Физика ответы на вопросы
.pdf
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
dA2 = I(dФ0 + dФ2 ) ,
де dФ0 – поток, который пересекает проводник CDA при движении;dФ2 – поток,
пронизывающий контур в его конечном положении.
Силы, действующие на участок АВС контура, образуют с направлением перемещения тупые углы, следовательно dA1 <0. Проводник АВС пересекает при своем движении потокdФ0 сквозь поверхность иdФ1 – поток, пронизывающий контур в начальном положении.
Следовательно:
dA1 = −I(dФ0 + dФ1 ) .
Подставляя выражения для dA1 иdA2 в формулу (38.5), получим выражение для элементарной работы:
dA = −I(dФ0 + dФ1 ) + I(dФ0 + dФ2 ) dA = I(dФ2 − dФ1 )
dФ2 − dФ1 = dФ′
изменение магнитного потока сквозь площадь, ограниченную контуром с током.
Таким образом,
dA = IdФ′ .
Проинтегрировав это выражение, определим работу, совершаемую силами Ампера при конечном произвольном перемещении контура в м.п.:
A = I Ф.(38,12)
Работа по перемещению замкнутого контура с током в МП равна произведению
силы тока в контуре на приращение магнитного потока, сцепленного с контуром.
Формула (38.12) остаётся справедливой для контура любой формы в произвольном
магнитном поле.
11.Магнитное поле в веществе. Вектор намагниченности и вектор напряженности
магнитного поля. |
|
Магнитное поле в веществе: |
|
1) вакуум - молекулярных токов нет. ′ = |
0 пров |
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
2) в любой другом веществе = ′ + ′′ |
|
|||||
Вектор намагниченности - = |
|
|
(где |
- магнитный момент, а V - объём). |
||
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Источник магнитного момента - молекулярные токи. Пояснение.
Вектор напряжённости - Напряжённость магнитного поля определяется только токами проводимости. [ ] = [ ] = Ам. Дифференциальная форма теоремы о циркуляции = пров .
12.Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость. Диамагнетики, паpамагнетики, феppомагнетики.
Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость.
Интегральная форма этой теоремы (или закона полного тока) имеет вид:
( , ) =
Если J~B~H, то соотношение между ними выглядит: = 0( + ) = 0(1 + )
- магнитная восприимчивость в-ва,
=1+ - магнитная проницаемость, обе величины безразмерные.
= 0 ; =
Физический смысл 
- показывает, во сколько раз в веществе магнитное поле сильнее(индукция МП больше), чем в вакууме.
Сравнение с диэлектрической проницаемостью - ε показывает, во сколько раз в веществе Эл. поле слабее.
13.Электpомагнитная индукция. Закон Фаpадея. Вихpевое электрическое поле. Электромагнитная индукция - при изменении магнитного потока через
замкнутый проводник (замкнутый контур) в нём возникает индукционный (наведённый) электрический ток.(“индукция” - наведение).
Закон Фарадея |
- |
= − |
Ф |
( |
- ЭлектроДвижущая Сила (ЭДС) не зависит от |
|
того, что является причиной изменения потока).
Вихревое (индукционное) электрическое поле:
Добавлено примечание ([16]): циркуляция вектора напряженности магнитного поля по любому замкнутому контуру в произвольной среде равна алгебраической сумме макротоков, пронизывающих площадь контура.
Добавлено примечание ([17]): ЭДС индукции,
возникающая в замкнутом проводящем контуре, пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром.
1)Вызывается изменениями магнитного поля
2)силовые линии замкнуты - вихревое поле
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
3)Работа сил поля по перемещению пробного заряда по замкнутому пути = ЭДС индукции.
Определение направления.Подробности.
14.Самоиндукция, коэффициент самоиндукции. Индуктивность соленоида. Энеpгия магнитного поля, об'емная плотность энеpгии магнитного поля.
Самоиндукция. По замкнутому проводнику любой форму течет ток Iвокруг него образуется МП оно создает магнитный поток Ф через контур, охваченный проводником ток I Ф сиЭДС самоиндукции. Это явление называется самоиндукцией.
В любой точке B~I Ф~I си= -dФ/dt ~ dI/dt си= -L dI/dt.
Коэффициент пропорциональности L между си и скоростью изменения тока - называется коэффициентом самоиндукции или индуктивностью.
[L]= |
[ ] |
= В*с/A = Ом*с = Гн (генри). |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
[ ]/[ ] |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Индуктивность соленоида |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
B = 0I n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 0 . |
|
|
|
|
|
|||||||
Магнитный поток через виток: Ф′ |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
ЭДС в каждом витке: ε’= 0n S dI/dt. |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
ЭДС на всем соленоиде: |
= ′ = 2 / = 2 / |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ис |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
0 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 2 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
||||
Если в соленоиде есть наконечник: |
|
= |
|
2. |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Энергия МП соленоида |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Чтобы в соленоиде появился ток I, он должен возрасти от 0 до I за время T. Для |
||||||||||||||||||||||||
протекания через соленоид заряда dq нужно совершить работу против ЭДС |
||||||||||||||||||||||||
самоиндукции, которая препятствует возрастанию тока: си |
||||||||||||||||||||||||
= ∫ |
|
|
|
|
|
= ∫ |
|
|
|
|
= |
∫ |
|
= |
1 |
2 |
||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
0 |
2 |
|
||||||||
Эта работа запасается в виде энергии соленоида, т.е. в виде энергии его МП:
= сол = мп = 12 2 = 12 0 2 2 = (2/0) = 12 0 2 .
Объемная плотность энергии МП
|
|
= = (2/ ) = |
1 |
2 |
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||
|
сол |
|
|
|
|
|
мп |
|
0 |
|
|
|
2 |
0 |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Энергия соленоида распределена по объему V, в котором есть МП с плотностью |
|||||||||||||||||||||||
м(объемная плотность энергии МП): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
= |
1 |
2/ |
0 |
= |
1 |
= |
1 |
|
2. |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
м |
2 |
|
|
|
2 |
|
2 |
|
|
0 |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Для сравнения ЭП имеет плотность энергии: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
= |
1 |
|
2/ |
= |
1 |
= |
|
1 |
2. |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
эл |
2 |
|
0 |
2 |
2 |
0 |
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
15. |
Максвелловская трактовка эл.-магн. |
индукции. |
Ток смещения. Уравнения |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Максвелла в интегральной форме. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Добавлено примечание ([18]): Правило Ленца:
направление индукционного тока таково, что он стремится скомпенсировать действие вызвавшей его причины
Добавлено примечание ([19]): Магнитное поле контура, в котором сила тока изменяется, индуцирует ток не только в других контурах, но и в себе самом.
Добавлено примечание ([20]): Индуктивность есть у любого проводника, а не только у специально изготовленной катушки индуктивности
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Максвелловская трактовка эл.-магн. индукции: 1) ЭДС индукции не зависит от материала проводника.
2) ( |
стор, ) = |
|
( |
стор , ) = |
= − |
Ф |
, где стор - |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
сторонние, стор - силы электрические, но не электростатические, так как
( элст , ) = 0.
Ток смещения - |
см = |
|
, в вакууме |
см = |
|
0 |
- это меняющееся со |
||
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
временем Электрическое Поле.
16.Уравнения Максвелла в дифференциальной форме.
Полная версия.
17.Плоская ЭМВ как pешение уpавнений Максвелла. Параметры ЭМВ: частота, длина волны, скорость распространения, интенсивность, поляризация.
Плоская ЭМВ как решение уравнений Максвелла. Параметры Электромагнитных волн.
18.Энеpгия ЭМВ, вектоp Пойнтинга. Опыты Геpца. Шкала и области пpименения ЭМВ pазличных диапазонов. Излучение ЭМВ осциллиpующим электpическим диполем. Вектор Пойнтинга - вектор, численно равный интенсивности электромагнитной волны и направленный вдоль луча, т.е. вдоль направления переноса энергии = [ × ],где
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
E - напряженность электрического поля. H - напряженность магнитного поля. Опыты Герца.
Излучение осциллирующего диполя
Технические способы получения ЭМВ различны = в зависимости от диапазона и внутри каждого диапазона.Однако излучение ЭМВ имеет общие черты, которые удобно рассмотреть на модели излучения колеблющимся (осциллирующим) диполем. Пусть дипольный момент меняется по закону: = ( )
Наглядные решения задачи об ЭП и МП вокруг диполя получаются при некоторых допущениях:
1)l << λ = c / ω (элементарный диполь)
2)r >> λ (дальнее поле излучения) Свойства излучения диполя (для справки)
19.Связь геометрической оптики и теории ЭМВ. Сложение колебаний, пpинцип супеpпозиции.
Связь геометрической оптики и теории ЭМВ - Ну, типа, из уравнений Максвелла следует, что свет - это ЭлектроМагнитная Волна (ЭМВ), поэтому ЭМВ должны описывать все свойства света, то есть законы геометрической оптики.
Принцип суперпозиции, если:
1-й луч |
1 |
= |
1 ( |
1 |
− |
1 |
+ |
1)- решение УМ (уравнений |
Максвелла) и |
|
|
|
|
|
|
||
2-й луч |
2 |
= |
2 ( |
2 |
− |
2 |
+ |
2)- также решение УМ, то = |
1 + |
2- тоже решение УМ. |
|
|
|
||||
Сложение колебаний (хер его знает, что ему нужно).
20.ЭМВ на границе раздела 2 сред. Формулы Френеля. Скачок фазы при отражении.
Добавлено примечание ([21]): 1.Закон прямолинейного распространения света - в оптически однородной системе лучи света двигаются прямолинейно 2.Закон независимости световых лучей -
распространение одного луча не влияет на распространение других в той же области пространства.
3.Законы отражения и преломления света - угол падения равен углу отражения и sin x1/sin x2 = n2/n1 соответственно
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
ЭМВ на границе раздела 2 сред - Световые волны упругие, но математический аппарат его теории годится и для ЭМВ. ЭМВ с ВВ 1 падает на границу раздела 2 сред.
Волна разбивается согласно принципу суперпозиции ( закону независимости световых лучей) на 2 волны разных взаимно перпендикулярных поляризаций - s-поляризаций, в которой вектор Е параллелен плоскости раздела, и р-поляризации, в которых он лежит в плоскости( 1, ).
Отраженная волна R: ВВ , угол 
с нормалью, состоит из волн s и p, которые образуются из s и р падающих волн. Прошедшая во 2 среду волна D: ВВ 2, угол 2 с
нормалью имеет s и р компоненты. 6 волн 3 пары ( падающие, отраженные и прошедшие) уравнений для электр. компоненты ( и еще 6 магнитных компонент).
Формулы Френеля - для р-волн:
(1 − 2 )= (1 + 2)
2 1 2= (1 + 2 )(1 − 2 )
Для s-волн:
(1 − 2 )= − (1 + 2 )
2 1 2= (1 + 2)
Эти же формулы определяют фазы прошедшей и отраженной волн по отн. к падающей: если D/E или R/E > 0, то фазы совпадают ( α и ß = 0), если < 0, то фазы противоположны (α или ß = π).
Из формул видно, что фазы прошедших волн и всегда совпадают с фазами падающих и (ß = 0).
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
про скачок фазы я чет хз
21.Интеpфеpенция ЭМВ. Опыт Юнга. Интерференция волн от 2 щелей. Виды интерферометров.
Интерференция
= 1 + 2 + 2√ 1 2
Последнее слагаемое называется интерференционным членом, а его значение, а, следовательно и значение интенсивности колебания зависит от cos .
Если cos > 0, то 1 + 2, если cos < 0, то < 1 + 2.
Сдвиг фаз δ может от одной точки наблюдения к другой, соответственно, будет интенсивность колебаний. Такое явление называется интерференцией.
Если cos , так что <cos > = 0, то колебания некогерентные
: = 1 + 2.= 1 + 2 справедливо и для когерентных ( = const) колебаний, но при 1 2.
Опыт Юнга
Для интерференции нужно (по крайней мере) 2 когерентных источника света (ЭМВ). Обычные источники света некогерентны. Способ получить когерентные источники придумал Томас Юнг (1804). Он взял один источник света (Солнце) и пустил световые волны от него в точку наблюдения двумя путями. На экране Юнг наблюдал картину (интерференционную картину) из темных и светлых полос.
Интерференция волн от двух щелей и еще пара пикч (и разновидности интерферометров)
22.Временная когерентность. Пространственная когерентность.
Когерентность - это способность к интерференции (Интерференция — взаимное увеличение или уменьшение результирующей амплитуды двух или нескольких когерентных волн при их наложении друг на друга).
Добавлено примечание ([22]): явление взаимодействия звуковых, световых или иных волн, исходящих из разных источников.
Или - сложение в пространстве двух или более волн, в результате которого возникает устойчивая картина распределения амплитуд результирующих колебаний.
Добавлено примечание ([23]): Когерентные волны
- это волны, имеющие одинаковые частоты, постоянную разность фаз, а колебания происходят в одной плоскости
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Временная когерентность связана с когерентностью вдоль луча. Время когерентности ког - длительность волнового пакета ( атомы, которые
испускают волны ограниченное время. Разные |
2и 1(половинки пакета) приходят в |
|||
разное время в точку наблюдения. Если время запаздывания > |
ког , то части |
|||
пакета не смогут интерферировать. Условие когерентности - |
|
<< |
ког . |
|
|
||||
|
|
|
|
|
Пространственная когерентность - это когерентность света в направлении, перпендикулярном лучу (поперек луча).
23.Интерференция на тонких пленках. Кольца Ньютона.
Интерференция на тонких плёнках.
Кольца Ньютона
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
24.Дифpакция. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция на круглом отверстии. Зоны Френеля.
Дифракция (лат. diffractus - переломанный) - явление огибания светом резких препятствий, которые можно рассматривать как отклонение от закона прямолинейного распространения света. Типично для любых волн.
Принцип Гюйгенса-Френеля:
Каждая точка, через которую проходит фронт волны в данный момент времени, является источником вторичных сферических волн. Интенсивность волны за препятствием определяется интерференцией вторичных волн.
Дифракция на круглом отверстии
Зоны Френеля
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
|
= √ |
|
. Круг радиуса - 1 |
зона Френеля. При = √2 |
|
фаза волны снова |
|
|
|||||
1 |
|
+ |
1 |
2 |
+ |
|
|
|
|
|
|||
меняется на π, тогда кольцо с радиусами 1и 2- 2 зона Френеля. Далее: внешний радиус
k-той зоны Френеля = √ + - k-тая зона Френеля - кольцо между −1и .
25.Дифракция в ближнем и дальнем поле. Дифракция на круглом диске.
Дифракция в дальнем поле
При > 1(отверстие < 1 зоны Френеля) - дифракция
в дальнем поле (в параллельных лучах, фраунгоферова).
Дифракционная картинка при этом случае - размытое пятно размером больше отверстия.
Дифракция в ближнем поле.
Дифракционная картина - светлые и темные кольца, число которых зависит от числа открытых зон. Число открытых зон равно числу пиков на сечении дифракционной картинки.
Зонная пластинка Френеля (хз, на всякий).
Дифракция на круглом диске
Явление. родственное дифракции на отверстии.
Добавлено примечание ([24]): Явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении вблизи препятствий
Добавлено примечание ([25]): При перемещении экрана относительно отверстия, число зон Френеля будет изменяться (при удалении - уменьшаться)
становясь то четным, то нечетным, а на экране в центре будет то темное пятно, то светлое.