Билет № 12

1. Явление электромагнитной индукции. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца.

Явление возникновения индукционного тока в замкнутом контуре при любом изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур называют явлением электромагнитной индукции. Явление электромагнитной индукции открыл в 1831г. М. Фарадей.

Закон Фарадея для электромагнитной индукции сформулирован не для силы тока, а для электродвижущей силы индукции. Сила тока зависит от сопротивления контура, а эдс индукции зависит только от изменения магнитного потока.

Э.Д.С.индукции, возникающая в контуре численно равна скорости изменения магнитного потока и противоположна ему по знаку.

, так записывается закон электромагнитной индукции в случае равномерного изменения магнитного потока.

Если ЭДС индукции возникает в соленоиде из N витков, то N

Если магнитный поток, пронизывающей контур, изменяется с неравномерной скоростью, то он записывается в виде: , ( математически эта формула читается так: Мгновенное значение ЭДС индукции численно равно первой производной от магнитного потока по времени)

Знак «минус» в законе электромагнитной индукции учитывает направление, возникающего индукционного тока. В 1833г. Э.Ленц, обобщив результаты опытов пришел к выводу: Индукционный ток всегда направлен так, что созданное им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего этот индукционный ток. Т.е. если магнитный поток увеличивается, то индукция возникающего магнитного поля В₁ противоположна индукции основного магнитного поля В₀, если магнитный поток, пронизывающий контур, уменьшается, то В₁ совпадает по направлению с В_0.

ЭДС индукции возникает не только в замкнутом контуре, но и в прямом проводнике, который пересекает однородное магнитное поле под некоторым углом к линиям магнитной индукции. ЭДС индукции, возникающая при движении проводника в магнитном поле, пропорциональна индукции магнитного поля В, скорости движения проводника V, длине проводника l и синусу угла α, образованного векторами В и V.

Направление индукционного тока в прямом проводнике можно определить по правилу правой руки: правую руку располагают так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, а большой палец, отставленный на 90⁰ показывал направление движения проводника. Тогда четыре вытянутых пальца покажут направление индукционного тока.

2. Строение атома. Опыт Резерфорда. Постулаты Бора.

До открытия радиоактивности атомы считались элементарными частицами, неизменными и не имеющими никакого внутреннего строения. Исследования Дж.Дж.Томсона показали, что открытые им электроны появляются в свободном состоянии при ионизации атомов. Это означало, что электроны входят в состав атомов, т. е. атомы имеют какую-то внутреннюю структуру. Неионизированный атом нейтрален, значит отрицательный заряд, входящих в него электронов компенсирован положительным зарядом. Дж.Дж. Томсон предположил, что атомы представляют собой шарообразные частицы, состоящие из положительно заряженного вещества, в которое вкраплены отрицательно заряженные электроны (как изюминки в тесте кекса).

Модель Томсона требовала экспериментальной проверки, её выполнил Эрнест Резерфорд. Испускаемый радиоактивным веществом пучок альфа-частиц направлялся на тонкую металлическую фольгу. Проходя через фольгу, частицы попадали на экран, покрытый сернистым цинком. При этом каждая α- частица вызывала на экране вспышку света (сцинтилляцию), которая фиксировалась с помощью микроскопа. Большинство α- частиц свободно проходили через фольгу или отклонялись на очень малые углы. Но небольшое число α- частиц рассеивались на большие углы, иногда близкие к 180⁰. В 1911г. Резерфорд, обобщив результаты опытов, пришел к выводу: в центре атома находится положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена практически вся масса атома, размер ядра порядка 1·10^-15 м (размер атома имеет порядок 10^-10 м). Вокруг ядра , как планеты вокруг Солнца, движутся электроны, число которых совпадает с порядковым номером элемента в таблице Менделеева.

Рассеяние α- частиц на фольге Резерфорд объяснил таким образом: когда частица пролетает вблизи ядра, на неё действуют электростатические силы отталкивания. Эта сила тем больше, чем ближе к ядру пролетела частица. Если частица сталкивается с ядром, то она отскакивает назад, в этом случае угол рассеяния превышает 90⁰. Столкновения α- частиц с электроном к такому рассеянию не приводит, потому что масса электрона на четыре порядка меньше массы α- частицы.

Планетарная модель имела две существенные трудности: 1) почему электрон в атоме водорода попадает всегда на одну и ту же орбиту, несмотря на разные начальные условия; 2) согласно законам классической электродинамики, электрон, движущийся вокруг ядра с центростремительным ускорением, должен непрерывно излучать электромагнитные волны, однако атомы излучают энергию не всегда. Расчеты показывают, излучая электромагнитные волны, электрон за время 10^-8 с должен потерять всю свою энергию и упасть на ядро.

Постулаты Бора.

Выход из противоречий между планетарной моделью ядра и законами классической электродинамики был предложен в 1913 г. датским физиком Нильсом Бором. Бор заложил основы квантовой теории атома, объединив планетарную модель атома с гипотезой Планка о прерывистой структуре излучения света веществом. Основы новой теории Бор представил в виде трех постулатов:

1) Электроны в атоме могут двигаться только по стационарным (разрешенным) орбитам, удовлетворяющим условию 2 rmu = hn где r - радиус орбиты, m - масса электрона, u - скорость электрона. h – постоянная Планка, n - главное квантовое число, означающее номер орбиты ( n = 1, 2,3,…)

2) Каждой стационарной орбите электрона соответствует определенное энергетическое состояние атома. Движение электрона по стационарной орбите не сопровождается излучением или поглощением энергии.

3) Излучение или поглощение фотона сопровождается переходом электрона с одной стационарной орбиты на другую, причем энергия фотона, излученного при переходе из стационарного состояния с большей энергией в стационарное состояние с меньшей энергией ( поглощенного при обратном переходе) равна разности энергии атома в начальном и конечном состояниях hν = E₁-E₂

Теория Бора сыграла огромную роль в развитии физики атома