Билет № 26.

1. Дифракция света. Учет и применение дифракции. Дифракционная решетка.

Дифракция света – это отклонение распространения света от прямолинейности вблизи преграды, иначе говоря, огибание световыми волнами краев препятствий.

При прохождении монохроматического света ( например, красного) через малое круглое отверстие на экране возникает чередование светлых ( красных) и темных колец. В зависимости от размеров отверстия и расстояния от отверстия до экране в центре могут быть и светлые и темные пятна. Если через отверстие проходит солнечный свет, то кольца будут радужными и темными. Если свет проходит через узкую щель, то дифракционная картина представляет собой параллельные радужные и темные полосы. Появление чередующихся светлых и темных колец (полос) О. Френель объяснил тем, что световые волны, приходящие в результате дифракции из разных точек отверстия в одну точку на экране интерферируют между собой.

Если на узкую щель падает белый свет, то дифракционная картина окрашивается в радужные цвета. Это дает возможность получения дифракционных спектров. Но через одну щель проходит недостаточно света и спектр получается бледным. Для усиления дифракционной картины нужно пропускать свет через большое число щелей. Такому требованию удовлетворяет дифракционная решетка. Она представляет собой стеклянную пластинку, на которую нанесено множество параллельных царапин-штрихов. Штрихи рассеивают свет и являются непрозрачными участками, а неповрежденное между штрихами стекло выполняет роль узких щелей, через которые проходит свет. Ширина прозрачного и непрозрачного участков должна быть строго постоянной. Её называют периодом решетки d. Параллельные лучи, идущие от краев двух соседних щелей, имеют разность хода Δ , где -угол отклонения лучей от перпендикуляра к плоскости решетки. При равенстве разности хода целому числу длин волн: =kλ

( λ- длина волны) наблюдается интерференционный максимум света. Для каждой длины волны условие интерференционного максимума выполняется при своем значении угла дифракции . В результате при прохождении через дифракционную решетку белого света происходит его разложение в спектр. Наибольший угол дифракции для красного света, наименьший для фиолетового, т.е. цветные участки в дифракционном спектре расположены в обратном порядке по отношению к дисперсионному. Дифракционный спектр растянут равномерно, его обычно применяют для исследования длинноволновой части видимого излучения.

Наши ресницы с промежутками между ними представляют собой грубую дифракционную решетку, поэтому когда мы, прищурившись смотрим на удаленный источник света, то видим радужные круги. Роль отражательной дифракционной решетки играет лазерный диск. Дифракция света налагает предел на разрешающую способность оптических проборов (микроскопов, телескопов). Увидеть в оптический микроскоп можно только те предметы, размеры которых больше длины световой волны. Атом в оптический микроскоп увидеть нельзя, его размеры меньше длины световой волны, волны огибают атомы и интерферируют между собой, изображение получается размытым.

Среди разнообразных практических применений волновых свойств света в последние десятилетия одно из наиболее интересных – голография.

2.Сила Ампера. Применение силы Ампера.

Сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, помещенный в магнитное поле называют силой Ампера. Закон( формулу), выражающий эту силу называют законом Ампера( в электротехнике эту силу называют ёще магнитодвижущей силой). Закон имеет вид: F=BI , где F-сила Ампера, В- индукция магнитного поля, -длина проводника, α-угол между вектором тока и вектором индукции.

Направление силы Ампера определяют по правилу левой руки: Если левую руку расположить так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, четыре пальца были вытянуты по направлению тока, то отставленный на 90⁰ большой палец покажет направление силы Ампера.

Закон Ампера справедлив и в том случае, когда проводник с током находится в магнитном поле другого проводника с током, т. е. для случая взаимодействия токов. В этом случае закон Ампера имеет вид: F= μμ₀ ; где R-расстояние между проводниками, - длина проводника.

Используя правило левой руки можно определить, что два параллельных тока одного направления притягиваются друг к другу, а токи противоположных направлений отталкиваются.

Закон Ампера определяет единицу магнитной индукции-тесла. 1Тл-магнитная индукция такого однородного магнитного поля, которое действует с силой 1Н на каждый метр длины проводника, расположенному перпендикулярно направлению поля, если по этому проводнику проходит ток 1А.

По величине силы взаимодействия между проводниками с токами была введена единица силы тока 1А, и вычислено значение магнитной постоянной μ_0.

На действии электрического поля на проводник с током основано действие электроизмерительных приборов магнитоэлектрической системы (амперметров и вольтметров), работа электродвигателей.

2. Трансформатор преобразует переменный ток одного напряже­ния в переменный ток другого напряжения при неизменной частоте. Он состоит из замкнутого сердечника,, изготовленного из специальной листовой трансформаторной стали, на котором рас­полагаются две катушки (их называют обмотками) с разным числом витков из медной проволоки. Одна из обмоток, назы­ваемая первичной, подключается к источнику переменного напря­жения. Устройства, потребляющие электроэнергию, подключаются ко вторичной обмотке, их может быть несколько.

Если первичную обмотку подключить к источнику перемен­ного напряжения, а вторичную оставить разомкнутой (этот режим работы называют холостым ходом трансформатора), то в первич­ной обмотке появится слабый ток, создающий в сердечнике переменный магнитный поток. Этот поток наводит, в каждом витке обмоток одинаковую ЭДС, поэтому ЭДС индукции в каждой обмотке будет прямо пропорциональна числу витков в этой обмотке.

При разомкнутой вторичной обмотке напряжение на ее зажи­мах U₂ будет равно наводимой в ней ЭДС В первичной обмотке ЭДС по числовому значению мало отличается от подводимого к этой обмотке напряжения V\, практически их можно считать равными, поэтому

где К — коэффициент трансформации. Если вторичных обмоток несколько, то коэффициент трансформации для каждой из них рассчитывается аналогично.

Если во вторичную цепь трансформатора включить нагрузку, то во вторичной обмотке возникнет ток. Этот ток создает маг­нитный поток, который, согласно правилу Ленца, должен умень­шить изменение магнитного потока в сердечнике, что, в свою очередь, приведет к уменьшению ЭДС индукции в первичной обмотке. Но эта ЭДС равна напряжению, приложенному к первичной обмотке, поэтому ток в первичной обмотке должен возрасти, восстанавливая начальное изменение магнитного пото­ка. При этом увеличивается мощность, потребляемая трансформа­тором от сети.