- •Предмет физики. Предмет механики. Физические модели. Материальная точка. Абсолютно твердое тело. Системы отсчета.
- •Координатное и векторное описание положения частицы. Связь между ними
- •Скорость и ускорение материальной точки.
- •Равнопеременное движение.
- •Нормальное, тангенциальное и полное ускорения. Радиус кривизны траектории.
- •Поступательное и вращательное движение. Кинематика поступательного движения. Связь угловых и линейных характеристик движения.
- •Плоское движение
- •Механический принцип относительности. Инерциальные системы отсчета. Первый закон Ньютона.
- •Преобразования Галилея. Закон сложения скоростей Галилея.
- •Второй закон Ньютона. Сила. Импульс.
- •11.Принцип суперпозиции сил. Третий закон Ньютона.
- •12. Силы инерции. Принцип эквивалентности.
- •Измерения. Системы единиц. Внесистемные единицы. Размерности физических величин.
- •Работа и энергия. Мощность.
- •Консервативные силы. Потенциальные поля.
- •Потенциальная энергия. Связь силы и потенциальной энергии.
- •Силы в механике. Упругая сила.
- •Сила гравитационного притяжения. Однородная сила тяжести.
- •Сухое трение. Вязкое трение.
- •Закон сохранения механической энергии. Границы одномерного движения.
- •Закон сохранения импульса и его связь с однородностью пространства.
- •Абсолютно неупругий удар.
- •Абсолютно упругий удар.
- •Момент импульса и закон его сохранения.
- •Связь закона сохранения момента импульса с изотропностью пространства.
- •Кинетическая энергия вращающегося тела. Расчет момента инерции полого цилиндра.
- •Теорема Штейнера.
- •Динамика вращательного движения системы материальных точек относительно неподвижной оси.
- •Кинетическая энергия плоского движение твердого тела.
- •Равнодействующая сила. Центр тяжести.
- •Лоренцево замедление времени.
- •Лоренцево сокращение длин.
- •Преобразования Лоренца
- •Интервал и его инвариантность.
- •Релятивистский импульс. Основное уравнение релятивисткой динамики.
- •Кинетическая энергия релятивистской частицы. Взаимосвязь массы и энергии. Энергия покоя.
- •2 Тема.
- •1. Потенциальная энергия взаимодействия молекул. Модель идеального газа.
- •2. Жидкость. Кристаллическая решетка.
- •3. Молярная масса и число Авогадро.
- •4. Статистические ансамбли. Средние значения и среднеквадратичные отклонения.
- •6. Идеальный газ. Давление идеального газа.
- •8. Изопроцессы в идеальном газе.
- •9. Закон равнораспределения энергии по степеням свободы молекул в газе.
- •10. Внутренняя энергия. Внутренняя энергия идеального газа.
- •11. Механическая работа в тепловых процессах.
- •12. Первое начало термодинамики
- •1 3. Круговые процессы и тепловые двигатели. К.П.Д. Теплового двигателя.
- •14. Теплоемкость. Теплоемкость при постоянном давлении и теплоемкость при постоянном объеме. Уравнение Майера.
- •15. Работа в адиабатном процессе
- •16. Уравнение Пуассона.
- •17. Энтропия и ее статистический смысл.
- •18. Энтропия идеального газа.
- •19. Изменение энтропии в квазиравновесных процессах.
- •20. К.П.Д. Идеального цикла Карно.
- •21. Второе начало термодинамики (закон возрастания энтропии). Теорема Нернста.
- •22.Распределение Больцмана частиц в потенциальном поле.
- •23. Барометрическая формула.
- •24. Распределение Максвелла по скоростям.
- •25. Распределение Максвелла по модулю скорости.
- •26.Опыт Штерна.
- •27. Явления переноса. Опытные законы диффузии, теплопроводности и внутреннего трения.
- •28. Средняя длина свободного пробега молекулы в газе
- •29.Коэффициент диффузии в газе.
- •30. Коэффициент теплопроводности газов
- •31.Напряженность магнитного поля. Диамагнетики и парамагнетики.
- •32.Условия на границе раздела магнетиков.
- •33.Ферромагнетики.
- •34.Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца.
- •35. Взаимная индукция. Самоиндукция.
- •36. Ток замыкания цепи
- •37.Ток размыкания цепи.
- •38.Физический смысл интегральной формы уравнений Максвелла.
- •39.Ток смещения.
- •40. Скорость электромагнитной волны.
- •41.Капиллярные явления.
- •42. Влияние поверхностных эффектов на конденсацию пара и испарение жидкости.
- •43. Ламинарное и турбулентное течение. Линии и трубки тока. Уравнение непрерывности.
- •44. Уравнение Бернулли.
- •46. Число Рейнольдса. Метод подобия.
- •47Деформация твердых тел. Закон Гука. Модуль Юнга.
- •1. Закон Кулона. Электрическое поле. Принцип суперпозиции.
- •3. Теорема Остроградского-Гаусса для напряженности электростатического поля.
- •4. Теорема Ирншоу.
- •5. Полярные и неполярные диэлектрики. Электрический диполь. Дипольный момент.
- •6. Вектор поляризации. Его связь с поверхностной плотностью связанных зарядов.
- •7. Поле бесконечной равномерно заряженной плоскости. Напряженность поля в диэлектрике. Относительная диэлектрическая проницаемость.
- •8. Электрическая индукция. Теорема Остроградского-Гаусса для электрической индукции. Поведение нормальной составляющей поля на границе раздела диэлектриков.
- •9. Поле бесконечной равномерно заряженной нити.
- •10. Поле равномерно заряженного шара.
- •11. Потенциал электростатического поля. Его связь с напряженностью. Поведение тангенциальных составляющих поля на границе раздела диэлектриков
- •12. Потенциал поля точечного заряда и поля электрического диполя.
- •Проводник в электрическом поле. Связь между поверхностной плотностью заряда и полем вблизи поверхности.
- •Электроемкость проводника. Электроемкость конденсатора.
- •Потенциальная энергия системы зарядов. Энергия конденсатора. Плотность энергии электрического поля.
- •16. Электрический ток - упорядоченное движение заряженных частиц под действием сил электрического поля или сторонних сил.
- •17. Законы Ома.
- •18. Закон Ома для замкнутой цепи. Правила Кирхгофа.
- •19. Мощность электрического тока это работа, совершаемая током за единицу времени.
- •20. Квазистационарные токи. Заряд и разряд конденсатора.
- •Сила Лоренца. Магнитное поле. Относительный характер электрических и магнитных компонент электромагнитного поля.
- •22.Принцип супер¬позиции магнитных полей.
- •23.Закон Био-Савара-Лапласа. Магнитное поле кругового витка на его оси.
- •24.Магнитное поле бесконечного прямолинейного проводника с током
- •25.Теорема Остроградского-Гаусса для магнитного поля. Соленоидальный характер магнитного поля. Закон полного тока.
- •26.Поле соленоида.
- •27. Закон Ампера. Сила Ампера.
- •28.Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле
- •29.Замкнутый контур в магнитном поле.
- •30 Энергия магнитного поля соленоида. Плотность энергии магнитного поля
- •31.Напряженность магнитного поля. Диамагнетики и парамагнетики.
- •32 Условия на границе раздела магнетиков.
- •33 Феромагнетики
- •34 Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца.
- •35.Взаимная индукция. Самоиндукция.
- •Ток замыкания цепи.
- •Ток размыкания цепи.
- •Физический смысл интегральной формы уравнений Максвелла.
- •Ток смещения.
- •Скорость электромагнитной волны.
- •Поток вектора через бесконечно малую поверхность.
- •Циркуляция вектора по бесконечно малому контуру.
- •Уравнения Максвелла в дифференциальной форме.
35.Взаимная индукция. Самоиндукция.
Рассмотрим два неподвижных контура (1 и 2), которые расположены достаточно близко друг от друга (рис. 1). Если в контуре 1 протекает ток I1, то магнитный поток, который создавается этим током (поле, создающее этот поток, на рисунке изображено сплошными линиями), прямо пропорционален I(1). Обозначим через Ф(21) часть потока,пронизывающая контур 2. Тогда
(1)
где L(21) — коэффициент пропорциональности.
Рис.1
Если ток I1 меняет свое значение, то в контуре 2 индуцируется э.д.с. ξi2 , которая по закону Фарадея будет равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока Ф21, который создается током в первом контуре и пронизыващет второй:
Аналогичным образом, при протекании в контуре 2 тока I2 магнитный поток (его поле изображено на рис. 1 штрихами) пронизывает первый контур. Если Ф12 — часть этого потока, который пронизывает контур 1, то
Если ток I2 меняет свое значение, то в контуре 1 индуцируется э.д.с. ξi1 , которая равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока Ф(12), который создается током во втором контуре и пронизывает первый:
Явление возникновения э.д.с. в одном из контуров при изменении силы тока в другом называется взаимной индукцией. Коэффициенты пропорциональности L21 и L12 называются взаимной индуктивностью контуров. Расчеты, которые подтверждены опытом, показывают, что L21 и L12 равны друг другу, т. е.
(2)
Коэффициенты пропорциональности L12 и L21 зависят от размеров, геометрической формы, взаимного расположения контуров и от магнитной проницаемости среды, окружающей контуры. Единица взаимной индуктивности та же, что и для индуктивности, — генри (Гн).
Найдем взаимную индуктивность двух катушек, которые намотаны на общий тороидальный сердечник. Этот случай имеет большое практическое значение (рис. 2). Магнитная индукция поля, которое создавается первой катушкой с числом витков N1, током I1 и магнитной проницаемостью μ сердечника, B = μμ(0)(N(1)I(1)/l) где l — длина сердечника по средней линии. Магнитный поток сквозь один виток второй катушки Ф(2) = BS = μμ(0)(N(1)I(1)/l)S
Значит, полный магнитный поток (потокосцепление) сквозь вторичную обмотку, которая содержит N2 витков,
Поток Ψ создается током I(1), поэтому, используя (1), найдем
(3)
Если рассчитать магнитный поток, который создавается катушкой 2 сквозь катушку 1, то для L12 получим выражение в соответствии с формулой (3). Значит, взаимная индуктивность двух катушек, которые намотаны на общий тороидальный сердечник,
Ток замыкания цепи.
Ток размыкания цепи.
При любом изменении силы тока в проводящем контуре возникает э.д.с. самоиндукции, после чего в контуре появляются дополнительные токи, называемые экстратоками самоиндукции. Экстратоки самоиндукции, по правилу Ленца, всегда имеют такое направление, чтобы оказывать сопротивление изменениям тока в цепи, т. е. имеет направление, противоположное току, создаваемому источником. При выключении источника тока экстратоки так же направлены, как и ослабевающий ток. Значит, наличие индуктивности в цепи приводит к замедлению исчезновения или установления тока в цепи. Исследуем процесс выключения тока в цепи, содержащей источник тока с э.д.с. ξ , катушку индуктивностью L и резистор сопротивлением R . Под действием внешней э. д. с. в цепи течет постоянный ток (пренебрегаем внутренним сопротивлением источника тока). В момент времени t=0 отключим источник тока. Ток в катушке индуктивностью L начнет убывать, что приведет к возникновению э.д.с. самоиндукции ξs = -L(dI/dt) оказывающей препятствие, согласно правилу Ленца, уменьшению тока. В каждый момент времени ток в цепи задается законом Ома I= ξs/R, или (1) Разделив в формуле (1) переменные, получим (dI/I) = -(R/L)dt . Интегрируя эту формулу по I (от I0 до I) и t (от 0 до t), найдем ln (I/I0) = –Rt/L, или (2) где τ = L/R — постоянная, которая называется временем релаксации. Из (2) видно, что τ есть время, в течение которого сила тока уменьшается в е раз. Значит, в процессе отключения источника тока сила тока уменьшается по экспоненциальному закону (2) и задается кривой 1 на рис. 1. Чем больше индуктивность цепи и меньше ее сопротивление, тем больше τ и, значит, тем медленнее убывает ток в цепи при ее размыкании. Рис.1 При замыкании цепи помимо внешней э. д. с. ξ возникает э. д. с. самоиндукции ξs = -L(dI/dt) оказывающая препятствие, согласно правилу Ленца, возрастанию тока. По закону Ома, IR = ξ+ξs или Зададим переменную u = (IR - ξ) преобразуем эту формулу как где τ — время релаксации. В момент замыкания (t=0) сила тока I = 0 и u = –ξ . Значит, интегрируя по u и (от –ξ до IR–ξ) и t (от 0 до t), найдем ln[(IR–ξ)]/(–ξ) = -t/τ, или (3) где I0=ξ/R — установившийся ток (при t→∞). Значит, в процессе включения источника тока увеличение силы тока в цепи определяется функцией (3) и кривой 2 на рис. 1. Сила тока увеличивается от начального значения I=0 и асимптотически стремится к установившемуся значению I0=ξ/R . При этом, скорость нарастания тока задается тем же временем релаксации τ = L/R, что и убывание тока. Установление тока осуществляется тем быстрее, чем меньше индуктивность цепи и чем больше ее сопротивление. Оценим значение э.д.с. самоиндукции ξs , которая возникает при мгновенном нарастании сопротивления цепи постоянного тока от R0до R. Допустим, что мы размыкаем контур, когда в нем течет установившийся ток I0=ξ/R . При размыкании цепи ток будет менеться по формуле (2). Подставив в нее формулу для I0 и τ, найдем Э.д.с. самоиндукции т. е. при значительном возрастании сопротивления цепи (R/R0>>1), которая обладает большой индуктивностью, э.д.с. самоиндукции может во много раз быть больше э.д.с. источника тока, включенного в цепь. Значит, необходимо учитывать, что контур, который содержит индуктивность, нельзя резко размыкать, так как при этом (возникновение значительных э.д.с. самоиндукции) может привести к пробою изоляции и поломке измерительных приборов. Если в контур сопротивление вводить постепенно, то э.д.с. самоиндукции больших значений не достигнет.