- •Передмова
- •МЕХАНІКА
- •1. КІНЕМАТИКА МАТЕРІАЛЬНОЇ ТОЧКИ
- •1.1. Основні поняття
- •1.4. Прямолінійний рух
- •1.5. Криволінійний рух. Рівномірний рух по колу
- •2. ДИНАМІКА МАТЕРІАЛЬНОЇ ТОЧКИ
- •2.1. Основні закони динаміки. Сила. Рівнодійна сила
- •2.2. Сили в механіці
- •2.4. Алгоритм розв’язання кількісних задач із фізики
- •2.5. Методичні рекомендації щодо розв’язання задач з динаміки
- •2.6. Приклади розв’язання задач
- •3. ЗАКОНИ ЗБЕРЕЖЕННЯ В МЕХАНІЦІ
- •3.1. Імпульс тіла. Імпульс сили
- •3.2. Закон збереження імпульсу
- •3.3. Реактивний рух
- •3.4. Енергія. Закон збереження енергії. Види енергії
- •3.5. Види механічної енергії та їх зв’язок з роботою
- •3.6. Механічна робота і потужність
- •3.7. Механічний удар
- •3.8. Прості механізми
- •4. МЕХАНІКА ТВЕРДОГО ТІЛА
- •4.1. Основні поняття
- •4.2. Умови і види рівноваги твердого тіла
- •4.3. Момент імпульсу. Закон збереження моменту імпульсу
- •4.4. Зіставлення рівнянь механіки поступального й обертального рухів (табл. 2)
- •4.5. Приклади розв’язання задач
- •5. ГІДРОСТАТИКА І АЕРОСТАТИКА
- •5.1. Тиск
- •5.2. Закон Паскаля
- •5.3. Гідростатичний тиск
- •5.4. Сполучені посудини
- •5.5. Гідростатичний парадокс
- •5.6. Гідравлічна машина
- •5.7. Закон Архімеда
- •5.8. Умови плавання тіл (табл. 3)
- •5.9. Атмосферний тиск, його вимірювання
- •5.10. Приклади розв’язання задач
- •6. ГІДРОДИНАМІКА І АЕРОДИНАМІКА
- •6.1. Струминна течія рідин і газів
- •6.2. Рівняння Бернуллі
- •6.3. Підйомна сила крила літака
- •6.4. Коефіцієнт лобового опору для тіл різної форми (табл. 4)
- •1. ОСНОВИ МОЛЕКУЛЯРНО-КІНЕТИЧНОЇ ТЕОРІЇ БУДОВИ РЕЧОВИНИ
- •1.1. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії та їх дослідне обґрунтування
- •2. ВЛАСТИВОСТІ ГАЗІВ (ГАЗОВІ ЗАКОНИ)
- •2.2. Газові закони
- •2.3. Закон Дальтона
- •2.5. Середня довжина вільного пробігу молекул
- •2.6. Приклади розв’язання задач
- •3. ВЛАСТИВОСТІ ПАРИ
- •3.1. Пара. Випаровування і конденсація
- •3.2. Насичена і ненасичена пара
- •3.3. Вологість повітря (відносна й абсолютна). Точка роси
- •3.4. Кипіння. Перегріта рідина
- •3.5. Приклади розв’язання задач
- •4.2. Поверхнева енергія. Поверхневий натяг
- •4.3. Явище змочування. Капілярні явища
- •4.4. Формула Лапласа
- •4.5. Приклади розв’язання задач
- •5. ВЛАСТИВОСТІ ТВЕРДИХ ТІЛ
- •5.1. Кристалічні та аморфні тіла. Їхні властивості
- •5.2. Типи твердих кристалів
- •5.3. Рідкі кристали
- •5.4. Дефекти кристалічних ґраток
- •5.5. Механічні властивості твердих тіл
- •5.6. Приклади розв’язання задач
- •6. ТЕПЛОВЕ РОЗШИРЕННЯ ТВЕРДИХ І РІДКИХ ТІЛ
- •6.1. Графік залежності потенціальної енергії взаємодії найпростіших молекул від відстані між ними (потенціальна яма)
- •6.2. Лінійне й об’ємне розширення твердих і рідких тіл
- •6.3. Особливості теплового розширення води
- •6.4. Приклади розв’язання задач
- •1.1. Внутрішня енергія ідеального газу
- •1.2. Робота ідеального газу. Її геометричне тлумачення
- •1.5. Питома теплоємність речовини
- •1.6. Питома теплота згоряння палива. ККД нагрівача
- •1.7. Змінювання агрегатного стану речовини
- •2. ПЕРШИЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМІКИ. АДІАБАТИЧНИЙ ПРОЦЕС
- •3. ДРУГИЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМІКИ. ЕНТРОПІЯ
- •4. ТЕПЛОВІ ДВИГУНИ
- •ЕЛЕКТРОДИНАМІКА
- •1. ЕЛЕКТРОСТАТИКА
- •1.1. Електричний заряд. Закон збереження заряду
- •1.7. Електризація тіл
- •2. ПОСТІЙНИЙ СТРУМ
- •2.1. Електричний струм. Сила струму. Густина струму
- •2.3. Послідовне і паралельне з’єднання провідників
- •2.4. ЕРС. Закон Ома для повного кола. З’єднання елементів
- •2.6. Приклади розв’язання задач
- •3. СТРУМИ ПРОВІДНОСТІ
- •3.2. Струм в електролітах
- •3.4. Струм у напівпровідниках
- •3.5. Струм у вакуумі (струм переносу)
- •3.6. Приклади розв’язання задач
- •4. МАГНЕТИЗМ
- •4.1. Магнітне поле. Магнітна індукція поля
- •4.2. Магнітне поле струму
- •4.3. Дія магнітного поля на рухомий заряд (сила Лоренца) і провідник зі струмом (сила Ампера). Правило лівої руки
- •4.4. Дія магнітного поля на рамку зі струмом. Магнітний потік
- •4.5. Закон взаємодії паралельних струмів
- •4.6. Магнітне поле у речовині
- •4.7. Приклади розв’язання задач
- •5. ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ІНДУКЦІЯ
- •5.1. Явище електромагнітної індукції. Вихрове електричне поле
- •5.3. Індукційні струми в суцільних провідниках
- •5.4. Самоіндукція. Індуктивність. Енергія магнітного поля
- •5.5. Електромагнітне поле. Теорія Максвелла в якісному вигляді
- •5.6. Приклади розв’язання задач
- •ФІЗИКА КОЛИВАНЬ
- •1. КОЛИВАЛЬНИЙ РУХ
- •1.1. Основні поняття
- •1.2. Гармонічні коливання
- •2. ЗМІННИЙ СТРУМ
- •2.1. Одержання змінного синусоїдного струму. Закономірності змінного струму
- •2.2. Діюче значення змінного струму
- •2.3. Опір змінному струму. Закон Ома для змінного струму
- •2.4. Електричний резонанс. Резонанс напруг. Резонанс струмів
- •2.5. Випрямлення змінного струму
- •2.6. Трансформація змінного струму
- •2.7. Змінний струм високої частоти
- •2.8. Приклади розв’язання задач
- •3. ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ КОЛИВАННЯ
- •3.2. Закономірності вільних електромагнітних коливань. Згасаючі коливання
- •3.3. Отримання незгасаючих електромагнітних коливань
- •3.4. Приклади розв’язання задач
- •4. МЕХАНІЧНІ ХВИЛІ. ЗВУК
- •4.1. Поздовжні і поперечні хвилі. Промінь. Довжина хвилі. Фронт хвилі
- •4.2. Принцип Гюйгенса
- •4.3. Інтерференція хвиль
- •4.4. Дифракція хвиль
- •4.5. Звук. Звукові хвилі. Інтенсивність, висота і тембр звуку
- •4.6. Луна. Звуковий резонанс
- •4.7. Приклади розв’язання задач
- •5. ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ХВИЛІ
- •5.1. Випромінювання електромагнітних хвиль відкритим коливальним контуром
- •5.3. Принцип радіозв’язку. Модуляція і детектування (демодуляція)
- •5.4. Класифікація радіохвиль і особливості їх поширення
- •5.5. Приклади розв’язання задач
- •ОПТИКА
- •1. ХВИЛЬОВА ОПТИКА
- •1.1. Монохроматичне світло. Заломлення світла
- •1.2. Дисперсія світла
- •1.4. Інтерференція білого світла за Френелем
- •1.5. Інтерференція білого світла за Ньютоном. Кільця Ньютона
- •1.6. Дифракція білого світла
- •1.7. Поляризація світла
- •2. ГЕОМЕТРИЧНА ОПТИКА
- •2.2. Закони відбивання світла
- •2.3. Закони заломлення світла. Повне відбивання світла
- •2.4. Хід променів через плоскопаралельну пластинку, призму
- •2.5. Сферичні лінзи
- •2.6. Око як оптична система
- •2.8. Сферичні дзеркала
- •2.9. Приклади розв’язання задач
- •3. ВИПРОМІНЮВАННЯ ТА СПЕКТРИ
- •3.1. Люмінесценція
- •3.2. Інфрачервоні та ультрафіолетові промені
- •3.3. Рентгенівські промені
- •3.4. Спектри випромінювання. Спектри поглинання
- •3.5. Спектральний аналіз
- •1.1. Поняття про простір і час
- •1.2. Постулати СТВ. Перетворення Лоренца
- •1.4. Приклади розв’язання задач
- •2. КВАНТОВА ОПТИКА
- •2.1. Теорія Планка. Імпульс фотона
- •2.2. Фотоефект
- •2.3. Фотоелементи та їх застосування
- •2.4. Світловий тиск
- •2.5. Корпускулярно-хвильовий дуалізм
- •2.6. Хімічний вплив світла. Чорно-біла фотографія. Фотосинтез. Ланцюгові реакції
- •2.7. Приклади розв’язання задач
- •3. ФІЗИКА АТОМА
- •3.1. Планетарна модель атома Резерфорда
- •3.2. Постулати Бора. Борівські орбіти
- •3.3. Атом Гідрогену за Н. Бором
- •3.4. Приклади розв’язання задач
- •4. ФІЗИКА АТОМНОГО ЯДРА
- •4.1. Відкриття протона і нейтрона
- •4.2. Теорія будови ядра
- •4.3. Енергія зв’язку ядра. Дефект маси
- •4.4. Природна радіоактивність
- •4.6. Часткове звільнення внутрішньоядерної енергії при екзотермічних ядерних реакціях
- •4.7. Закон радіоактивного розпаду
- •4.8. Приклади розв’язання задач
- •5. ЕЛЕМЕНТАРНІ ЧАСТИНКИ
- •5.1. Фізика елементарних частинок
- •5.2. Приклади розв’язання задач
- •Предметний покажчик
Електродинаміка
4.3. Дія магнітного поля на рухомий заряд (сила Лоренца) і провідник зі струмом (сила Ампера). Правило лівої руки
Напрям сили Лоренца визначається мнемонічним правилом лівої руки: якщо ліву руку розташувати так, щоб
лінії B були напрямлені в долоню, чотири пальці показували напрям руху позитивного заряду, то відігнутий великий палець вказує напрям сили Лоренца (рис. 233). Якщо рухається негативний заряд, то чотири пальці напрямлені назустріч його руху:
F |
= q v |
B |
, |
|
|
Л |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
FЛ = Bqvsinα B, v |
|||||
|
|
|
|
|
|
FЛ max = Bqv .
FЛ напрямлена перпендикулярно до швидкості руху заряду v , тому:
—надає зарядженій частинці доцентрового прискорення;
—робота FЛ дорівнює нулю.
B , заряджена частинка рухається по колуЯкщо
певного радіуса (рис. 234):
|
|
|
|
|
|
|
= m |
v |
2 |
|
|
|
m |
|
v |
F |
|
|
|||
R = |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
Л |
|
R |
. |
||
|
q |
|
B |
|
||||||
|
|
|
|
|
= Bqv |
|
|
|||
|
|
|
|
|
FЛ |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 233 |
Рис. 234 |
Якщо v напрямлена під кутом |
α до B, то згідно |
з перпендикулярною складовою v частинка описує коло
258
4. Магнетизм
радіусомR, згідно з паралельною складовою v — рухаєть-
ся вперед (v T = h) , тобто в результаті рухається по гвинтовій лінії з кроком h (рис. 235).
Рис. 235
Дія магнітного поля на струм (сила Ампера).
Напрям сили Ампера визначається за правилом лівої руки. Модуль сили Ампера:
FA = BIl sinα , FA max = BIl.
4.4. Дія магнітного поля на рамку зі струмом. Магнітний потік
Магнітне поле діє на протилежні сторони рамки зі струмом з силами Ампера — виникає пара сил, яка повертає рамку. Якщо рамка не закріплена, вона орієнтується
магнітним полем B так, щоб її магнітний момент Pмаг був
співнапрямлений з B зовнішнього поля. Сили Ампера при цьому врівноважуються (рис. 236, а, б):
Mmax = BIS = BIl1l2 ,
Mmax = pмагB ,
M = Mmax sinα .
Магнітний потік Φ (потік магнітної індукції) , що прони-
зує поверхню площею S (рис. 237):
Φ = BScosα ,
де α =( , ). n B
259
Електродинаміка
A
A
а
s
б
Рис. 236
n B
Рис. 237
Одиниця магнітного потоку |
в |
|
СІ — вебер (Вб): |
||
|
|
|
|
2 |
|
Φ |
=1 Вб =1 Тл |
|
м |
|
. |
4.5. Закон взаємодії паралельних струмів
Принцип суперпозиції магнітних полів: магнітні поля не взаємодіють, а тільки накладаються:
B = B1 + B2 +…+ Bn .
Струми взаємодіють, оскільки магнітне поле одного
струму діє на інший струм і навпаки.
Взаємодія паралельних струмів нескінченної довжини
(рис. 238): |
|
|
|
F =µµ |
|
I1I2l |
. |
|
|
||
|
0 2πr |
260
4. Магнетизм
Магнітне поле другого струму
I B2 =µµ0 2π2r
діє на перший струм із силою Ампера
F = B2I1l ,
і навпаки.
Сила Ампера на одиницю довжини провідника:
F |
=µµ0 |
I1I2 |
. |
L |
|
||
|
2πr |
Провідники, по яких паралельні струми йдуть в одному напрямі, притягуються, якщо в протилежному — відштовхуються.
4.6. Магнітне поле у речовині
Магнетики — усі речовини, які здатні намагнічуватись у зовнішньому магнітному полі, тобто створювати власні
(внутрішні) магнітні поля B1 самої речовини (рис. 239):
B .
B0
4.6.1. Магнітний момент атома
Внутрішнє магнітне поле B1 обумовлюється магнітними властивостями атомів. Електрони, що обертаються навколо
O
Рис. 238 |
Рис. 239 |
261
Електродинаміка
ядра, створюють магнітне поле, яке відповідає магнітному полю колового струму,— магнітний момент орбітального
струму pорб .
Електрони, окрім маси m, заряду q, мають власне маг-
нітне поле — спіновий магнітний момент pспін спінового
«струму» (рис. 240), який зумовлений обертанням електро-
на навколо своєї осі, від «spin» — обертання.
Магнітний момент атома pат — векторна сума орбіталь-
них і спінових магнітних моментів усіх його електронів:
pат = ∑ pорб +∑ pспін ;
pат = 0 , коли магнітні моменти електронів в атомі скомпенсовані (наприклад атом He) (рис. 241).
Рис. 240 |
Рис. 241 |
Якщо в атомі ряд магнітних моментів електронів не скомпенсований, pат ≠ 0 — навколо атома є магнітне поле з певним магнітним моментом, що відповідає магнітному полю колового струму (рис. 242).
Рис. 242
262
4. Магнетизм
4.6.2. Пара-, діа- і феромагнетики
У зовнішньому магнітному полі B0 нескомпенсовані магнітні моменти атомів орієнтуються за полем, створюючи внутрішнє поле B1 (парамагнітний ефект), але цьомуперешкоджає тепловий рух атомів (рис. 243).
В атомах усіх речовин під впливом зовнішнього маг-
нітного поля B0 обертання електронів видозмінюється та-
ким чином, що в атомів з’являється магнітний момент, спрямований проти зовнішнього поля (діамагнітний ефект)
(рис. 244).
Рис. 243 |
Рис. 244 |
Парамагнітні речовини (Na, Al та ін.) — це речовини,
атоми яких мають pат ≠ 0 . Парамагнітний ефект перекриває діамагнітний. Усередині парамагнетиків поле трохи
підсилюється: > 1.
Діамагнітні речовини (He, Cu та ін.) — це речовини, ато-
ми яких не мають магнітного моменту pат = 0 . У них наявний тільки діамагнітний ефект. Усередині діамагнетиків
поле трохи слабішає: < 1.
Феромагнітні речовини — особлива група магнетиків
(Fe, Ni, Co та деякі сплави). У феромагнетиках існують окремі ділянки, які називаються доменами, усередині яких
магнітні моменти атомів в основному зумовлені нескомпенсованими спіновими магнітними моментами електронів. Магнітні моменти атомів усередині доменів спонтанно орієнтуються в певному напрямку, утворюючи магнітний мо-
мент домена pдомена (рис. 245).
Магнітні моменти доменів хаотично орієнтовані в різних напрямах і, як правило, компенсують один одного.
263
Електродинаміка
pдомена
Рис. 245
4.6.3. Магнітний гістерезис. Точка Кюрі
Намагнічування феромагнетиків (відкрив Столєтов , по-
яснив Ландау):
I — ріст доменів, спочатку орієнтованих за зовнішнім полем B0, унаслідок приєднання (переорієнтації) атомів сусідніх доменів;
II — поворот доменів — орієнтація pдомена за полем;
III — парапроцес — строга орієнтація pат за полем частинок усередині доменів;
IV — магнітне насичення (повна орієнтація) (рис. 246,
а, б).
|
B0 |
а |
б |
|
Рис. 246 |
Магнітострикція — зміна розмірів феромагнетиків при їх намагнічуванні. Застосування — магнітострикційне ультразвукове випромінювання.
264
4. Магнетизм
Явище гістерезису — відставання зміни B від зміни B0 при розмагнічуванні феромагнетика. Якщо намагнітити феромагнетик до насичення у зовнішньому полі B0, а потім B0 зменшити до 0, то певною мірою орієнтація магнітних моментів атомів зберігається — спостерігаємо залишкову намагніченість Bзалиш (рис. 247).
Щоб забрати Bзалиш , треба прикласти деяке зворотне поле, яке називається Bзатримуюче (рис. 248).
При намагнічуванні й перемагнічуванні спостерігаємо
гістерезисну петлю (рис. 248).
Рис. 247 |
е |
Рис. 248 |
Феромагнітні речовини з вузькою гістерезисною петлею
(малою остаточною намагніченістю) (рис. 249, а) називаються магнітном’якими (наприклад сталь Армко — майже
чисте залізо; електротехнічна сталь); речовини з широкою петлею — магнітнотверді (магнітножорсткі), наприклад вуг-
лецева сталь (рис. 249, б).
а |
б |
|
Рис. 249 |
|
265 |