Познакомимся с простейшими оптическими приборами, ши­роко используемыми в быту.

Лупа (рис. 189) — оптический прибор (собирающая линза), позволяющий увеличить угол зрения на предмет (т. е. увеличить

2 — изображение

мелкие детали предметов). Она представляет собой короткофо­кусную линзу (F от 10 до 100 мм), которую располагают между глазом и предметом. Мнимое увеличенное изображение предме­та получается на расстоянии наилучшего зрения — 25 см для нормального глаза (или на бесконечности). Таким образом, изображение предмета рассматривается глазом без напряже­ния. Видимое увеличение, даваемое лупой:

Г= d₀/ F

где d₀ — расстояние наилучшего зрения, F — фокусное расстоя­ние лупы. Вследствие того, что d₀ = 0,25 м, то обычно лупы имеют увеличение от 2,5 до 25 раз. Лупы с увеличением Г>40 не применяются из-за сильных искажений изображения или малости обзора.

Проекционный аппарат — прибор, с помощью которого на экране получают действительное увеличенное (прямое или об­ратное) изображение светящихся или освещенных предметов.

Для демонстрации прозрачных (диа) объектов предназначе­ны диаскопы (рис. 190), непрозрачных (эпи) — эпископы (эпи-проекторы) (рис. 191). Комбинированные аппараты, предназна­ченные для демонстрации и тех и других объектов, называются эпидиаскопами.

Фотоаппарат (рис. 192) — прибор, предназначенный для по­лучения действительного уменьшенного обратного изображения предметов на фотопленке. При этом предметы могут быть распо­ложены на различном удалении от точки съемки. Фотоаппарат состоит из закрытой светонепроницаемой камеры и системы линз, называемых объективом (О). С помощью перемещения объектива (наводкой на резкость) добиваются того, чтобы изоб­ражение предмета формировалось точно на фотопленке. В про­тивном случае изображение получается нечетким (размытым). Количество световой энергии, поступающей на пленку, определя­ется размерами диафрагмы и временем открытия затвора (вы­держкой).

На смену пленочным приходят электронные (цифровые) фото­камеры, в которых изображение записывается не на фотопленку, а на специальный чувствительный элемент, с которого информа­ция считывается и хранится в электронном (цифровом) виде, как в памяти компьютера. К достоинствам электронных камер можно отнести возможность «мгновенного» просмотра сделанной фото­графии, восстановление ресурсов памяти после переписывания информации в компьютере, высокий темп съемки (до 10 и более кадров в секунду).

Билет №14 Явление электромагнитной индукции. Закон электромагнитной индукции.

Явление возникновения ЭДС индукции в проводнике, движу­щемся в постоянном магнитном поле, называется явлением электромагнитной индукции.

Сторонней силой, создающей эту ЭДС(электродвижущую силу), является сила Ло­ренца, действующая на свободные электроны в движущемся проводнике. Существование ЭДС индукции приводит к появлению в замкнутом контуре индукционного тока. Когда проводник с индуци­рованным током I движется в магнитном поле, то оно действует на проводник с силой Ампера F_A = BIl. Для определения на­правления этой силы применим правило левой руки (. Направление силы противоположно направлению движения про­водника. Следовательно, индукционный ток, взаимодействуя с магнитным полем, создает силу, тормозящую движение про­водника. Таким образом, для движения проводника необходима внешняя сила, совершающая работу против силы Ампера.

Вследствие того, что в проводнике при движении в магнит­ном поле возникает ЭДС индукции и перемещение проводника происходит за промежуток времени Δt, то энергия, выделенная током в контуре (цепи), определяется по формуле: W = ε_i I Δt. Выражение для ЭДС индукции: ε_i= B l υ.

Таким образом, ЭДС индукции, возникающая в движущемся проводнике, определяется его длиной, скоростью движения и мо­дулем индукции магнитного поля.

ε_i= Blυ sin a, подчеркнем, что в общем случае мы должны учесть угол между скоростью движения проводника (т. е. между скоростью движе­ния электронов) и вектором магнитной индукции.

С учетом определения магнитного потока выражение для ЭДС индукции можно переписать в следующем виде: ε_i= BΔS sin a/ Δt = B ΔS cosβ/Δt= ΔФ/Δt .Здесь ΔФ = BΔS cos β — изменение магнитного потока через контур за время Δt).

Направление индукционного тока в контуре с перемещаю­щимся стержнем может быть уста­новлено с помощью правила правой руки : если ладонь правой руки распо­ложить так, чтобы вектор магнит­ной индукции В входил в ладонь, а отставленный на 90° большой па­лец совпадал с направлением ско­рости проводника, то четыре вытя­нутых пальца укажут направление тока.

Явление электромагнитной индукции было открыто Фарадеем в августе 1831 г.

В своих опытах Фарадей из­менял магнитный поток через проводящий контур (катушку), вдвигая и выдвигая из нее посто­янный магнит или катушку, подключенную к источни­ку постоянного тока.

Закон электромагнит­ной индукции (закон Фарадея), количественно определяющий ЭДС индукции в контуре:

ЭДС электромагнитной индукции, возникающая в контуре, прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока через него: ε_i= - ΔФ/Δt.

Направление индукционного тока, возникающего в контуре, было определено русским физиком Эмилем Ленцем в 1833 г. Согласно правилу Ленца в законе Фарадея следует ставить знак минус, поскольку: возникающий в контуре индукционный ток имеет такое на­правление, что созданный им магнитный поток через площадь, ограниченную контуром, стремится компенсировать изменение магнитного потока, вызвавшее

данный ток.,

Поскольку сила Лоренца действует только на движущиеся заряды, т. е. она не может привести заряженные частицы в дви­жение, то возникает вопрос: какая же сила заставляет двигаться электроны в неподвижном проводнике, если ЭДС вызвана изме­нением индукции магнитного поля с течением временем? В этом случае возникает вихревое электрическое поле, действующее на заряженные частицы. В отличие от потенциального электростати­ческого поля, создаваемого неподвижными электрическими за­рядами, вихревое электрическое поле, возникающее вследствие изменения магнитного поля, обладает тем свойством, что работа сил этого поля по замкнутой траектории не равна нулю. Именно этой работой и определяется ЭДС электромагнитной индукции в замкнутом контуре.

Вихревое электрическое поле, возникающее при изменении магнитного поля, существует независимо от того, имеется или нет в этом месте замкнутый проводящий контур. Проводящий контур является лишь своеобразным индикатором, обнаружива­ющим наличие этого вихревого поля.

Вихревое электриче­ское поле имеет замкнутые силовые линии.

Если в вихревом электрическом поле будет находиться про­водник, то оно будет возбуждать в проводнике индукцион­ный ток.