстоянию от оси вращения до линии действия силы.

(первое) условие равновесия тела при отсутствии вращения: векторная сумма всех сил, приложенных к телу, равна нулю. (второе) условие равновесия тела с неподвижной осью вращения: векторная сумма моментов сил относительно любой оси равна нулю.

центр тяжести тела: сумма моментов сил тяжести всех частиц тела по отношению к оси, проходящей через центр тяжести, равна нулю.

центр тяжести тела: Rc (xc , yc ,zc ) - радиус-вектор, проведен-

ный из начала координат в центр тяжести тела; xc, yc, zc - координаты центра тяжести; xi, yi, zi - координаты частиц тела,

причем Ri (xi , yi ,zi ) ; суммирование производится по всем частицам тела.

Rцм цм, уцм, zцм) - радиус-вектор центра масс системы матери-

альных точек; mi и Ri - масса и радиус-вектор i-ой материаль-

ной точки (если твердое тело, то суммирование производится по всем частицам тела).

координаты центра масс и центра тяжести тела совпадают в случае, если размерами тела можно пренебречь в сравнении с размерами Земли (планеты).

момент пары сил: d- плечо пары сил (F1=F2=F) – кратчайшее расстояние между линиями действия сил.

правило рычага: во сколько раз плечо l2 силы F больше плеча l1 груза весом mg, тем меньше усилие F требуется, чтобы сдвинуть груз.

L = [R × P]= [R × mV]

L-момент импульса материальной точки относительно

L=R×P×sina=P×d

неподвижной точки О: R -радиус-вектор от точки О до

 

материальной точки; P = m× V - импульс материальной

 

точки; a - угол между R и Р ; d - плечо вектора Р относи-

 

тельно неподвижной точки О.

Fдавление равно отношению силы, перпендикулярной к поверхности

P= S

тела, к величине площади поверхности S, на которую действует эта си-

 

ла.

42

P=r . g . h P - гидростатическое давление: r - плотность жидкости, h - высота столба жидкости, g - ускорение свободного падения.

F1 = S1 = l2

F2 S2 l1

FA=r . g . Vп

S . v=const

гидравлический пресс дает выигрыш в силе во столько раз, во сколько раз площадь ее большого поршня превосходит площадь маленького поршня, S1 и S2 - площади поперечного сечения поршней, l1 и l2 - перемещения поршней, F1 и F2 - силы, приложенные к поршням.

Закон Архимеда: на тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной телом жидкости или газа. r - плотность жидкости (газа), Vп - объем погруженной в жидкость (газ) части тела, g - ускорение свободного падения.

уравнение неразрывности (непрерывности) для несжимаемой жидкости: произведение скорости течения v на поперечное сечение S трубки тока есть величина постоянная для данной трубки тока;

V=S× v×

объем жидкости (газа) V, проходящий через сечение S струи (трубы)

t

 

 

за время t.

 

h1

=

ρ2

в сообщающихся сосудах высота столбиков жидкостей над уровнем

 

h2

 

r1

раздела обратно пропорциональна плотностям жидкостей.

P +

ρ × v

2

+

ρ × g × h = const

уравнение

Бернулли для стационарного

течения

 

идеальной несжимаемой жидкости: Р - статическое

 

2

 

 

 

 

ρ × v2 -динамическое давление, r . g . h -

 

 

 

 

 

давление,

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

гидростатическое давление, v - скорость

течения

 

 

 

 

 

жидкости

в данном сечении.

 

v=

 

 

формула Торричелли: v - скорость истечения жидкости из малого

2 × g ×

h

 

 

 

 

отверстия в

открытом широком сосуде, h - глубина, на

которой

находится отверстие относительно уровня жидкости.

m

=

N

n= m

 

NA

m0= mN = NμA

n - количество вещества: m - молярная масса, NA - число Авогадро, N - число молекул в веществе (газе) массой m.

m0 - масса одной молекулы.

T=t+273 T - температура по абсолютной шкале температур (шкале Кельви-

43

на), t - температура по шкале Цельсия.

P . V=const закон Бойля-Мариотта: для данной массы газа (m=const) при неизменности состава газа (молярная масса m=const) при постоянной температуре (T=const) произведение давления газа P на его объем V есть величина постоянная.

V=V0. (1+at)

V= V0. a. T

V1 = V2

T1 T2

P=P0.(1+bt)

P=P0.b . Т

P1 = P2

T1 T2

закон Гей-Люссака: объем данной массы газа (m=const) при неизменности состава газа (молярная масса m=const) при постоянном давлении (Р=const) изменяется линейно с температурой, a=273−1 K−1 - термический коэффициент расширения, V0 - объем при 0 0С.

закон Шарля: давление данной массы газа (m=const) при неизменности состава газа (молярная масса m=const) при постоянном

объеме (V=const) изменяется линейно с температурой,

b=273

1 K−1 - термический коэффициент давления, P0 - давление при 0 ° С.

V

= 22,41

л

закон Авогадро: моли любых идеальных газов при

Vm= n

 

одинаковых условиях (одинаковых температуре и дав-

мо ль

 

 

 

 

 

лении) занимают одинаковые объемы, в частности, при

нормальных условиях, - 22,41 л.

P=760 мм рт. ст. значения давления и температуры при нормальных условиях. t=0 °C

P=SPi

закон Дальтона: давление смеси идеальных газов равно сумме парци-

 

альных давлений входящих в нее газов; Pi - парциальное давление i-ой

 

компоненты равно давлению, которое создавала бы i-ая компонента

 

смеси газов, если бы она одна занимала объем, равный объему смеси

 

при той же температуре.

P × V =const

T

P . V= mm × R × T

уравнение Клапейрона справедливо при неизменности состава и массы газа, Р - давление, V - объем, Т - абсолютная температура.

уравнение Клапейрона-Менделеева (уравнение состояния идеального газа), m - масса газа, R - универсальная газовая постоянная, m - молярная масса газа.

R=k . NA

R - универсальная газовая постоянная, k - постоянная Больцмана,

 

NA - число Авогадро.

44

n= N

;

n - концентрация молекул - число молекул в единице объема.

V

 

r -плотность газа, m0-масса одной молекулы

r= mV ; r=m0× n

Р=n . k . T

P = 23 n × E0 ;

Е0 = m0V2 2

зависимость давления Р от концентрации молекул n и температуры T; k - постоянная Больцмана.

основное уравнение молекулярно кинетической теории идеальных газов: давление P идеального газа равно 23 среднеквадрати-

ческой кинетической энергии молекул, содержащихся в единице объема, m0 - масса одной молекулы, n - концентрация молекул.

E0=

m

0

× V2

3

 

2

= 2 k × T

 

 

 

E0 - среднеквадратическая кинетическая энергия поступательного движения молекулы идеального газа, m0 - масса молекулы, k - постоянная Больцмана, Т - температура, V – среднеквадратическая скорость.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

V (V) - среднеквадратическая скорость молекул иде-

 

 

 

 

 

 

 

 

N

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

å

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V = V =

V2 =

 

 

 

 

 

i= 1

i

 

ального газа.

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3× k × T

=

 

3× R × T

 

 

 

 

=

 

 

 

V

=

 

 

 

 

 

m0

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vср=

 

8 × k × T

=

 

8 × R × T

=

 

p × m0

 

p × m

 

 

 

 

 

 

VН=

2 × k × T

=

 

2 × R × T

=

 

 

 

 

 

m0

 

 

m

 

 

3× P r

8 × P p × r

2 × P r

R - универсальная газовая постоянная, m - молярная масса, T - температура, P - давление, r

-плотность газа, к- постоянная Больцмана, m0

-масса молекулы.

Vср - средняя арифметическая скорость молекул газа.

VН - наиболее вероятная скорость молекул газа.

l=

Vср

=

 

1

Z

 

 

× p × d2 × n

2

l - средняя длина свободного пробега молекул газа равна среднему расстоянию между двумя последовательными столкновениями молекулы, Z - среднее число соударений молекулы за 1 с, d - эффективный диаметр молекулы, n - концентрация молекул, Vср - относительная средняя арифметическая скорость молекул.

Еср=

i

× k × T

Еср - средняя энергия молекулы, i - число степеней свободы моле-

 

кул газа, k - постоянная Больцмана, T - температура.

2

45

U= 2i × n × R × T

Q= D U + A

U - внутренняя энергия идеального газа, n - количество вещества, R - универсальная газовая постоянная, T - температура.

первое начало термодинамики: количество теплоты Q, переданное системе, идет на изменение внутренней энергии D U системы и на совершение системой работы A против внешних сил.

 

 

 

 

i

 

 

 

i

D U - изменение внутренней энергии при измене-

ΔU =

 

 

 

× n

× R × ΔT =

 

P × D V

нии температуры на D Т ; DV-изменение объема

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

при давлении Р.

С=

 

Q

 

С - теплоемкость численно равна количеству теплоты, необходимо-

 

 

 

 

 

 

му для изменения температуры тела на 1 К.

D T

 

С

 

Q

с - удельная теплоемкость равна теплоемкости единицы массы

с= m =

 

 

тела, m - масса тела.

 

m × D T

 

 

i

 

СV - молярная теплоемкость газа при постоянном объеме, i - число

СV=

 

× R

степеней свободы молекул газа, R - универсальная газовая постоян-

2

 

 

 

 

 

 

 

 

ная.

 

СP=

(i +

2)

× R

СP - молярная теплоемкость газа при постоянном давлении.

 

 

2

 

 

 

 

 

R= СP - СV

уравнение Майера: универсальная газовая постоянная численно

 

 

 

 

 

 

 

 

 

равна работе, которую 1 моль идеального газа совершает, изоба-

рически расширяясь при нагревании на 1 К.

А= P × D V А - работа, совершаемая газом при изменении его объема, Р - давление газа, D V - изменение его объема.

А= P × (V2 -

V1 ) =

m

× R × (T2 - T1)

 

A - работа газа при изобарическом

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

процессе.

 

m

 

 

 

 

V2

 

m

 

 

 

 

P1

 

A - работа газа при изотермическом

А= m

×

R × T

× ln V1

=

m

× R × T ×

ln

 

 

процессе.

P2

 

А=

m

×

 

R

 

× (T -

T ) =

m

× C

 

× (T - T )

A - работа газа при адиабатическом

μ

 

 

γ - 1

1

2

 

m

 

V

1

2

процессе, g - показатель адиабаты.

P ×

Vγ

= const

уравнение Пуассона (уравнение адиабатического процесса),

T ×

Vγ − 1 = const

 

 

 

 

 

 

 

 

 

46

Тγ × Р1− γ = const

g=

CP

- показатель адиабаты.

 

CV

g= CP = i + 2

CV i

L=L0 . (1+a.t) a= L1 × DLt

DL=L - L0

V=V0 . (1+b.t)

b= 1 × V

V D t

DV = V - V0

g - показатель адиабаты, СP и СV - молярные теплоемкости при постоянных давлении и объеме, соответственно; i - число степеней свободы молекул газа.

линейное расширение твердых тел: L0 - длина при 0 °С, L - длина при температуре t °С, a - линейный коэффициент расширения равен относительному изменению длины при нагреве на 1 °С (1 К).

объемное расширение твердых тел и жидкостей: V0 - объем при 0 °С, V - объем при температуре t °С, b - объемный коэффициент расширения равен относительному изменению объема при нагреве на 1 °С (1К).

b=3a соотношение между коэффициентами линейного (a) и объемного (b) расширения.

Qудельная теплота сгорания равна количеству теплоты, выделяющему-

q= m

ся при сгорании единицы массы топлива.

Qколичество теплоты, необходимое для превращения единицы массы из

l= m

твердого (жидкого) состояния в жидкое (твердое) при температуре

 

плавления (кристаллизации), называют удельной теплотой плавления

 

(кристаллизации) l. Удельная теплота плавления равна удельной тепло-

 

те кристаллизации. Температура плавления равна температуре кристал-

 

лизации.

Qколичество теплоты, которое необходимо сообщить жидкости для испа-

r= m

рения единицы ее массы при постоянной температуре (в частности, при

 

температуре кипения), называют удельной теплотой парообразования r.

 

С ростом температуры величина удельной теплоты парообразования

 

уменьшается.

h= А = Q1 − Q2

Q1 Q1

h - коэффициент полезного действия теплового двигателя: A - работа, совершенная за цикл, Q1 - количество теплоты, полученное системой (от нагревателя), Q2 - количество теплоты, отданное системой (холодильнику; окружающей среде).

h=

Q1 − Q2

=

Т1 − Т2

h - коэффициент полезного действия идеального тепло-

Q1

Т1

вого двигателя (цикла Карно): Т1 и Т2 - температуры на-

 

 

47

гревателя и холодильника, соответственно; Q1 - количество теплоты, полученное газом от нагревателя при изотермическом расширении; Q2 - количество теплоты, отданное газом холодильнику при изотермическом сжатии.

r= m абсолютной влажностью r называют количество водяного пара в грам-

Vмах, содержащегося в 1 м3 воздуха при данной температуре.

rотносительной влажностью j называют отношение абсолютной влаж-

j=

 

ности к тому количеству водяного пара, которое необходимо для насы-

rΗ

 

 

щения 1 м3 воздуха при той же температуре.

Ротносительной влажностью j называют отношение парциального дав-

j=

 

ления Р водяного пара, содержащегося в воздухе при данной темпера-

РН

 

 

туре, к давлению РН насыщенного пара при той же температуре.

d= F d - коэффициент поверхностного натяжения равен силе поверхностного

Lнатяжения, приходящейся на единицу длины границы свободной поверхности жидкости.

d=

A

d - коэффициент поверхностного натяжения равен работе, необходи-

D S

мой для увеличения свободной поверхности жидкости при постоянной

 

 

температуре на единицу.

æ

1

 

1

ö

D P = d × ç

 

+

 

÷

r1

 

è

 

r2 ø

формула Лапласа: избыточное давление DР, обусловленное кривизной поверхности жидкости; r1 и r2 - радиусы кривизны двух взаимно перпендикулярных нормальных сечений поверхности жидкости; d - коэффициент поверхностного натяжения жидкости.

D P =

2 × d

Избыточное давление в случае сферы:

r – радиус

сферы,

 

r

d - коэффициент поверхностного натяжения.

 

 

h=

2 × d × cosu

r × g × r

 

0

Sqi= const

h - высота подъема жидкости в капиллярной трубке: u - краевой угол, r0 - радиус капилляра, r - плотность жидкости, g - ускорение свободного падения, d - коэффициент поверхностного натя-

жения, (u = 0 - полное смачивание; u = 1800 - полное несмачивание)

закон сохранения заряда: алгебраическая сумма зарядов в замкнутой системе (т.е. в системе, не обменивающейся зарядами с внешними телами) остается неизменной при любых процессах внутри этой системы.

48

F=

 

 

 

q1

 

×

 

 

 

q2

 

 

закон Кулона: сила взаимодействия F между двумя непо-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

движными точечными зарядами прямо пропорциональна

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 × p

 

 

× e

0

 

× e × r2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

абсолютным значениям зарядов и обратно пропорциональ-

 

 

 

q1

 

×

 

q2

 

 

 

 

 

на квадрату

расстояния

между ними, e0-электрическая

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F = k

 

 

ε × r2

постоянная, k=

= 9

× 109 H × м

, e - диэлектрическая

 

 

4 × p × e 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кл2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

проницаемость изотропной непрерывной среды нахождения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

зарядов.

 

 

 

 

 

F

 

 

 

 

 

 

Е - напряженность электростатического поля равна силе, действую-

Е =

 

 

 

 

 

 

 

щей на единичный положительный заряд, помещенный в данную точ-

q

 

 

 

 

 

 

0ку поля.

Е=

 

q

 

Е - напряженность электростатического поля точечного за-

 

 

 

ряда q на расстоянии r от него: e0 - электрическая постоян-

4 ×

p × e 0

× e × r2

 

 

 

 

ная, e - диэлектрическая проницаемость среды.

Е = å

Еi

принцип суперпозиции (наложения) электростатических полей:

 

 

 

напряженность Е результирующего поля, создаваемого системой

 

 

 

зарядов, равна векторной сумме напряженностей полей, создавае-

 

 

 

мых в данной точке каждым из зарядов в отдельности.

 

 

p - электрический момент диполя: l - плечо диполя.

р = ql

 

s= Q

s - поверхностная плотность заряда равна заряду, приходящемуся на

Sединицу площади поверхности несущего заряд тела.

r= Q r - объемная плотность заряда равна заряду, приходящемуся на едини-

Vцу объема заряженного по объему тела.

σЕ - напряженность поля, создаваемого равномерно заряженной

Е=

 

 

 

 

 

 

бесконечной плоскостью: s - поверхностная плотность заряда, e0 -

 

2× ε0 ×

ε

 

 

 

 

 

 

 

 

электрическая постоянная, e - диэлектрическая проницаемость сре-

 

 

 

 

 

 

 

ды нахождения плоскости.

Е=

σ

 

Е - напряженность поля, создаваемого двумя бесконечными парал-

ε0 × ε

 

 

лельными разноименно заряженными плоскостями, в пространстве

 

 

 

 

 

 

между этими плоскостями.

WП=

 

q1 ×

q2

WП - потенциальная энергия взаимодействия двух точеч-

4 × p

×

e

0 × e × r

ных зарядов, находящихся на расстоянии r друг от друга.

49

j= Wп q0

j = А¥ q0

j - потенциал электростатического поля равен потенциальной энергии единичного положительного заряда, помещенного в данную точку.

j - потенциал поля равен работе перемещения единичного положительного заряда из данной точки в бесконечность.

j=

q

 

j - потенциал поля точечного заряда на расстоянии r от него.

4 × p × e

0

× e × r

 

 

 

 

j=Sj i

принцип суперпозиции для потенциала: если поле создается несколь-

 

 

кими зарядами, то потенциал поля системы зарядов равен алгебраиче-

ской сумме потенциалов полей всех этих зарядов в данной точке.

j1- j2 = А12 q0

U = j1 - j2

разность потенциалов между двумя точками равна работе поля по перемещению единичного положительного заряда из начальной точки в конечную; U - напряжение.

e=

Е0

диэлектрическая проницаемость e показывает во сколько раз электри-

Е

ческое поле ослабляется диэлектриком; Е0 - напряженность поля в ва-

 

 

кууме, Е - напряженность поля в диэлектрике.

D = e e 0E

Е= -

ϕ 1

− ϕ 2

 

 

d

Е= ϕ 2

ϕ 1

 

d

 

D - электрическое смещение.

связь между напряженностью Е и разностью потенциалов j1 - j2 для однородного электростатического поля: d - расстояние между точками поля, отсчитанное вдоль силовой линии (знак минус ²-² в первом уравнении указывает на то, что вектор напряженности поля направлен в сторону убывания потенциала).

UЕ – напряженность однородного электрического поля в про-

Е= d

странстве между обкладками плоского конденсатора; U -

 

напряжение и d – расстояние между обкладками.

qС - электроемкость уединенного проводника равна заряду, сообщение

С=

 

 

которого проводнику изменяет его потенциал на единицу.

j

С=

 

 

q

 

=

q

С - электроемкость конденсатора равна отношению заряда q,

 

 

 

накопленного в конденсаторе, к разности потенциалов

j 1 -

j 2

U

 

 

 

 

 

 

 

(напряжению) между его обкладками.

С= e × e 0 × S d

С - электроемкость плоского конденсатора: S - площадь каждой из обкладок, d - расстояние между обкладками.

50

С=4 . p . e . e0 . R С - электроемкость шара радиуса R.

С=SC i

U=Ui

q=Sqi

1

1

 

=S

 

 

Сi

С

U=SUi

q=qi

С - электроемкость батареи конденсаторов при их параллельном соединении, C i – электроемкость отдельного конденсатора.

напряжения на конденсаторах при их параллельном соединении одинаковы.

q – общий заряд на батарее конденсаторов при их параллельном соединении, qi – заряд на отдельном конденсаторе.

С - электроемкость батареи конденсаторов при их последовательном соединении, C i – электроемкость отдельного конденсатора.

U – общее напряжение на батарее конденсаторов при их последовательном соединении, Ui – напряжение на отдельном конденсаторе. заряды на конденсаторах при их последовательном соединении одинаковы.

W=

q × U

=

 

C × U2

=

 

q2

 

2

 

 

2

 

 

2 × C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

w=

e × e

0

× E2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F =

 

q2

 

 

=

 

 

σ2S

=

ε0εE2S

 

 

0εS

 

 

 

0ε

 

 

2

 

W - энергия заряженного конденсатора: q - заряд, U - напряжение (разность потенциалов), С - электроемкость конденсатора.

w - объемная плотность энергии электростатического поля, Е - напряженность поля.

F - сила притяжения между двумя разноименно заряженными обкладками плоского конденсатора.

m× V2

+

q × j

 

=

 

1

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

=

m× V2

+ q × j

 

2

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

закон сохранения энергии при движении заряженной частицы с зарядом q и массой m: V1 и V2 - скорости частицы в точках 1 и 2, j1 и j2 - потенциалы в точках 1 и 2, соответственно.

qсила тока I равна заряду, протекающему через поперечное сечение

I= t

проводника в единицу времени.

I= dq =

q¢

dt

t

 

Iплотность тока j равна силе тока, протекающего через единицу площади

j=

 

поперечного сечения проводника, перпендикулярного направлению то-

S

 

 

ка.

j =

e × n × Vср направление вектора плотности тока j совпадает с направлени-

51

ем упорядоченного движения положительных зарядов, n - концентрация носителей тока, Vср - скорость упорядоченного дви-

жения зарядов в проводнике (скорость дрейфа), е - заряд носителей тока.

Uзакон Ома для (однородного) участка цепи: I - сила тока, U - напряже-

I= R

 

ние на участке цепи равно разности потенциалов, т.е. U = j1 - j2, R -

 

 

 

сопротивление участка цепи.

R=

r

× l

R - сопротивление однородного линейного проводника длиной l с по-

 

S

стоянной площадью поперечного сечения S, r - удельное электриче-

 

 

 

ское сопротивление проводника.

1s - удельная электрическая проводимость вещества, r - удельное элек-

s= r

 

 

трическое сопротивление.

r=r0(1+at)

зависимость удельного сопротивления r от температуры: r0 -

1

×

 

R

удельное сопротивление при 0 °С, a - температурный коэффици-

a=

 

 

 

 

 

ент сопротивления равен относительному изменению сопротивле-

R

 

D t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ния при нагреве на 1 °С (1К).

R=SRi

 

 

 

 

R - общее сопротивление цепи при последовательном соединении

 

 

 

 

 

 

 

 

 

проводников, Ri- сопротивление i-го проводника.

U=SUi

 

 

 

 

U – общее напряжение в цепи последовательно соединенных про-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

водников; Ui – напряжение на сопротивлении Ri.

I=Ii

 

 

 

 

 

сила тока в цепи последовательно соединенных сопротивлений

 

 

 

 

 

 

 

 

 

одинакова на всех проводниках.

1

=

å

1

 

 

R - общее сопротивление цепи при параллельном соединении про-

 

 

 

 

 

водников, Ri - сопротивление i-го проводника.

 

R

 

Ri

iнапряжение при параллельном соединении проводников одинакова

U=U

на всех сопротивлениях

iI – общая сила тока при параллельном соединении проводников; Ii

I=SI

– сила тока на сопротивлении Ri.

Aнапряжение U равно работе электрического поля по перемещению

U= q

единичного электрического заряда на данном участке цепи.

 

Ас то р

Е - электродвижущая сила (ЭДС), действующая в цепи, равна работе

 

 

 

Е= q

сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда.

Езакон Ома для замкнутой (полной) цепи: сила тока I в замкнутой

I= R + r цепи прямо пропорциональна ЭДС источника и обратно пропорцио-

52

нальна сумме внешнего R и внутреннего r сопротивлений.

I= ϕ 1 − ϕ 2 + Е12

R

U = IR =

=j1-j2 + Е 12

закон Ома для неоднородного участка цепи (участка цепи с источником тока): j1 - j2 - разность потенциалов на концах

участка цепи, Е 12 - ЭДС источника (источников) тока, входящего в участок с сопротивлением R. U - напряжение на неоднородном участке цепи не равно разности потенциалов, в этом случае U ¹ j1 - j2.

j =

Е

закон Ома в дифференциальной форме: j - плотность тока, s -

σ × E = ρ

удельная электропроводность, r - удельное сопротивление, Е -

 

 

напряженность электростатического поля.

SIK=0 первое правило Кирхгофа: алгебраическая сумма сил токов, сходящих-

ся в узле, равна нулю.

å Iк × Rк = å Еi

второе правило Кирхгофа: для любого замкнутого контура

 

разветвленной электрической цепи алгебраическая сумма

произведений сил токов Iк на сопротивления Rк соответствующих участков этого контура равна алгебраической сумме

ЭДС Еi в этом контуре.

I=

n × Е

n × r + R

 

закон Ома для замкнутой цепи при последовательном соединении n одинаковых источников тока: n - число источников тока, r - вну-

треннее сопротивление каждого из источников, Е- ЭДС отдельного источника, R - внешнее сопротивление цепи.

εзакон Ома для замкнутой цепи при параллельном соединении n

 

 

 

 

 

 

 

одинаковых источников тока.

I=

r

 

+ R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

RШ=

RA

расчет сопротивления шунта RШ для расширения верхнего предела

n - 1

 

 

I

 

 

 

 

 

 

 

измерения амперметра в n=

 

раз, RА - сопротивление амперметра.

 

 

 

 

 

 

 

I0

Rдоб= RV .

(n-1) расчет добавочного сопротивления Rдоб для расширения верх-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U

 

 

 

 

 

 

 

него предела измерения вольтметра в n=

 

раз, RV - сопро-

 

 

 

 

 

 

 

U0

 

 

 

 

 

 

 

тивление вольтметра.

53

А=I .

U . t= I2 . R . t= U

2

×

t

А - работа постоянного тока: I - сила тока в цепи,

 

U - напряжение на участке цепи с сопротивлением

 

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

R, t - время.

 

 

 

 

 

 

 

 

P= A

= I × U = I2

× R =

U

2

 

P - мощность тока.

 

 

 

t

 

 

 

 

R

 

 

Q=I2

× R × t = U

2

 

 

 

 

закон Джоуля-Ленца: Q - количество теплоты, вы-

 

× t = I × U × t

деляющейся на участке цепи с сопротивлением R

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

за время t.

 

 

 

 

 

 

 

 

закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме: w - удельная w=j . E=s . E2 тепловая мощность тока (количество теплоты, выделяющейся в единицу времени в единице объема), s - удельная электропроводность, j - плотность тока, E - напряженность электростатиче-

ского поля.

m=k . q=

первый закон Фарадея для электролиза: масса вещества m, выделив-

 

 

 

 

шаяся на электроде, пропорциональна заряду q, прошедшему через

=k . I . t

электролит, I - сила постоянного тока, протекавшего за время t, k -

 

 

 

 

электрохимический эквивалент вещества.

1

×

A

второй закон Фарадея: электрохимический эквивалент k пропорцио-

k=

 

n

A

F

нален химическому эквиваленту n , A - атомная (молярная) масса

данного химического элемента, n - его валентность, F - постоянная Фарадея.

jH=N . q . d jH - плотность тока насыщения в газе: N - число пар ионов, возникающих в единице объема в единицу времени, d - расстояние между электродами, q - заряд ионов (в частном случае q = e = элементарному заряду).

h=

U

=

R

h - коэффициент полезного действия (КПД) источника тока: R -

Е

R + r

внешнее сопротивление, r - внутреннее сопротивление, Е - ЭДС

 

 

 

 

источника, U - напряжение на R.

Рmax= Е2

4 × r

r2=R1 . R2

Рmax - максимальная полезная мощность источника тока: Е - ЭДС источника, r - внутреннее сопротивление источника. При этом внешнее сопротивление R=r.

соотношение между внутренним сопротивлением r источника и внешними сопротивлениями R1 и R2, когда мощности, выделяемые

54

 

 

на R1 и R2, одинаковы (R1 и R2 подключаются поочередно).

h=1 -

P × R

h - КПД линии электропередачи: P - мощность, развиваемая ис-

U2

точником при напряжении U на зажимах источника, R – сопро-

 

 

 

тивление линии передачи (сопротивление проводов).

 

 

 

m 0 × I × [

dl ×

 

 

=

 

r]

dB

 

 

 

 

 

 

4 × p

× r3

 

 

 

 

 

 

 

dB =

 

m 0 × I × dl × sina

 

 

 

 

 

4 × p

× r2

 

 

 

 

μ0 × q × [v × r]

 

 

В =

 

 

4 × π × r3

 

 

 

 

 

 

 

В =

 

μ0 × q × v × sinα

 

 

4 × π ×

r2

 

 

 

 

 

 

 

закон Био-Савара-Лапласа: dB - магнитная индукция поля, создаваемая элементом длины dl проводника с током I в вакууме, r - радиус-вектор от dl в точку наблю-

дения, a - угол между dl и r , m0 - магнитная постоянная.

В - индукция магнитного поля свободно движущегося в вакууме заряда q с нерелятивистской скоростью v : r - радиус-вектор, проведенный от заряда к точке наблюдения; a - угол между векторами v и r .

B= m 0 × I

B - индукция магнитного поля в центре кругового проводника, на-

 

2 × R

ходящегося в вакууме: R - радиус витка, I - сила тока в проводнике.

B=m 0 × 2 × pI × b

B=m 0 × Nl × I

B= μ0 × N × I

2 × π × r

B - индукция магнитного поля, создаваемого бесконечно длинным прямым проводником с током I в вакууме, b - расстояние от оси проводника до точки наблюдения.

B - индукция магнитного поля внутри (длинного) соленоида, находящегося в вакууме: l - длина соленоида, N - число витков.

B - индукция магнитного поля внутри тороида, находящегося в вакууме, N - число витков, r - расстояние от оси до средней линии тороида, I - сила тока, m0 - магнитная постоянная.

В = å В

i

принцип суперпозиции (наложения) магнитных полей: B - маг-

 

нитная индукция результирующего поля;

B

- магнитные индук-

 

 

 

 

 

i

 

ции складываемых полей.

FA = I × [D l × B]

FA = I × D l × B × sina

закон Ампера: FA - сила Ампера, действующая на участок проводника длины l с током I, помещенный в магнитное поле с индукцией B, a - угол между направлением отрезка D l проводника с током и В, направление D l совпадает с направлением тока.

F =

μ × μ0

×

2× I1 × I2

× l

 

4× π

 

R

 

сила взаимодействия двух прямых прямолинейных бесконечных параллельных проводников с токами I1 и I2: R -расстояние между проводниками; l - длина одного из проводников, на которую действует сила F; m - магнитная про-

55

ницаемость окружающей среды; m0 - магнитная постоянная.

Pm = N × I × S× n Pm = N × I × S

М = [ Pm × B]

M = Pm × B × sina

Pm - магнитный момент плоского контура с током I и площадью S: n - единичный вектор нормали к поверхности рамки, N - число витков рамки.

M - механический момент сил, действующий на плоский контур с током, помещенный в однородное магнитное поле с индукцией B: Pm - магнитный момент рамки с током, a - угол между нормалью n к плоскости контура и вектором В.

Fл = q × [ V × B]

Fл = q × V × B × sina

Fл = qE + q × [V × B]=

= Fэл + Fмагн

сила Лоренца (магнитная составляющая): Fл - сила, действующая на электрический заряд q, движущийся в магнитном поле с индукцией B со скоростью V, a - угол между V и В.

общее выражение для силы Лоренца Fл при наличии в пространстве электрического ( с напряженностью Е ) и магнитного ( с индукцией B ) полей. Fл - складывается

из электрической Fэл и магнитной Fмагн составляющих (слагаемых).

mv

R= qB

2π R = 2π m

T= v qB

R – радиус окружности и Т – период обращения заряженной частицы с зарядом q и массой m, влетевшей со скоростью v в однородное магнитное поле с индукцией В нормально к линиям индукции.

R= mv×sinα

 

 

 

 

 

 

 

 

 

qB

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T=

2π R

 

 

=

2π m

 

 

v × sina

 

 

 

qB

 

 

h= vTcos α =

2π m × v × cos α

 

 

 

 

 

 

 

 

 

qB

 

 

v=

qB

 

 

2

 

æ

 

h

ö 2

 

 

 

 

R

 

 

+ ç

 

 

 

÷

 

 

m

 

 

 

2p

 

 

 

 

 

 

 

è

 

ø

 

R – радиус окружности, Т – период обращения и h – шаг спирали, по которой движется заряженная частица с зарядом q и массой m, влетевшая в однородное магнитное поле с индукцией В со скоростью v , составляющей угол a с линиями индукции, т.е. с вектором В .

v=v(R,h) - выражение скорости v заряженной частицы через радиус окружности R и шаг спирали h.

Ф=B . S . cosa

Ф - магнитный поток (поток магнитной индукции) через пло-

Ф=Bn . S

щадку S: a - угол между вектором В и нормалью n к площад-

 

ке, Bn. cosa - проекция вектора В на n .

А = I× ΔФ работа по перемещению проводника с током в магнитном поле

56

Е = -

 

Ф

 

 

закон Фарадея (основной закон электромагнитной индук-

 

 

 

 

 

 

 

ции): ЭДС индукции в контуре численно равна и проти-

D t

 

 

 

 

 

Е =

-

=

- Ф¢

воположна по знаку скорости изменения магнитного по-

 

dt

 

 

 

 

t

тока сквозь поверхность, ограниченную этим контуром.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Е = - N

=

- ¢t

Е - ЭДС индукции в рамке с числом витков N.

Е =

 

 

dt

 

 

разность потенциалов (ЭДС индукции), возникающая на

В × l ×

 

v =

j1 - j2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

концах прямолинейного отрезка проводника длиной l при

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

его движении в однородном магнитном поле в плоскости,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

перпендикулярной линиям индукции В , со скоростью v ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v - перпендикулярна проводнику.

q=

 

Ф

 

 

q - величина заряда, протекающего в замкнутом контуре с сопротивле-

 

 

 

 

 

 

нием R при изменении магнитного потока через поверхность, ограни-

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ченную этим контуром, на Ф.

Ф=L . I

 

 

Ф - магнитный поток, создаваемый током I в контуре с индуктивно-

 

 

 

 

 

 

 

стью L.

 

Е c=-

L ×

 

 

I

 

 

Еc - ЭДС самоиндукции пропорциональна скорости изме-

 

 

D t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

нения силы тока в контуре, L - индуктивность контура.

Е c= - L ×

dI

= - L × I¢t

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

Вm - магнитная проницаемость вещества показывает, во сколько раз ин-

m=

 

дукция результирующего поля в магнетике больше индукции внешнего

В0

 

 

 

поля B0 (поля, создаваемого намагничивающим током в вакууме); m=1

 

 

 

для вакуума.

В =

m

× m 0

× H

В - магнитная индукция в случае однородной изотропной сре-

 

 

 

 

 

ды, Н - напряженность магнитного поля, m0 - магнитная постоян-

 

 

 

 

 

ная, m - магнитная проницаемость среды.

L =

m

× m

× N2 ×

S

L - индуктивность соленоида, N - число витков, l - длина со-

 

 

 

0

 

l

леноида, S - его площадь поперечного сечения, V=S×L –

 

 

 

 

 

 

объем соленоида.

W= L × I

2

W - энергия магнитного поля, создаваемого током I в замкнутом

 

 

контуре с индуктивностью L.

2

 

 

 

57

w=

 

B2

 

2 × m

× m 0

 

k=

N1

=

 

U1

 

N2

 

U2

 

= m × m 0 × H

2

B × H

w - объемная плотность энергии однородного

=

магнитного поля (энергия магнитного поля в

2

 

2

 

единице объема).

 

 

 

k - коэффициент трансформации трансформатора, N2 и N1- число витков во вторичной и первичной обмотках, U2 и U1- напряжения на обмотках в режиме холостого хода.

х(t)=A . cos(w0t+a)

кинематическое уравнение гармонических колебаний: х -

 

смещение колеблющейся точки из положения равнове-

 

сия, A - амплитуда, w0 - круговая (циклическая) частота,

 

a - начальная фаза, t - время, (w0t + a) - фаза колебаний

d2x

+ ω02x = 0

dt2

 

x¢¢

 

+ ω2x =

0

 

tt

 

 

 

0

 

 

 

 

 

t

 

 

 

N

T=

 

 

 

=n-1; n= t

 

N

T=

 

, n =

 

ω 0

w 0

 

 

 

 

 

2 p

 

дифференциальное уравнение гармонических колебаний; w0- циклическая частота.

Т– период колебаний равен времени совершения одного колебания; n - частота колебаний; N – число полных колебаний за время t.

Ти n - период и частота гармонических колебаний, w0 - циклическая частота.

V(t)= dx

=

x¢

=

- A × w

× sin(w

 

 

t +

a ) = A

× w

 

× cos(w

t + a +

 

π

)

V - скорость

 

 

 

2

колеблющейся

 

dt

 

t

 

0

 

 

0

 

 

 

 

 

0

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

точки.

а(t)=

dV

=

V¢

=

2

æ

ω

 

t +

α +

π

ö

=

 

2

 

α + π)

а - ускорение

dt

- A × ω0

× sinç

0

2

÷

A × ω0 × cos(ω0 t +

колеблю-

 

 

t

 

 

è

 

 

 

 

ø

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

щейся точки.

F= - m × ω02 × x

 

F - упругая (квазиупругая) сила, действующая на колеблющую-

 

 

 

 

 

ся материальную точку массой m, х - смещение колеблющейся

точки из положения равновесия.

Т=2 × p ×

l

 

 

 

 

 

g

 

 

 

 

 

 

 

F = ma = mx¢ ¢ , F = -kx;

mx¢ ¢ = - kx; x¢ ¢

 

k

+

 

x =

m

0;

 

 

 

 

 

 

Т - период колебаний математического маятника, l - длина маятника, g - ускорение силы тяжести.

второй закон Ньютона для гармонических колебаний пружинного маятника: m - масса груза, подвешенного на пружине с жесткостью k; F = -k×х - сила упругости; w0 - циклическая частота.

58

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

x¢ ¢ + w0

x = 0; w0 =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т - период колебаний пружинного маятника: m - масса груза,

Т=2 × p ×

 

 

m

 

 

подвешенного на пружине жесткостью k.

 

 

 

 

k

 

 

 

 

2

 

m × A

2

2

 

 

2

(w 0 t +

a )

кинетическая энергия

материальной

WК= m × V

=

 

× w 0 × sin

 

точки, совершающей

прямолинейные

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

гармонические колебания.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

WП=

k × x2

m × w 02

× x2

m × A2 × w 02 × cos2 (w 0 t + a )

2

=

2

=

2

потенциальная энергия материальной точки, совершающей гармонические колебания под действием упругой силы F.

W=WК

+ WП

= m × A

2

 

2

=

2

полная энергия материальной точки, совер-

 

× w 0

 

шающей гармонические колебания.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

2

 

V=l

 

 

× n

=

 

 

λ

 

 

связь между скоростью волны V, длиной волны l, частотой n, пе-

 

 

 

 

T

 

 

риодом T;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V=

 

 

Eρ

 

 

 

 

V – скорость распространения звуковых (акустических) волн в упру-

 

 

 

 

 

 

гой среде, Е – модуль Юнга среды и r - ее плотность.

x(r,t)=A × cosw 0 (t -

r

 

) =

A × cos(w 0

t - k × r)

уравнение плоской прямой (бегу-

V

щей) волны, распространяющейся

 

2 × p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k=

=

 

ω

0

 

 

 

 

 

 

 

 

в среде без поглощения в сторону

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

положительной полуоси r, k – вол-

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

новое число.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q¢¢ +

1

 

 

q =

0

 

 

 

 

 

 

 

дифференциальное уравнение сво-

 

LC

 

 

 

 

 

 

 

бодных гармонических колебаний

q¢¢ +

ω0

2q =

0

 

 

 

 

 

 

 

заряда q в контуре; L- индуктив-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ность и С- емкость контура

59

q =

q0 cos(ω0 t +

α);

 

 

 

 

 

I =

dq

= q¢t = - q0ω0 sin(ω0t + α);

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I =

 

 

æ

ω0 t +

α +

π

ö

;

I0 = q0ω0;

I0 cosç

2

÷

 

 

 

 

è

 

 

 

 

 

ø

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

CU2

LI2

ω

0

=

 

 

 

 

 

; q

0

= CU

;

0 =

0 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

LC

 

 

 

 

0

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

уравнения колебаний заряда q(t) и тока I(t) в LCконтуре; w0 - циклическая частота; q0, I0, U0-амплитуд- ные значения заряда, силы тока и напряжения.

связь между амплитудными значениями силы тока и напряжения в контуре

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т - период колебаний электрического контура

Т=

 

=2

× p ×

 

L × С

 

 

 

(формула Томсона).

w 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W= LI

2

+

CU

2

2

2

 

Полная электромагнитная энергия контура равна

 

 

= LI0

= CU0

сумме энергий электрического и магнитного по-

2

 

 

2

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

лей. Она также равна максимальной энергии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

электрического или магнитного полей.

с

l0 = сТ = n 0 ; n 0 =

Ф=N . B . S . cosa= =N . B . S . coswt

ω 0

связь между скоростью распространения электромаг-

 

нитной волны в вакууме с (скоростью света в вакуу-

2p

ме), длиной волны l0, частотой n0, периодом Т.

 

Ф - магнитный поток через контур площадью S и числом витков N: w - циклическая частота вращения рамки; a - угол поворота рамки (угол между индукцией В и нормалью п ) в момент времени t; N - число витков.

Еi=-Фt ¢ =

 

 

Еi - ЭДС индукции, возникающая при вра-

- = N × B× S × w × sinw t

щении рамки.

dt

 

 

 

Emax= N × B × S × w

значение максимальной (амплитудной) ЭДС во вращающей-

 

 

ся рамке (при sinwt=1).

ХL=w . L

ХL - (реактивное) индуктивное сопротивление.

1 ХC - (реактивное) емкостное сопротивление. ХC= w × C

 

Z - (импеданс)- полное сопротивление цепи пере-

Z=

R2 + (XL - XC )2

 

 

менного тока, содержащей последовательно

60

I0= UZ0 =

Z=

 

2

æ

 

1 ö 2

R

 

+ ç

ω× L -

 

÷

 

 

 

 

 

è

 

ω× C ø

включенные резистор сопротивлением R, катушку индуктивностью L, конденсатор емкостью С. На концы цепи подается переменное напряжение U=U0 . coswt.

U0

 

2

æ

 

1 ö 2

R

 

+ ç

w L -

 

÷

 

 

 

 

è

 

w C ø

закон Ома для цепи переменного тока, I0 - амплитудное значение силы тока в цепи переменного тока, Z - импеданс.

U0R=I0R

 

 

 

 

 

 

U0R ,U0L, U0C – амплитудные значения напряжений на активном со-

U0L=I0XL

 

 

 

 

 

 

противлении, катушке индуктивности и конденсаторе, соответ-

U0C=I0XC

 

 

 

 

 

 

ственно, в цепи переменного тока.

UR=I0R ×sinwt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

фазовые соотношения между напряжения-

UC=I0XC×sin(wt -

π

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ми на активном сопротивлении UR, катуш-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ке индуктивности UL и конденсаторе UC,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

соответственно, в цепи переменного тока.

UL=I0XL×sin(wt +

 

 

π

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tgj= XL - XC

 

 

 

 

w L -

 

1

 

 

 

 

 

j - сдвиг фаз между напряжением и силой тока

=

 

 

w

 

× C

 

в цепи, содержащей последовательно включен-

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

ные R, L ,C.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P= U0 × I0 ×

cosϕ

= UЭ ×

IЭ × cosϕ

;

Р - средняя мощность, выделяемая в цепи

 

 

 

 

 

U0

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I0

 

 

 

 

 

 

 

переменного тока: сosj - коэффициент мощ-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

ности, ( j - сдвиг фаз между U и I), U0 и I0-

Uэ =

 

 

 

 

 

;

 

 

 

Iэ =

 

 

 

 

 

 

 

 

;cos j = Z

;

амплитудные значения, UЭ и IЭ- действующие

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(эффективные) значения напряжения и силы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

переменного тока, соответственно.

С=

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С - скорость света в вакууме (электродинамическая постоянная),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e0 - электрическая постоянная, m0 - магнитная постоянная.

e 0

× m

0

 

 

 

 

 

 

V=

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

×

 

 

1

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

C

V - скорость распространения света (электромаг-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

нитной волны) в среде: e и m - электрическая и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e 0

× m

0

 

 

 

e

× m

e × m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

магнитная проницаемости среды.

sinα

=

n

21

 

 

 

 

закон преломления света: отношение синуса угла падения (a) к си-

sinb

 

 

 

 

 

 

 

 

 

нусу угла преломления (b) есть величина постоянная для данных

сред.

61

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]