YLEISTIETOA FYSIIKAN SISÄÄNTÖKOKEISTA

RTU MIREAssa fysiikan pääsykoe suoritetaan kirjallisesti (hakijoille, jotka eivät tehneet tenttiä). Tenttikortti sisältää kaksi teoreettista kysymystä ja viisi tehtävää. Tenttilippujen teoreettiset kysymykset muodostetaan teknisten yliopistojen fysiikan pääsykokeiden koko venäläisen ohjelman perusteella. Alla on täydellinen luettelo tällaisista kysymyksistä.

On huomattava, että tentin aikana pääpaino on materiaalin ymmärtämisen syvyydessä, ei sen mekaanisessa toistossa. Siksi on toivottavaa havainnollistaa vastauksia teoreettisiin kysymyksiin mahdollisimman paljon selittävillä kuvioilla, kaavioilla jne. Annetuissa analyyttisissä lausekkeissa on ilmoitettava kunkin parametrin fyysinen merkitys. Sinun ei pitäisi kuvata yksityiskohtaisesti kokeita ja kokeita, jotka vahvistavat tämän tai toisen fyysisen lain, mutta voit rajoittua vain niiden johtopäätösten lausumaan. Jos lailla on analyyttinen ennätys, siihen tulee viitata antamatta sanallista muotoilua. Tehtäviä ratkaistaessa ja teoreettisiin kysymyksiin vastattaessa vektorisuureet tulee varustaa asianmukaisilla ikoneilla ja hakijan työstä tarkastajalla tulee olla selkeä käsitys siitä, että hakija tietää skalaarin ja vektorin eron.

Esitettävän materiaalin syvyys määräytyy standardioppikirjojen sisällön mukaan lukio ja oppaita yliopistoihin hakijoille.
Ongelmia ratkaistaessa suositellaan:

• anna kaaviokuva, joka heijastaa ongelman olosuhteita (useimmille fyysisille ongelmille tämä on yksinkertaisesti välttämätöntä);
• ota käyttöön nimitykset niille parametreille, jotka ovat tarpeen tämän ongelman ratkaisemiseksi (unohtamatta ilmoittaa niiden fyysistä merkitystä);
• kirjoita muistiin kaavat, jotka ilmaisevat tämän ongelman ratkaisemiseen käytetyt fysikaaliset lait;
• suorittaa tarvittavat matemaattiset muunnokset ja esittää vastaus analyyttisessä muodossa;
• tarvittaessa suorita numeerisia laskelmia ja saat vastauksen SI:nä tai niissä yksiköissä, jotka on ilmoitettu tehtävän lausunnossa.

Kun ongelmaan saadaan vastaus analyyttisessä muodossa, on tarpeen tarkistaa tuloksena olevan lausekkeen ulottuvuus, ja tietysti sen käyttäytymisen tutkimista ilmeisissä tai ääritapauksissa kannustetaan.

Esitetyistä johdantotehtävien esimerkeistä käy selvästi ilmi, että kussakin muunnelmassa tarjotut tehtävät ovat monimutkaisuudeltaan varsin erilaisia. Siksi oikein ratkaistusta tehtävästä ja teoreettisesta kysymyksestä saatava enimmäispistemäärä ei ole sama ja on yhtä suuri: teoreettinen kysymys - 10 pistettä, tehtävä nro 3 - 10 pistettä, tehtävät nro 4, 5, 6 - 15 pistettä ja tehtävä nro 7 - 25 pistettä ...

Tehtävän täysin suorittanut hakija voi siis saada enintään 100 pistettä. Uudelleen laskettuna 10 pisteen arvosanaksi, joka laitetaan hakijan koelomakkeeseen, on tällä hetkellä voimassa seuraava asteikko: 19 tai vähemmän pistettä - "kolme", ​​20 ÷ 25 pistettä - "neljä", 26 ÷ 40 pistettä - " viisi", 41 ÷ 55 pistettä - "kuusi", 56 ÷ 65 pistettä - "seitsemän", 66 ÷ 75 pistettä - "kahdeksan", 76 ÷ 85 pistettä - "yhdeksän", 86 ÷ 100 pistettä - "kymmenen". Pienin positiivinen arvio oli "neljä". Huomaa, että muunnosasteikko voi muuttua suuntaan tai toiseen.

Opettaja ei ole hakijan työtä tarkastellessaan velvollinen katsomaan luonnosta, ja hän tekee tämän poikkeustapauksissa selkeyttääkseen valitut ongelmat ei tarpeeksi selkeä puhtaasta kopiosta.

Fysiikan tenttiä varten sallitaan ei-ohjelmoitava laskin. Kaikkien viestintävälineiden ja taskutietokoneiden käyttö on ehdottomasti kielletty.

Kirjallinen fysiikan tentti kestää neljä tähtitieteellistä tuntia (240 minuuttia).

FYSIIKAN PÄÄSYKOKEIDEN KYSYMYKSET

*
Adobe Reader

Kysymykset perustuvat koko venäläiseen yliopistojen fysiikan pääsykokeisiin.

1. Viitejärjestelmä. Materiaalipiste. Liikerata. Polku ja liike. Nopeus ja kiihtyvyys.
2. Aineellisen pisteen nopeuksien summauslaki erilaisissa vertailujärjestelmissä. Aineellisen pisteen nopeuden ja koordinaattien riippuvuus ajasta tasaisesti kiihdytetyn liikkeen tapauksessa.
3. Tasainen pyöreä liike. Lineaari- ja kulmanopeudet ja niiden välinen suhde. Kiihtyvyys kehon tasaisella liikkeellä kehän ympäri (keskipetaalinen kiihtyvyys).
4. Newtonin ensimmäinen laki. Inertiaaliset viitekehykset. Galileon suhteellisuusperiaate. Paino. Pakottaa. Tuloksena olevat voimat. Newtonin toinen laki. Newtonin kolmas laki.
5. Voiman olkapää. Voiman hetki. Kehojen tasapainotila.
6. Elastiset voimat. Hooken laki. Kitkavoima. Staattinen kitka Liukukitka. Liukukitkakerroin.
7. Laki universaali gravitaatio... Painovoima. Kehon paino. Painottomuus. Ensimmäinen avaruusnopeus (päätelmä).
8. Kehon impulssi. Voiman impulssi. Kehon impulssin muutoksen ja voiman impulssin välinen suhde.
9. Suljettu kehojärjestelmä. Impulssin säilyttämislaki. Suihkuvoiman käsite.
10. Mekaaninen työ. Voimaa, voimaa. Kineettinen energia. Työn ja kehon liike-energian muutosten välinen yhteys.
11. Mahdolliset voimat. Mahdollinen energia. Potentiaalisten voimien työn ja potentiaalisen energian välinen yhteys. Painovoiman ja elastisten voimien potentiaalinen energia. Mekaanisen energian säilymisen laki.
12. Paine. Pascalin laki nesteille ja kaasuille. Kommunikoivat alukset. Laitteen toimintaperiaate hydraulinen puristin... Arkhimedesin laki nesteisiin ja kaasuihin. Edellytys, että kappaleet kelluvat nesteen pinnalla.
13. Molekyylikinettisen teorian pääsäännöt ja niiden kokeellinen perustelu. Moolimassa. Avogadron numero. Aineen määrä. Täydellinen kaasu.
14. Ihanteellisen kaasun molekyylikineettisen teorian perusyhtälö. Lämpötila ja sen fysikaalinen merkitys. Absoluuttinen lämpötila-asteikko.
15. Ideaalikaasun tilayhtälö (Clapeyron-Mendeleevin yhtälö). Isotermiset, isokooriset ja isobariset prosessit.
16. Sisäinen energia. Lämmön määrä. Työskentele termodynamiikassa. Energian säilymisen laki lämpöprosessissa (termodynamiikan ensimmäinen laki).
17. Aineen lämpökapasiteetti. Aineen vaihemuunnokset. Ominaishöyrystyslämpö ja ominaissulamislämpö. Lämpötasapainon yhtälö.
18. Lämpömoottorien toimintaperiaate. Lämpömoottorin hyötysuhde ja sen maksimiarvo. Carnot sykli.
19. Haihtuminen ja kondensaatio. Kiehuva neste. Tyydyttyneet ja tyydyttymättömät höyryt. Ilman kosteus.
20. Coulombin laki. Sähkökentän voimakkuus. Pistevarauksen sähköstaattinen kenttä. Kenttien superpositioperiaate.
21. Sähköstaattisen kentän toiminta varausta siirrettäessä. Potentiaali- ja potentiaaliero. Pistevarauksen kentän potentiaali. Homogeenisen sähköstaattisen kentän voimakkuuden ja potentiaalieron välinen suhde.
22. Sähköinen kapasiteetti. Kondensaattorit. Litteän kondensaattorin kapasiteetti. Kondensaattoriin varastoitunut energia on sähkökentän energiaa.
23. Sarjaan ja rinnan kytkettyjen kondensaattorien akun kapasiteetti (lähtö).
24. Sähkö. Nykyinen vahvuus. Ohmin laki ketjun osalle. Metallijohtimien vastus. Johtimien sarja- ja rinnakkaiskytkentä (lähtö).
25. Elektromotorinen voima (EMF). Ohmin laki täydelliselle piirille. Virran työ ja voima - Joule-Lenzin laki (päätelmä).
26. Induktio magneettikenttä... Magneettikentässä virtaa kuljettavaan johtimeen vaikuttava voima. Amperen laki.
27. Magneettikentän vaikutus liikkuvaan varaukseen. Lorentzin voima. Varautuneen hiukkasen liikkeen luonne tasaisessa magneettikentässä (hiukkasen nopeus on suunnattu kohtisuoraan induktiovektoriin nähden).
28. Magneettikentän vaikutus liikkuvaan varaukseen. Lorentzin voima. Varautuneen hiukkasen liikkeen luonne tasaisessa magneettikentässä (hiukkasnopeus muodostaa terävän kulman magneettisen induktiovektorin kanssa).
29. Sähkömagneettisen induktion ilmiö. Magneettinen virtaus. Sähkömagneettisen induktion laki. Lenzin sääntö.
30. Itseinduktion ilmiö. Itseinduktion EMF. Induktanssi. Virtapiiriin varastoitunut energia.
31. Vapaat sähkömagneettiset värähtelyt LC-piirissä. Energian muuntaminen värähtelevässä piirissä. Piirin värähtelyjen luonnollinen taajuus.
32. Muuttuva sähköä... Vaihtovirran vastaanotto. RMS jännite ja virta. Muuntaja, sen toimintaperiaate.
33. Valon heijastuksen ja taittumisen lait. Taitekerroin. Sisäinen kokonaisheijastus, kokonaisheijastuksen rajakulma. Kuvan rakentaminen tasaiseen peiliin.
34. Linssien kerääminen ja hajotus. Säteiden polku linsseissä. Ohut linssin koostumus. Kuvan rakentaminen keräily- ja hajotuslinsseissä (yksi ominaistapaus kullekin oman valintansa mukaan).
35. Valon kvantti. Valosähköisen efektin ilmiö. Einsteinin yhtälö valosähköiselle efektille.
36. Rutherfordin kokeet alfahiukkasten sironnasta. Atomin ydinmalli. Bohrin postulaatit.
37. Atomin ydinmalli. Atomin ytimen koostumus. Isotoopit. Radioaktiivisuus. Alfa-, beeta- ja gammasäteily.

ESIMERKKEJÄ KENTTILIPUISTA

*
* Lataa tiedosto napsauttamalla linkkiä hiiren kakkospainikkeella ja valitsemalla "Tallenna kohde nimellä..."
Jotta voit lukea tiedoston, sinun on ladattava ja asennettava ohjelma

Fysiikan johdantokysymykset SSAU:hun saapuville kirjeopiskelijoille.

1. Liikerata. Materiaalipiste. Polku ja liike.

Kehon liikerata kutsutaan avaruudessa liikkuvan materiaalipisteen kuvaamaa suoraa. Liikeradat... Kuvitteellinen viiva, jota pitkin materiaalipiste liikkuu, kutsutaan lentoradalla. Yleensä lentorata on monimutkainen kolmiulotteinen käyrä. Erityisesti se voi olla suora viiva. Tällöin liikkeen kuvaamiseen tarvitaan vain yksi koordinaattiakseli, joka on suunnattu liikkeen rataa pitkin. On syytä muistaa, että lentoradan muoto riippuu viitekehyksen valinnasta, ts. lentoradan muoto on suhteellinen käsite. Joten potkurin päiden liikerata suhteessa lentävään lentokoneeseen liittyvään vertailukehykseen on ympyrä ja Maahan liittyvässä vertailukehyksessä se on heliksi.

Kappale, jonka muoto ja koko voidaan näissä olosuhteissa jättää huomiotta, kutsutaan aineellinen kohta... Tämä laiminlyönti voidaan tehdä, kun kehon mitat ovat pienet verrattuna sen kulkemaan matkaan tai tietyn kappaleen etäisyyteen muihin kappaleisiin. Kehon liikkeen kuvaamiseksi sinun on tiedettävä sen koordinaatit milloin tahansa.

Liikkumalla Sitä kutsutaan vektoriksi, joka on piirretty materiaalipisteen alkupaikasta viimeiseen. Aineellisen pisteen kulkemaa osuutta liikeradalla kutsutaan poluksi tai polun pituudeksi. Näitä käsitteitä ei pidä sekoittaa, koska siirtymä on vektori ja polku skalaari.

Liikkuva- vektori, joka yhdistää ajassa kuljetetun liikeradasegmentin alku- ja loppupisteet.

Tapa- reittiosuuden pituus materiaalipisteen alkuliikkeestä loppuliikkeeseen. Sädevektori on vektori, joka yhdistää origon ja pisteen avaruudessa.

Liikesuhteellisuus- tämä on kehon liike ja nopeus suhteessa eri vertailujärjestelmiin ovat erilaisia ​​(esimerkiksi henkilö ja juna). Kappaleen nopeus suhteessa kiinteään koordinaattijärjestelmään on yhtä suuri kuin kappaleen nopeuksien geometrinen summa suhteessa liikkuvaan järjestelmään ja liikkuvan koordinaatiston nopeuden suhteessa kiinteään järjestelmään. (V 1 on henkilön nopeus junassa, V 0 on junan nopeus, silloin V = V 1 + V 0).

Viitejärjestelmä. Mekaaninen liike, kuten sen määritelmästä seuraa, on suhteellista. Siksi kappaleiden liikkeestä voidaan puhua vain siinä tapauksessa, että viitekehys on osoitettu. Viitejärjestelmä sisältää: 1) Referenssielimen, ts. ruumis, joka katsotaan liikkumattomaksi ja jonka suhteen tarkastellaan muiden kappaleiden liikettä. Viitekappaleeseen liittyy koordinaattijärjestelmä. Yleisimmin käytetty karteesinen (suorakulmainen) koordinaattijärjestelmä

2) Laite ajan mittaamiseen.

2. Tasainen ja tasaisesti kiihtynyt liike. Kiihtyvyys, polku, nopeus.

Liikettä, jonka absoluuttinen arvo ja suuntanopeus on vakio, kutsutaan tasaiseksi suoraviivaiseksi liikkeeksi. Liikettä, jossa kappaleen nopeus on suuruus- ja suuntavakio, kutsutaan liikettä suoraviivainen tasainen liike. Tällaisen liikkeen nopeus löydetään kaavasta V= S/ t.

Tasaisella suoraviivaisella liikkeellä keho kulkee samat etäisyydet millä tahansa tasaisella aikaväleillä. Jos nopeus on vakio, kuljettu matka lasketaan seuraavasti. Klassinen nopeuksien yhteenlaskulaki on muotoiltu seuraavasti: aineellisen pisteen liikkeen nopeus suhteessa vertailukehykseen paikallaan olevana pisteenä on yhtä suuri kuin liikkuvan järjestelmän pisteen nopeuksien vektorisumma. ja liikkuvan järjestelmän nopeus suhteessa paikallaan olevaan järjestelmään.

Liikettä, jossa keho tekee epätasaisia ​​liikkeitä tasaisin aikavälein, kutsutaan epätasaiseksi liikkeeksi. Materiaalipisteen nopeus voi muuttua ajan myötä. Tämän muutoksen nopeudelle on ominaista kiihtyvyys. Olkoon nopeuden muutosnopeus käytännössä muuttumaton lyhyellä aikavälillä At, ja nopeuden muutos on yhtä suuri kuin DV. Sitten kiihtyvyys löydetään kaavasta: a = DV / Dt

Siten kiihtyvyys on nopeuden muutos aikayksikköä kohti, ts. nopeuden muutos aikayksikköä kohti, jos se on vakio tänä aikana. SI-yksiköissä kiihtyvyys mitataan yksikössä m/s 2.

Jos kiihtyvyys a suuntautuu samaan suuntaan kuin alkunopeus, niin nopeus kasvaa ja liike on ns. tasaisesti kiihdytetty.

Epätasaisella translaatioliikkeellä kehon nopeus muuttuu ajan myötä. Kiihtyvyys (vektori) on fysikaalinen suure, joka kuvaa nopeuden muutosnopeutta absoluuttisessa arvossa ja suunnassa. Hetkellinen kiihtyvyys (vektori) on ensimmäinen nopeuden derivaatta ajan suhteen. ... Yhtä kiihdytetty on liike, jonka kiihtyvyys on vakio suuruus- ja suuntavakio. Tasaisesti kiihtyvä nopeus lasketaan kaavalla.

Tästä syystä tasaisesti kiihdytetyn liikkeen polun kaava johdetaan seuraavasti:

Nopeuden ja reitin yhtälöistä johdetut kaavat tasaisesti kiihdytetylle liikkeelle ovat myös päteviä.

Nopeus– fyysinen määrä, joka kuvaa liikkeen nopeutta ja suuntaa tietyllä ajanhetkellä. Keskinopeus määritetään

Miten. Keskimääräinen maanopeus on yhtä suuri kuin kehon ajanjakson aikana kulkeman reitin suhde tähän väliin. . Hetkellinen nopeus (vektori)- liikkuvan pisteen sädevektorin ensimmäinen derivaatta. ... Välitön nopeus on suunnattu tangentiaalisesti lentoradalle, keskimmäinen - sekanttia pitkin. Hetkellinen nopeus (skalaari) - reitin ensimmäinen derivaatta ajan suhteen, suuruusluokkaa yhtä suuri kuin hetkellinen nopeus

Nopeudet ovat: välitön ja keskimääräinen. Hetkellinen nopeus on nopeus tietyllä hetkellä tietyssä lentoradan pisteessä. Hetkellinen nopeus on tangentiaalinen. (V =DS /Dt,Dt → 0). Keskinopeus - nopeus, joka määräytyy epätasaisen liikkeen aikana tapahtuneen siirtymän suhteen aikaväliin, jonka aikana tämä liike tapahtui.

3. Tasainen liike ympyrän ympäri. Lineaarinen ja kulmanopeus.

Mitä tahansa liikettä riittävän pienellä liikeradan osuudella voidaan pitää suunnilleen yhtenäisenä liikkeenä ympyrää pitkin. Tasaisen liikkeen aikana kehää pitkin nopeusarvo pysyy vakiona ja nopeusvektorin suunta muuttuu. ... ... Kiihtyvyysvektori liikkuessaan ympyrää pitkin on suunnattu kohtisuoraan nopeusvektoriin nähden (suuntautunut tangentiaalisesti) ympyrän keskustaan. Aikajaksoa, jonka aikana keho tekee täydellisen kierroksen ympyrässä, kutsutaan jaksoksi. ... Jakson käänteislukua, joka osoittaa kierrosten lukumäärän aikayksikköä kohti, kutsutaan taajuudeksi. Näitä kaavoja käyttämällä voit päätellä, että tai. Kulmanopeus(pyörimisnopeus) määritellään seuraavasti. Kehon kaikkien pisteiden kulmanopeus on sama, ja se kuvaa pyörivän kappaleen liikettä kokonaisuutena. Tässä tapauksessa linjan nopeus keho ilmaistaan ​​muodossa ja kiihtyvyys muodossa.

Liikkeiden riippumattomuuden periaate pitää minkä tahansa kehon pisteen liikettä kahden liikkeen - translaation ja pyörimisen - summana.

4. Kiihtyvyys kehon tasaisella liikkeellä kehää pitkin.

5. Newtonin ensimmäinen laki. Inertiaalinen viitekehys.

Ilmiötä, jossa kehon nopeus säilyy ilman ulkoisia vaikutuksia, kutsutaan inertiaksi. Newtonin ensimmäinen laki, joka tunnetaan myös nimellä hitauslaki, sanoo: "On olemassa sellaisia ​​vertailukehyksiä, joihin nähden progressiivisesti liikkuvat kappaleet pitävät nopeudensa vakiona, jos muut kappaleet eivät vaikuta niihin". Kutsutaan vertailukehyksiä, joiden suhteen kappaleet liikkuvat suoraviivaisesti ja tasaisesti ilman ulkoisia vaikutuksia inertiaaliset viitekehykset... Maahan liittyviä vertailujärjestelmiä pidetään inertiaaleina edellyttäen, että maan pyöriminen jätetään huomiotta.

Syy kehon nopeuden muutokseen on aina sen vuorovaikutus muiden kappaleiden kanssa. Kun kaksi kappaletta ovat vuorovaikutuksessa, nopeudet muuttuvat aina, ts. Kiihdytykset hankitaan. Kahden kappaleen kiihtyvyyksien suhde on sama kaikille vuorovaikutuksille. Kappaleen ominaisuutta, josta sen kiihtyvyys riippuu vuorovaikutuksessa muiden kappaleiden kanssa, kutsutaan inertiaksi. Hitauden määrällinen mitta on kehomassa.

6. Vahvuus. Voimien lisäys. Voiman hetki. Kehojen tasapainoolosuhteet. Massan keskipiste.

Newtonin toinen laki luo yhteyden liikkeen kinemaattisen ominaisuuden - kiihtyvyyden - ja vuorovaikutuksen dynaamisten ominaisuuksien välille. voimat... , tai tarkemmin sanottuna ts. ... aineellisen pisteen liikemäärän muutosnopeus on yhtä suuri kuin siihen vaikuttava voima... Samanaikaisella toiminnalla yhteen vartaloon useita voimia keho liikkuu kiihtyvyydellä, joka on kiihtyvyyksien vektorisumma, joka syntyisi kunkin näiden voimien vaikutuksesta erikseen. Kehoon vaikuttavat yhteen pisteeseen kohdistetut voimat summautuvat vektorien summaussäännön mukaan... Tätä määräystä kutsutaan joukkojen toiminnan riippumattomuuden periaatteeksi. Massan keskipiste kutsutaan jäykän kappaleen pistettä tai jäykkien kappaleiden järjestelmää, joka liikkuu samalla tavalla kuin aineellinen piste, jonka massa on yhtä suuri kuin koko järjestelmän massojen summa ja johon vaikuttaa sama tuloksena oleva voima kuin kehon päällä. ... Painopiste- kaikkien tämän kappaleen hiukkasiin vaikuttavien painovoimavoimien resultantin sovelluspiste missä tahansa avaruuden kohdassa. Jos kehon lineaariset mitat ovat pienet verrattuna Maan kokoon, niin massakeskipiste on sama kuin painopiste. Kaikkien elementaaristen painovoimavoimien momenttien summa suhteessa mihin tahansa painopisteen läpi kulkevaan akseliin on yhtä suuri kuin nolla.

7. Newtonin toinen laki. Newtonin kolmas laki.

Newtonin toinen laki muodostaa yhteyden liikkeen kinemaattisten ominaisuuksien - kiihtyvyyden ja vuorovaikutuksen dynaamisten ominaisuuksien - voimien välille. , tai tarkemmin sanottuna ts. ... aineellisen pisteen liikemäärän muutosnopeus on yhtä suuri kuin siihen vaikuttava voima... Samanaikaisella toiminnalla yhteen vartaloon useita voimia keho liikkuu kiihtyvyydellä, joka on kiihtyvyyksien vektorisumma, joka syntyisi kunkin näiden voimien vaikutuksesta erikseen.

Kahden kappaleen missä tahansa vuorovaikutuksessa saatujen kiihtyvyyksien moduulien suhde on vakio ja yhtä suuri kuin massojen käänteinen suhde. Koska Kun kappaleet ovat vuorovaikutuksessa, kiihtyvyysvektorit ovat päinvastaisia, voimme kirjoittaa sen. Tekijä: Newtonin toinen laki ensimmäiseen kappaleeseen vaikuttava voima on yhtä suuri ja toiseen. Täten, . Newtonin kolmas laki yhdistää voimat, joilla kappaleet vaikuttavat toisiinsa. Jos kaksi kappaletta ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa, niiden välillä syntyvät voimat kohdistuvat erilaisia ​​kehoja, ovat suuruudeltaan yhtä suuret, vastakkaiset suuntaisesti, toimivat yhtä suoraa pitkin, niillä on sama luonne.

8. Joustovoimat. Hooken laki. Kitkavoimat. Liukukitkakerroin.

Kappaleen muodonmuutoksesta aiheutuva voima, joka on suunnattu vastakkaiseen suuntaan kuin kappaleen hiukkasten siirtyminen tämän muodonmuutoksen aikana, on ns. elastisuusvoima... Kokeet sauvalla ovat osoittaneet, että pienillä muodonmuutoksilla verrattuna rungon mittoihin kimmomoduuli on suoraan verrannollinen tangon vapaan pään siirtymävektorin moduuliin, joka projektiossa näyttää. Tämä yhteys muodostettiin R. Hooke, sen laki on muotoiltu seuraavasti: kappaleen muodonmuutoksen aikana muodostuva kimmovoima on verrannollinen kappaleen venymään muodonmuutoksen aikana kappaleen hiukkasten liikesuuntaa vastakkaiseen suuntaan. Kerroin k kutsutaan rungon jäykkyydeksi, ja se riippuu rungon muodosta ja materiaalista... Ilmaistaan ​​newtoneina metriä kohti. Elastiset voimat johtuvat sähkömagneettisista vuorovaikutuksista.

Voima, joka syntyy kappaleiden välisessä rajapinnassa, kun kappaleiden suhteellista liikettä ei ole, kutsutaan staattinen kitka... Staattinen kitkavoima on suuruudeltaan yhtä suuri kuin ulkoinen voima, joka kohdistuu tangentiaalisesti kappaleiden kosketuspintaan ja on sitä vastakkainen. Kun yksi kappale liikkuu tasaisesti toisen pinnalla, ulkoisen voiman vaikutuksesta, kehoon vaikuttaa voima, joka on yhtä suuri kuin käyttövoima ja suunnaltaan vastakkainen. Tätä voimaa kutsutaan liukuva kitka... Liukukitkavoiman vektori on suunnattu nopeusvektoria vastaan, joten tämä voima johtaa aina kappaleen suhteellisen nopeuden pienenemiseen. Kitkavoimat, samoin kuin kimmovoima, ovat luonteeltaan sähkömagneettisia, ja ne johtuvat kosketuksissa olevien kappaleiden atomien sähkövarausten välisestä vuorovaikutuksesta. Kokeellisesti on todettu, että staattisen kitkavoiman moduulin maksimiarvo on verrannollinen painevoimaan. Myös staattisen kitkavoiman ja liukukitkavoiman maksimiarvot ovat suunnilleen samat, samoin kuin kitkavoimien ja pintaan kohdistuvan kehon paineen suhteellisuuskertoimet.

9 Universaalin gravitaatiolaki. Painovoima. Kehon paino.

Siitä tosiasiasta, että kappaleet putoavat niiden massasta riippumatta samalla kiihtyvyydellä, seuraa, että niihin vaikuttava voima on verrannollinen kappaleen massaan. Tämä Painovoimaa, joka vaikuttaa kaikkiin kappaleisiin Maan puolelta, kutsutaan painovoimaksi... Painovoima vaikuttaa millä tahansa etäisyydellä kappaleiden välillä. Kaikki kappaleet vetoavat toisiinsa, yleisen gravitaatiovoima on suoraan verrannollinen massojen tuloon ja kääntäen verrannollinen niiden välisen etäisyyden neliöön. Universaalin gravitaatiovoimien vektorit on suunnattu kappaleiden massakeskipisteitä yhdistävää suoraa pitkin. , G - gravitaatiovakio, yhtä suuri. Kehon paino kutsutaan voimaksi, jolla keho painovoiman vaikutuksesta vaikuttaa tukeen tai venyttää jousitusta. Kehon paino Moduuliltaan sama ja suunnaltaan vastakkainen tuen kimmovoimaan nähden Newtonin kolmannen lain mukaan. Newtonin toisen lain mukaan, jos kehoon ei enää vaikuta voimaa, niin kehon painovoima tasapainotetaan kimmovoimalla. Tämän seurauksena kehon paino kiinteällä tai tasaisesti liikkuvalle vaakatuelle on yhtä suuri kuin painovoima. Jos tuki liikkuu kiihtyvyydellä, niin Newtonin toisen lain mukaan mistä se on johdettu. Tämä tarkoittaa, että kappaleen paino, jonka kiihtyvyyssuunta on sama kuin painovoiman kiihtyvyyssuunta, on pienempi kuin levossa olevan kappaleen paino.

10. Kehon impulssi. Impulssin säilyttämislaki. Newtonin toinen laki.

Newtonin toisen lain mukaan riippumatta siitä, oliko keho levossa vai liikkeessä, sen nopeuden muutos voi tapahtua vain vuorovaikutuksessa muiden kehojen kanssa. Jos kehossa, jossa on massaa m jonkin aikaa t voima vaikuttaa ja sen liikkeen nopeus muuttuu arvosta toiseen, silloin kehon kiihtyvyys on yhtä suuri. Newtonin toisen lain perusteella voima voidaan kirjoittaa. Fysikaalista määrää, joka on yhtä suuri kuin voiman tulo sen vaikutusajan mukaan, kutsutaan voiman impulssiksi. Voiman impulssi osoittaa, että on olemassa määrä, joka muuttuu samalla tavalla kaikille samojen voimien vaikutuksesta oleville kappaleille, jos voiman vaikutusaika on sama. Tätä arvoa, joka on yhtä suuri kuin kehon massan tulo sen liikenopeudella, kutsutaan kehon impulssiksi. Kehon liikemäärän muutos on yhtä suuri kuin tämän muutoksen aiheuttaneen voiman impulssi. Otetaan kaksi kappaletta, massat ja, jotka liikkuvat nopeuksilla ja. Newtonin kolmannen lain mukaan kappaleisiin niiden vuorovaikutuksen aikana vaikuttavat voimat ovat suuruudeltaan yhtä suuret ja suunnaltaan vastakkaiset, ts. niitä voidaan merkitä ja. Vuorovaikutuksen aikana tapahtuvien impulssien muutosten osalta voit kirjoittaa. Näistä lausekkeista saadaan, että eli kahden kappaleen impulssien vektorisumma ennen vuorovaikutusta on yhtä suuri kuin impulssien vektorisumma vuorovaikutuksen jälkeen. Yleisemmässä muodossa liikemäärän säilymislaki kuulostaa tältä: Jos, niin.

11. Mekaaninen työ. Tehoa. Tehokkuus.

Työ A vakiovoima on fysikaalinen suure, joka on yhtä suuri kuin voiman ja siirtymän moduulien tulo kerrottuna vektorien ja välisen kulman kosinilla. ... Työ on skalaariarvo ja sillä voi olla negatiivinen arvo, jos siirtymä- ja voimavektorin välinen kulma on suurempi. Työyksikköä kutsutaan jouleksi, 1 joule on yhtä suuri kuin työ, joka tehdään 1 newtonin voimalla siirrettäessä sen käyttöpistettä 1 metrin verran. Teho on fysikaalinen suure, joka on yhtä suuri kuin työn suhde siihen aikaan, jonka aikana tämä työ tehtiin. ... Yhtenäistä tehoa kutsutaan watiksi, 1 watti on yhtä suuri kuin teho, jolla 1 joulen työ tehdään 1 sekunnissa. Tehokkuus - yhtä suuri kuin suhde hyödyllistä työtä, käytettyyn työhön tai energiaan.

12. Kineettinen ja potentiaalinen energia. Energian säilymisen laki.

Fysikaalista määrää, joka on puolet kappaleen massan tulosta sen nopeuden neliöllä, kutsutaan kineettiseksi energiaksi. Kehoon kohdistuvien resultanttivoimien työ on yhtä suuri kuin liike-energian muutos. Fysikaalista määrää, joka on yhtä suuri kuin kehon massan painovoiman kiihtyvyysmoduulin ja korkeuden, johon kappale nostetaan pinnan yläpuolelle ilman potentiaalia, tuloa kutsutaan kehon potentiaalienergiaksi. Potentiaalienergian muutos luonnehtii painovoiman toimintaa kehon liikkeeseen. Tämä työ on yhtä suuri kuin muutos potentiaalienergiassa, otettuna päinvastaisella merkillä. Maan pinnan alla olevalla kappaleella on negatiivinen potentiaalienergia. Nostetut kappaleet eivät ole ainoita, joilla on potentiaalienergiaa. Harkitse kimmovoiman tekemää työtä jousen vääntyessä. Kimmovoima on suoraan verrannollinen muodonmuutokseen ja sen keskiarvo on yhtä suuri kuin työ on yhtä suuri kuin voiman ja muodonmuutoksen tulo tai muuten. Fysikaalista määrää, joka on puolet kappaleen jäykkyyden ja muodonmuutoksen neliön tulosta, kutsutaan epämuodostuneen kappaleen potentiaalienergiaksi. Potentiaalienergian tärkeä ominaisuus on, että keho ei voi hallita sitä ilman, että se on vuorovaikutuksessa muiden kappaleiden kanssa.

Potentiaalinen energia luonnehtii vuorovaikutuksessa olevia kappaleita, kineettinen energia - liikkuvia. Sekä toinen että toinen syntyvät ruumiiden vuorovaikutuksen seurauksena. Jos useat kappaleet ovat vuorovaikutuksessa keskenään vain gravitaatiovoimien ja kimmovoimien vaikutuksesta, eikä niihin vaikuta ulkopuolisia voimia (tai niiden resultantti on yhtä suuri kuin nolla), niin kaikilla kappaleiden vuorovaikutuksilla kimmo- tai gravitaatiovoimien työ on yhtä suuri kuin potentiaalienergian muutos päinvastaisella merkillä... Samaan aikaan kineettisen energian lauseen mukaan (muutos kehon liike-energiassa on yhtä suuri kuin ulkoisten voimien työ) samojen voimien työ on yhtä suuri kuin liike-energian muutos.

Tästä yhtäläisyydestä seuraa, että suljetun järjestelmän muodostavien kappaleiden kineettisten ja potentiaalisten energioiden summa pysyy vakiona. Kappaleiden kineettisten ja potentiaalisten energioiden summaa kutsutaan mekaaniseksi kokonaisenergiaksi. Toistensa kanssa painovoiman ja kimmoisuuden vaikutuksesta vuorovaikutuksessa olevien kappaleiden suljetun järjestelmän mekaaninen kokonaisenergia pysyy muuttumattomana. Painovoima- ja elastisuusvoimien työ on yhtä suuri kuin liike-energian kasvu ja toisaalta potentiaalin väheneminen, eli työ on yhtä suuri kuin energia, joka on muuttunut yhdestä kirjoita toiselle.

13. Paine. Pascalin laki nesteille ja kaasuille. Kommunikoivat alukset.

Fysikaalista määrää, joka on yhtä suuri kuin pintaan kohtisuorassa vaikuttavan voiman moduulin suhde tämän pinnan pinta-alaan, kutsutaan paineeksi. Paineyksikkö - pascal yhtä suuri kuin voiman tuottama paine 1 newtonissa aluetta kohti 1:ssä neliömetri ... Kaikki nesteet ja kaasut välittävät niihin muodostuvan paineen kaikkiin suuntiin. Sylinterimäisessä astiassa astian pohjaan kohdistuva paine on yhtä suuri kuin nestepatsaan paino. Paine astian pohjassa on sama kuin paine syvyydessä h on yhtä suuri. Sama paine vaikuttaa astian seiniin. Nesteen paineiden yhtäläisyys samalla korkeudella johtaa siihen, että minkä tahansa muotoisissa kommunikoivissa suonissa homogeenisen nesteen vapaat pinnat levossa ovat samalla tasolla (kun kapillaarivoimat ovat merkityksettömiä). Epähomogeenisen nesteen tapauksessa tiheämmän nestepatsaan korkeus on pienempi kuin vähemmän tiheän.

14. Arkhimedeen voima nesteille ja kaasuille. Uintiolosuhteet puh.

Nesteen ja kaasun paineen riippuvuus syvyydestä johtaa kelluvan voiman esiintymiseen, joka vaikuttaa mihin tahansa nesteeseen tai kaasuun upotettuun kappaleeseen. Tätä voimaa kutsutaan Archimedean voimaksi. Jos kappale upotetaan nesteeseen, niin astian sivuseinien paineet tasapainottavat keskenään ja alhaalta ja ylhäältä tulevien paineiden resultantti on Archimedean voima.

nuo. nesteeseen (kaasuun) upotetun kappaleen ulos työntävä voima on yhtä suuri kuin kappaleen syrjäyttämän nesteen (kaasun) paino. Arkhimedeen voima on suunnattu vastakkain painovoiman kanssa, joten nesteessä punnittaessa ruumiinpaino on pienempi kuin tyhjiössä. Nesteessä olevaan kappaleeseen vaikuttavat painovoima ja Arkhimedeen voima. Jos painovoiman moduuli on suurempi - kappale uppoaa, vähemmän - kelluu, yhtä suuri - se voi olla tasapainossa missä tahansa syvyydessä. Nämä voimien suhteet ovat yhtä suuria kuin kappaleen ja nesteen (kaasun) tiheyden suhde.

15. Molekyylikinettisen teorian pääkohdat ja niiden kokeellinen perustelu. Brownin liike. Paino ja koko molekyylejä.

Molekyylikineettinen teoria on oppi aineen rakenteesta ja ominaisuuksista, jossa käytetään käsitettä atomien ja molekyylien olemassaolosta aineen pienimpinä hiukkasina. MCT:n päämääräykset: aine koostuu atomeista ja molekyyleistä, nämä hiukkaset liikkuvat kaoottisesti, hiukkaset ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa. Atomien ja molekyylien liike ja vuorovaikutus noudattavat mekaniikan lakeja. Molekyylien vuorovaikutuksessa niiden lähestyessä toisiaan vetovoimat vallitsevat ensin. Tietyllä etäisyydellä niiden välillä syntyy hylkiviä voimia, jotka ylittävät itseisarvoltaan vetovoimat. Molekyylit ja atomit värähtelevät satunnaisesti paikoissa, joissa veto- ja hylkimisvoimat kumoavat toisensa. Nesteessä molekyylit eivät vain värähtele, vaan myös hyppäävät tasapainoasennosta toiseen (fluiditeetti). Kaasuissa atomien välinen etäisyys on paljon suurempi kuin molekyylien koko (puristuvuus ja laajennettavuus). R. Brown havaitsi 1800-luvun alussa, että kiinteät hiukkaset liikkuvat satunnaisesti nesteessä. Tämän ilmiön saattoi selittää vain MKT. Satunnaisesti liikkuvat nesteen tai kaasun molekyylit törmäävät kiinteään hiukkaseen ja muuttavat sen liikkeen suuntaa ja nopeusmoduulia (samalla tietysti muuttaen sekä suuntaaan että nopeuttaan). Mitä pienempi hiukkaskoko on, sitä näkyvämmäksi liikemäärän muutos tulee. Mikä tahansa aine koostuu hiukkasista, joten aineen määrän katsotaan olevan verrannollinen hiukkasten lukumäärään. Aineen määrän yksikköä kutsutaan mooliksi. Mooli on yhtä monta kuin aineen määrä, joka sisältää niin monta atomia kuin on 0,012 kg:ssa hiiltä 12 C. Molekyylien lukumäärän suhdetta aineen määrään kutsutaan Avogadron vakioksi:. Aineen määrä voidaan löytää molekyylien määrän suhteena Avogadron vakioon. Moolimassa M kutsutaan suureksi, joka on yhtä suuri kuin aineen massan suhde m aineen määrään. Moolimassa ilmaistaan ​​kilogrammoina per mooli. Molekyylimassa voidaan ilmaista molekyylin massana m 0 : .

16. Ihanteellinen kaasu. Ideaalikaasun tilayhtälö.

Ideaalikaasumallia käytetään selittämään kaasumaisen aineen ominaisuuksia. Tämä malli olettaa seuraavaa: kaasumolekyylit ovat kooltaan mitättömiä verrattuna astian tilavuuteen, vetovoimat eivät vaikuta molekyylien väliin ja hylkivät voimat vaikuttavat törmäessään toisiinsa ja suonen seinämiin. Kaasunpaineilmiön laadullinen selitys on siinä, että ihanteellisen kaasun molekyylit törmääessään astian seiniin ovat vuorovaikutuksessa niiden kanssa elastisina kappaleina. Kun molekyyli törmää suonen seinämään, nopeusvektorin projektio seinään nähden kohtisuoralle akselille kääntyy päinvastaiseksi. Siksi törmäyksessä nopeuden projektio muuttuu – mv x ennen mv x, ja vauhdin muutos on. Törmäyksen aikana molekyyli vaikuttaa seinään voimalla, joka on yhtä suuri kuin vastakkainen voima Newtonin kolmannen lain mukaan. Molekyylejä on paljon, ja yksittäisten molekyylien osaan vaikuttavien voimien geometrisen summan keskiarvo muodostaa kaasun paineen voiman astian seinämiin. Kaasun paine on yhtä suuri kuin painevoiman moduulin suhde astian seinämän pinta-alaan: p= F/ S.

Z . Ihanteellisen kaasun molekyylikineettisen teorian perusyhtälöä kutsutaan yleensä kaasunpaineen ja tilavuusyksikköön sisältyvien molekyylien translaatioliikkeen kineettisen energian suhde. Kirjoitetaan yhtälö ilman johtamista.

nuo. kaasun paine on yhtä suuri kuin kaksi kolmasosaa molekyylien translaatioliikkeen kineettisestä energiasta tilavuusyksikössä.

17. Isotermiset, isokoriset ja isobariset prosessit.

Termodynaamisen järjestelmän siirtymistä tilasta toiseen kutsutaan termodynaamiseksi prosessiksi (tai prosessiksi). Tämä muuttaa järjestelmän tilan parametreja. Kuitenkin prosessit, joita kutsutaan isoprosesseiksi, ovat mahdollisia, joissa yksi tilaparametreista pysyy muuttumattomana. On olemassa kolme iso-prosessia: isoterminen, isobaarinen (isobaarinen) ja isokorinen (isokoorinen). Isoterminen on prosessi, joka tapahtuu vakiolämpötilassa (T = const); isobarinen prosessi - vakiopaineessa (P = const), isokorinen - vakiotilavuudessa (V = const).

Isobarinen prosessi on prosessi, joka tapahtuu vakiopaineessa, kaasun massassa ja koostumuksessa.

Isobaariselle prosessille pätee Gay-Lussac-laki. Se seuraa Mendeleev-Clapeyron yhtälöstä. Jos kaasun massa ja paine ovat vakioita, niin

Suhdetta kutsutaan Gay-Lussacin laiksi: tietyllä kaasumassalla vakiopaineessa kaasun tilavuus on verrannollinen sen lämpötilaan. Kuvassa 26.2 esittää käyrän tilavuuden riippuvuudesta lämpötilasta.

Isokoorinen prosessi on prosessi, joka etenee kaasun tilavuuden, massan ja koostumuksen vakiona.

Isokoorisen prosessin tapauksessa Charlesin laki on voimassa. Mendeleev - Clapeyron yhtälöstä seuraa, että. Jos kaasun massa ja tilavuus ovat vakioita, niin

Yhtälöä kutsutaan Charlesin laiksi: tietylle kaasumassalle vakiotilavuudessa kaasun paine on verrannollinen sen lämpötilaan.

Kaavio: isochora.

18. Lämmön määrä. Aineen lämpökapasiteetti.

Prosessia, jossa lämpö siirtyy kehosta toiseen ilman työtä, kutsutaan lämmönsiirroksi. Lämmönvaihdon seurauksena kehoon siirtyvää energiaa kutsutaan lämmön määräksi. Jos lämmönsiirtoprosessiin ei liity työtä, niin termodynamiikan ensimmäisen lain perusteella. Kehon sisäinen energia on verrannollinen kehon massaan ja sen lämpötilaan siten. Suuruus KANSSA ominaislämmöksi kutsuttu yksikkö on. Ominaislämpökapasiteetti kertoo, kuinka paljon lämpöä on siirrettävä, jotta 1 kg ainetta lämmitetään 1 asteen verran. Ominaislämpö ei ole yksiselitteinen ominaisuus, ja se riippuu kehon lämmönsiirron aikana tekemästä työstä.

19. Termodynamiikan ensimmäinen pääsääntö, sen soveltaminen erilaisiin prosesseihin.

Kun lämmönsiirto tapahtuu kahden kappaleen välillä olosuhteissa, joissa ulkoisten voimien työ on yhtä suuri kuin nolla, ja lämmöneristyksenä muista kappaleista energian säilymislain mukaisesti. Jos sisäisen energian muutokseen ei liity työtä, niin, tai mistä ... Tätä yhtälöä kutsutaan lämpötasapainoyhtälöksi.

Termodynamiikan ensimmäisen pääsäännön soveltaminen isoprosesseihin.

Yksi tärkeimmistä prosesseista, jotka toimivat useimmissa koneissa, on kaasun laajentaminen työn tekemiseksi. Jos kaasun isobarisessa laajenemisessa tilavuudesta V 1 äänenvoimakkuuteen V 2 sylinterin männän liike oli l sitten töitä A täydellinen kaasu on yhtä suuri, tai jos V on const, niin Δ U=Δ K... Jos verrataan isobarin ja isotermin alla olevia alueita, jotka ovat töitä, voidaan päätellä, että samalla kaasun paisunnalla samalla alkupaineella isotermisen prosessin tapauksessa työtä tehdään vähemmän. Isobaristen, isokoristen ja isotermisten prosessien lisäksi on olemassa ns. adiabaattinen prosessi.

20. Adiabaattinen prosessi. Adiabaattinen eksponentti.

Adiabaattinen on prosessi, joka tapahtuu ilman lämmönsiirtoa. Kaasun nopeaa laajenemista tai supistumista voidaan pitää lähellä adiabaattista prosessia. Tässä prosessissa työtä tehdään muuttamalla sisäistä energiaa, ts. Siksi lämpötila laskee adiabaattisen prosessin aikana. Koska kaasun lämpötila nousee adiabaattisen kaasun puristuksen aikana, kaasun paine kasvaa nopeammin tilavuuden pienentyessä kuin isotermisen prosessin aikana.

Lämmönsiirtoprosessit tapahtuvat spontaanisti vain yhteen suuntaan. Lämpö siirtyy aina kylmempään kehoon. Termodynamiikan toinen pääsääntö sanoo, että termodynaaminen prosessi on mahdoton toteuttaa, minkä seurauksena lämpö siirtyisi yhdestä kappaleesta toiseen, kuumempaan, ilman muita muutoksia. Tämä laki sulkee pois toisen tyyppisen ikuisen liikkuvan koneen luomisen.

Adiabaattinen eksponentti. Tilayhtälön muoto on PVγ = const.,

missä γ = Cp / Cv - adiabaattinen eksponentti.

Kaasun lämpökapasiteetti riippuu olosuhteista, joissa lämpö...

Jos kaasua kuumennetaan vakiopaineessa P, niin sen lämpökapasiteetti on CV.

Jos - vakiolla V, niin Cp merkitään.

21. Haihtuminen ja kondensaatio. Kiehuva neste. Ilman kosteus.

1. Haihtuminen ja kondensaatio . Aineen siirtymäprosessi nestemäinen tila kaasumaiseen tilaan kutsutaan höyrystymistä, käänteistä prosessia, jossa aine muuttuu kaasumaisesta tilasta nesteeksi, kutsutaan kondensaatioksi. Höyrystystä on kahta tyyppiä - höyrystys ja keittäminen. Harkitse ensin nesteen haihtumista. Haihtuminen on höyrystymisprosessi, joka tapahtuu nesteen avoimelta pinnalta missä tahansa lämpötilassa. Molekyylikineettisen teorian näkökulmasta nämä prosessit selitetään seuraavasti. Nestemolekyylit, jotka osallistuvat lämpöliikkeeseen, törmäävät jatkuvasti toisiinsa. Tämä johtaa siihen, että jotkut heistä hankkivat kineettistä energiaa, joka riittää voittamaan molekyylien vetovoiman. Tällaiset molekyylit, jotka ovat nesteen pinnalla, lentää siitä ulos muodostaen höyryä (kaasua) nesteen yläpuolelle. Höyrymolekyylit ~ liikkuvat kaoottisesti, ne osuvat nesteen pintaan. Tässä tapauksessa osa niistä voi mennä nesteeseen. Nämä kaksi nestemolekyylien ulostyöntymisprosessia ja ah-palaaminen nesteeseen tapahtuvat samanaikaisesti. Jos karkaavien molekyylien lukumäärä on suurempi kuin palaavien molekyylien lukumäärä, nesteen massa pienenee, ts. neste haihtuu, jos päinvastoin nesteen määrä kasvaa, ts. havaitaan höyryn tiivistymistä. Tapaus on mahdollinen, kun nesteen ja sen yläpuolella olevan höyryn massat eivät muutu. Tämä on mahdollista, kun nesteestä poistuvien molekyylien lukumäärä on yhtä suuri kuin siihen palaavien molekyylien määrä. Tätä tilaa kutsutaan dynaamiseksi tasapainoksi ja höyryä dynaamisessa tasapainossa nesteensä kanssa, kutsutaan kylläinen . Jos höyryn ja nesteen välillä ei ole dynaamista tasapainoa, sitä kutsutaan tyydyttymätön. On selvää, että kylläisellä höyryllä on tietyssä lämpötilassa tietty tiheys, jota kutsutaan tasapainoksi.

Tämä määrittää tasapainotiheyden muuttumattomuuden ja siten kylläisen höyryn paineen tilavuudestaan ​​vakiolämpötilassa, koska tämän höyryn tilavuuden pieneneminen tai lisääntyminen johtaa höyryn kondensoitumiseen tai nesteen haihtumiseen, vastaavasti. Kyllästetyn höyryn isotermi tietyssä lämpötilassa koordinaattitasossa P, V on V-akselin suuntainen viiva. Termodynaamisen järjestelmän neste - kylläinen höyry lämpötilan noustessa nesteestä joksikin aikaa poistuvien molekyylien määrä aika ylittää höyrystä nesteeseen palaavien molekyylien määrän. Tämä jatkuu, kunnes höyryn tiheyden kasvu johtaa dynaamisen tasapainon muodostumiseen korkeammassa lämpötilassa. Tässä tapauksessa kylläisten höyryjen paine myös kasvaa. Siten kylläisen höyryn paine riippuu vain lämpötilasta. Tällainen nopea kylläisen höyryn paineen nousu johtuu siitä, että lämpötilan noustessa molekyylien translaatioliikkeen kineettisen energian lisäksi myös niiden konsentraatio, ts. molekyylien määrä tilavuusyksikköä kohti

Haihdutuksen aikana nopeimmat molekyylit poistuvat nesteestä, minkä seurauksena jäljellä olevien molekyylien translaatioliikkeen keskimääräinen kineettinen energia laskee ja näin ollen myös nesteen lämpötila laskee (ks. §24). Siksi, jotta haihtuvan nesteen lämpötila pysyisi vakiona, siihen on syötettävä jatkuvasti tietty määrä lämpöä.

Lämmön määrä, joka on välitettävä nesteen massayksikköön, jotta se muuttuisi höyryksi vakiolämpötilassa, on ns. ominaislämpö höyrystymistä. Höyrystymisen ominaislämpö riippuu nesteen lämpötilasta ja laskee sen kasvaessa. Kondensoitumisen aikana nesteen haihtumiseen kulunut lämpö vapautuu. Kondensaatio on prosessi, jossa muutetaan kaasumaisesta tilasta nestemäiseen tilaan.

2. Ilman kosteus. Ilmakehä sisältää aina tietyn määrän vesihöyryä. Kosteusaste on yksi sään ja ilmaston olennaisista ominaisuuksista ja monissa tapauksissa käytännön merkitystä. Eli varastointi erilaisia ​​materiaaleja(mukaan lukien sementti, kipsi ja muut rakennusmateriaalit), raaka-aineet, tuotteet, laitteet jne. tulee tapahtua tietyssä kosteudessa. Tiloihin kohdistuu käyttötarkoituksesta riippuen myös vastaavat kosteusvaatimukset.

Kosteuspitoisuuden kuvaamiseen käytetään useita määriä. Absoluuttinen kosteus p on ilmatilavuusyksikköön sisältyvän vesihöyryn massa. Se mitataan yleensä grammoina kuutiometrissä (g / m 3). Absoluuttinen kosteus liittyy vesihöyryn osapaineeseen P Mendeleev-Claypeyron yhtälöllä, jossa V on höyryn tilavuus, m, T ja m ovat vesihöyryn massa, absoluuttinen lämpötila ja moolimassa, R on universaali kaasuvakio (katso (25.5)) ... Osapaine on vesihöyryn kohdistama paine ottamatta huomioon muuntyyppisten ilmamolekyylien toimintaa. Siksi, koska p = m / V on vesihöyryn tiheys.

Tietyssä tilavuudessa ilmaa tietyissä olosuhteissa vesihöyryn määrä ei voi kasvaa loputtomasti, koska höyryä on tietty rajallinen määrä, jonka jälkeen alkaa höyryn tiivistyminen. Tässä tulee esiin käsite maksimikosteus. Maksimikosteutta Pm kutsutaan suurin määrä vesihöyry grammoina, joka voi sisältää 1 m 3 ilmaa tietyssä lämpötilassa (eli tämä on absoluuttisen kosteuden erikoistapaus). Ilman lämpötilaa alentamalla on mahdollista saavuttaa sellainen lämpötila, josta höyry alkaa muuttua vedeksi - tiivistyä. Tätä lämpötilaa kutsutaan kastepisteeksi. Ilman kyllästymisasteelle vesihöyryllä on ominaista suhteellinen kosteus. Suhteellinen kosteus b on absoluuttisen kosteuden p suhde maksimiin Pm eli. b = P/Pm. Suhteellinen kosteus ilmaistaan ​​usein prosentteina.

Kosteuspitoisuuden määrittämiseen on useita menetelmiä.

1. Tarkin menetelmä on painotusmenetelmä. Ilman kosteuden määrittämiseksi se johdetaan ampullien läpi, jotka sisältävät aineita, jotka imevät kosteutta hyvin. Absoluuttinen kosteus määritetään, kun tiedetään ampullien massan kasvu ja ohitetun ilman tilavuus.

2. Hygrometriset menetelmät. On havaittu, että jotkut kuidut, mukaan lukien hiukset, muuttavat pituuttaan ilman suhteellisen kosteuden mukaan. Kosteusmittariksi kutsuttu laite perustuu tähän ominaisuuteen. On olemassa muun tyyppisiä kosteusmittareita, mukaan lukien sähköiset.

H. Psykometrinen menetelmä on yleisin mittausmenetelmä. Sen olemus on seuraava. Olkoon kaksi identtistä lämpömittaria samoissa olosuhteissa ja niillä on samat lukemat. Jos yhden lämpömittarin patruuna on kostutettu, esimerkiksi kääritty kosteaan liinaan, lukemat ovat erilaiset. Kankaasta haihtuvan veden vuoksi ns. märkälämpömittari näyttää enemmän matala lämpötila kuin kuivana. Mitä alhaisempi ympäristön ilman suhteellinen kosteus on, sitä voimakkaampi on haihtuminen ja sitä pienempi on märkälämpötila. Lämpötilaero määritetään lämpömittarin lukemista ja ilman suhteellinen kosteus määritetään erityisellä psykrometrisellä taulukolla.

22. Sähkövaraukset. Riipuksen laki. Maksun säilyttämislaki.

Kokemus levyjen sähköistymisestä osoittaa, että kitkalla sähköistyksen aikana olemassa olevat varaukset jakautuvat uudelleen ensimmäisellä hetkellä neutraalien kappaleiden kesken. Pieni osa elektroneista siirtyy kehosta toiseen. Tässä tapauksessa uusia hiukkasia ei ilmesty, eivätkä aiemmin olleet hiukkaset katoa. Kun ruumiit sähköistyvät, sähkövarauksen säilymisen laki. Tämä laki on tarkoitettu suljettu järjestelmä. Suljetussa järjestelmässä kaikkien hiukkasten varausten algebrallinen summa pysyy muuttumattomana. Jos hiukkasvaraukset on merkitty q 1 , q 2 jne. siis q 1 , +q 2 + q 3 +…+q n = vakio

Varauksen säilymislain pätevyyden vahvistavat havainnot valtavasta määrästä alkuainehiukkasten muunnoksia. Tämä laki ilmaisee yhden sähkövarauksen perusominaisuuksista. Syy panoksen säilyttämiseen on edelleen tuntematon.

Coulombin laki. Coulombin kokeet johtivat sellaisen lain vahvistamiseen, joka muistutti hämmästyttävän yleismaailmallisen gravitaatiolakia. Kahden paikallaan olevan varautuneen kappaleen vuorovaikutusvoima tyhjiössä on suoraan verrannollinen varausmoduulien tuloon ja kääntäen verrannollinen niiden välisen etäisyyden neliöön. Tätä voimaa kutsutaan Coulomb.

Jos merkitsemme maksumoduuleja | q 1 | ja | q 2 |, ja niiden välinen etäisyys

r:n kautta sitten Coulombin laki voidaan kirjoittaa seuraavassa muodossa:

missä k - suhteellisuuskerroin, numeerisesti yhtä suuri kuin voima yksikkövarausten vuorovaikutus pituusyksikköä vastaavalla etäisyydellä. Sen merkitys riippuu yksikköjärjestelmän valinnasta.

23. Sähkökentän voimakkuus. Pistemaksukenttä. Sähkökenttien superpositioperiaate.

Sähkökentän perusominaisuudet. Sähkökentän pääominaisuus on sen vaikutus sähkövarauksiin tietyllä vahvuudella.

Kiinteiden varausten sähkökenttää kutsutaan sähköstaattiseksi. Se ei muutu ajan myötä. Sähköstaattinen kenttä syntyy vain sähkövarauksesta.

Sähkökentän voimakkuus. Sähkökenttä havaitaan varaukseen vaikuttavilla voimilla.

Jos sijoitamme vuorotellen pieniä varautuneita kappaleita samaan kentän pisteeseen ja mittaamme voimat, havaitaan, että kentän puolelta varaukseen vaikuttava voima on suoraan verrannollinen tähän varaukseen. Todellakin, luodaan kenttä pistevarauksella q 1 . Coulombin lain mukaan maksu q 2 lataukseen verrannollinen voima q 2 . Siksi kentän tiettyyn pisteeseen sijoitettuun varaukseen vaikuttavan voiman suhde tähän varaukseen jokaisessa kentän pisteessä ei riipu varauksesta ja sitä voidaan pitää kentän ominaisuutena. Tätä ominaisuutta kutsutaan sähkökentän voimakkuus. Kuten voima, kentän voimakkuus- vektorisuure; se on merkitty kirjaimella E. Jos kenttään asetettu maksu on merkitty q

sijasta q 2 sitten jännitys on yhtä suuri kuin:

Kentänvoimakkuus on yhtä suuri kuin sen voiman suhde, jolla kenttä vaikuttaa pistevaraukseen.

Tästä syystä lataukseen vaikuttava voima q sähkökentän puolelta, on yhtä suuri kuin:

Kentänvoimakkuus SI-yksiköissä voidaan ilmaista newtoneina kulonia kohti (N / C).

Kenttien superpositioperiaate.

Jos kehoon vaikuttaa useita voimia, niin mekaniikan lakien mukaan tuloksena oleva voima on yhtä suuri kuin voimien geometrinen summa:

Sähkövarauksiin vaikuttavat sähkökentän voimat. Jos useiden varausten kenttiä päällekkäin, nämä kentät eivät vaikuta toisiinsa, niin kaikkien kenttien sivulta syntyvän voiman tulee olla yhtä suuri kuin kunkin kentän voimien geometrinen summa. Kokemus osoittaa, että juuri näin tapahtuu todellisuudessa. Tämä tarkoittaa, että kenttävoimakkuudet summautuvat geometrisesti.

Tämä on kentän superpositioperiaate joka on muotoiltu näin: jos tietyssä avaruuden pisteessä syntyy erilaisia ​​varautuneita hiukkasia

sähkökentät, joiden vahvuus

jne., niin tuloksena saatu kentänvoimakkuus tässä vaiheessa on:

24. Johtimet ja eristeet sähkökentässä.

Kapellimestarit- kappaleet, joissa on vapaita varauksia, jotka eivät liity atomeihin. Sähköpostin vaikutuksen alaisena. varauskentät voivat liikkua, jolloin syntyy sähkövirtaa. Jos johdin lisätään sähkökenttä, sitten positiiviset varaukset liikkuvat intensiteettivektorin suuntaan ja negatiivisesti varautuneet vastakkaiseen suuntaan. Tämän seurauksena kehon pinnalle ilmestyy induktiivisia varauksia:

Kentänvoimakkuus johtimen sisällä = 0. Johdin ikään kuin katkaisee sähkökentän voimakkuuden voimalinjat.

Dielektriset- aineet, joissa positiiviset ja negatiiviset varaukset ovat yhteydessä toisiinsa ja joissa ei ole vapaita varauksia. Sähkökentässä dielektri on polarisoitunut.

Eristeen sisällä on sähkökenttä, mutta se on pienempi kuin tyhjiön sähkökenttä E v ε kerran. Väliaineen dielektrisyysvakio ε on yhtä suuri kuin tyhjiössä olevan sähkökentän voimakkuuden suhde eristeen sähkökentän suuntaan ε= E0/ E

25. Potentiaali. Pistevarauksen kentän potentiaali.

Työskentele siirtäessäsi varausta tasaisessa sähköstaattisessa kentässä. Tasaisen kentän luovat esimerkiksi suuret metallilevyt, joissa on vastakkaisen etumerkin varauksia. Tämä kenttä vaikuttaa varaukseen vakiovoimalla F= qE.

Aseta levyt pystysuoraan vasen levy V negatiivisesti varautunut, ja oikea D - positiivisesti. Lasketaan työ, jonka kenttä tekee siirrettäessä positiivista varausta q etäisyydellä sijaitsevasta pisteestä 1 d 1 lautaselta V, etäisyydellä sijaitsevaan pisteeseen 2 d 2 < d 1 samalta levyltä.

Pisteet 1 ja 2 olla samalla voimalinjalla. Matkalla ∆ d= d 1 - d 2 sähkökenttä tekee positiivista työtä: A= qE(d 1 - d 2 ). Tämä työ ei riipu liikeradan muodosta.

Sähköstaattisen kentän potentiaali on suhde

kentässä olevan varauksen potentiaalienergia tähän varaukseen.

(Mahdollinen eroavaisuus. Kuten potentiaalienergia, potentiaalin arvo tietyssä pisteessä riippuu valinnasta nolla taso lukea potentiaalia. Käytännön arvo

ei ole itse potentiaalia pisteessä, mutta potentiaalin muutos, mikä ei riipu valinnasta nolla viitetason potentiaali. Potentiaalienergiasta lähtien

W s= qφ niin työ on yhtä suuri kuin:

Potentiaaliero on:

Kahden pisteen välinen potentiaaliero (jännite) on yhtä suuri kuin kentän työn suhde, kun varaus siirtyy alkupisteestä loppupisteeseen tähän varaukseen. P Kahden pisteen välinen potentiaaliero on yhtä suuri kuin yksikkö, jos varauksen liikkuessa sisään 1 cl pisteestä toiseen sähkökenttä toimii 1:ssä J. Tätä yksikköä kutsutaan voltiksi (V).

26. Sähköinen kapasiteetti. Kondensaattorit. Litteän kondensaattorin kapasiteetti.

Kahden johtimen välinen jännite on verrannollinen johtimissa oleviin sähkövarauksiin... Jos varaukset kaksinkertaistuvat, sähkökentän voimakkuus kasvaa 2 kertaa, joten myös kentän tekemä työ varauksen liikkuessa kasvaa 2-kertaiseksi, eli jännite kasvaa 2 kertaa. Siksi yhden johtimen lataussuhde tämän ja viereisen johtimen välinen potentiaaliero ei riipu varauksesta. Sen määräävät johtimien geometriset mitat, niiden muoto ja keskinäinen järjestely, sekä ympäristön sähköiset ominaisuudet (dielektrisyysvakio ε). Tämä antaa meille mahdollisuuden ottaa käyttöön kahden johtimen sähkökapasiteetin käsite.

Kahden johtimen sähköinen kapasiteetti on toisen johtimen varauksen suhde tämän johtimen ja viereisen johtimen väliseen potentiaalieroon:

Joskus he puhuvat yhden johtimen sähkökapasiteetista. Tämä on järkevää, jos johdin on eristäytynyt, eli se sijaitsee suurella etäisyydellä muista johtimista sen kokoon verrattuna. Niin he sanovat esimerkiksi johtavan pallon kapasiteetista. Tämä tarkoittaa, että toisen johtimen roolia hoitavat pallon ympärillä sijaitsevat kaukana olevat esineet.

Kahden johtimen sähköinen kapasiteetti on yhtä suuri kuin yksikkö, jos ne välittävät varauksia± 1 C niiden välillä syntyy potentiaaliero 1 B. Tätä yksikköä kutsutaan faradiksi.(F);

Kondensaattori. Kahden johtimen järjestelmät, ns kondensaattorit. Kondensaattori koostuu kahdesta johtimesta, jotka on erotettu toisistaan ​​eristekerroksella, joiden paksuus on pieni verrattuna johtimien mittoihin. Tässä tapauksessa johtimia kutsutaan kondensaattorilevyt.

2. Litteän kondensaattorin kapasiteetti. Tarkastellaan litteää kondensaattoria, joka on täytetty homogeenisella isotrooppisella dielektrillä, jonka dielektrisyysvakio on e, jossa jokaisen levyn pinta-ala on S ja niiden välinen etäisyys on d. Tällaisen kondensaattorin kapasiteetti löytyy kaavasta:

missä ε – väliaineen dielektrisyysvakio,S - levyjen pinta-ala,d Onko levyjen välinen etäisyys.

Tästä seuraa, että suurikapasiteettisten kondensaattoreiden valmistukseen on tarpeen lisätä levyjen pinta-alaa ja vähentää niiden välistä etäisyyttä.

Varatun kondensaattorin energia W: tai

Kondensaattoreita käytetään keräämään sähköä ja käyttämään sitä nopean purkauksen (valokuvasalaman) aikana, erottamaan tasa- ja vaihtovirtapiirejä, tasasuuntaajissa, värähtelypiireissä ja muissa radioelektronisissa laitteissa. Eristeen tyypistä riippuen kondensaattoreita ovat ilma, paperi, kiille.

Kondensaattorien käyttö. Kondensaattorin energia ei yleensä ole kovin korkea - enintään satoja jouleita. Lisäksi se ei kestä kauan väistämättömän latausvuodon vuoksi. Siksi ladatut kondensaattorit eivät voi korvata esimerkiksi akkuja sähköenergian lähteinä.

Niillä on yksi ominaisuus: kondensaattorit voivat kerätä energiaa enemmän tai vähemmän pitkän ajan, ja kun ne puretaan matalavastuspiirin kautta, ne luovuttavat energiaa melkein välittömästi. Tätä ominaisuutta käytetään laajasti käytännössä.

Valokuvauksessa käytettävä salamavalo saa virtansa kondensaattoripurkaussähkövirrasta.

27. Sähkövirta. Nykyinen vahvuus. Ohmin laki ketjun osalle.

Kun varautuneet hiukkaset liikkuvat johtimessa, sähkövaraus siirtyy paikasta toiseen. Kuitenkin, jos varautuneet hiukkaset tekevät satunnaista lämpöliikettä, kuten esim. vapaat elektronit metallissa, silloin ei ole maksunsiirtoa. Sähkövaraus kulkee läpi poikittaisleikkaus johdin vain, jos epäsäännöllisen liikkeen ohella elektronit osallistuvat järjestykseen q ja Zhenia.

Varautuneiden hiukkasten järjestettyä (suunnattua) liikettä kutsutaan sähkövirraksi.

Sähkövirta syntyy vapaiden elektronien tai ionien järjestäytyneestä liikkeestä. Jos liikutat neutraalia kehoa kokonaisuutena, niin valtavan määrän elektronien ja atomiytimien säännöllisestä liikkeestä huolimatta sähkövirtaa ei synny. Johtimen minkä tahansa poikkileikkauksen läpi siirretty kokonaisvaraus on nolla, koska erimerkkiset varaukset liikkuvat samalla keskinopeudella.

Sähkövirralla on tietty suunta. Virran suunnaksi otetaan positiivisesti varautuneiden hiukkasten liikesuunta. Jos virta muodostuu negatiivisesti varautuneiden hiukkasten liikkeestä, virran suunnan katsotaan olevan vastakkainen hiukkasten liikesuuntaan nähden.

Nykyinen vahvuus - fyysinen määrä, joka määrittää sähkövarauksen määrän, joka liikkuu aikayksikköä kohti johtimen poikkileikkauksen läpi

Jos virran voimakkuus ei muutu ajan myötä, virtaa kutsutaan vakioksi.

Virran voimakkuus, kuten varaus, on skalaarisuure. Se voi olla kuin positiivinen, niin ja negatiivinen. Virran voimakkuuden etumerkki riippuu siitä, mikä johtimessa olevista suunnista on otettu positiiviseksi. Virran voimakkuus I> 0, jos virran suunta on sama kuin tavanomaisesti valittu positiivinen suunta johtimessa. Muuten minä<0.

Virran voimakkuus riippuu kunkin hiukkasen kantamasta varauksesta, hiukkasten pitoisuudesta, niiden suunnatun liikkeen nopeudesta ja johtimen poikkileikkausalasta. Mitattu kohdassa (A).

Vakiona olevan sähkövirran syntyä ja olemassaoloa varten aineessa tarvitaan ensinnäkin vapaiden varautuneiden hiukkasten läsnäolo. Jos positiiviset ja negatiiviset varaukset ovat yhteydessä toisiinsa atomeissa tai molekyyleissä, niiden liike ei johda sähkövirran esiintymiseen.

Varautuneiden hiukkasten järjestetyn liikkeen luomiseksi ja ylläpitämiseksi tarvitaan toiseksi niihin tiettyyn suuntaan vaikuttava voima. Jos tämä voima lakkaa vaikuttamasta, varautuneiden hiukkasten järjestetty liike pysähtyy johtuen metallien tai neutraalien elektrolyyttimolekyylien kidehilan ionien niiden liikkeelle tarjoamasta vastustuksesta.

Kuten tiedämme, sähkökenttä vaikuttaa varautuneisiin hiukkasiin voimalla F= qE. Yleensä johtimen sisällä oleva sähkökenttä aiheuttaa ja ylläpitää varautuneiden hiukkasten järjestetyn liikkeen. Vain staattisessa tapauksessa, kun varaukset ovat levossa, sähkökenttä johtimen sisällä on nolla.

Jos johtimen sisällä on sähkökenttä, johtimen päiden välillä on potentiaaliero. Kun potentiaaliero ei muutu ajan myötä, johtimeen muodostuu vakio sähkövirta.

Ohmin laki. Metallijohtimien ja elektrolyyttiliuosten virta-jännite-ominaisuus on yksinkertaisin muoto. Ensimmäistä kertaa (metalleille) sen perusti saksalainen tiedemies Georg Ohm, joten virran voimakkuuden riippuvuus jännitteestä on ns. Ohmin laki.

Ohmin laki piirin osalle: virta on suoraan verrannollinen

jännite ja on kääntäen verrannollinen vastukseen:

Ohmin lain pätevyyttä on vaikea todistaa kokeellisesti.

28. Johtimien resistanssi. Johtimien sarja- ja rinnakkaiskytkentä.

Resistanssi. Johtimen tärkein sähköinen ominaisuus on vastus. Johtimen virran voimakkuus tietyllä jännitteellä riippuu tästä arvosta. Johtimen resistanssi on ikään kuin mitta johtimen resistanssista sähkövirran muodostumiselle siihen.

Ohmin lain avulla voit määrittää johtimen vastuksen:,

tätä varten sinun on mitattava jännite ja virta.

poikkileikkaus S Vastus riippuu johtimen materiaalista ja sen materiaalista geometriset mitat... Pituuden l johtimen, jolla on vakio poikittaispinta-ala, resistanssi on yhtä suuri:

missä R- arvo, joka riippuu aineen tyypistä ja tilasta (ensisijaisesti lämpötilasta). Arvo R kutsutaan johtimen ominaisvastus. Resistanssi on numeerisesti yhtä suuri kuin kuution muotoisen johtimen, jonka reuna on 1 m, resistanssi, jos virta suuntautuu normaalia pitkin kuution kahdelle vastakkaiselle pinnalle.

Johtimessa on vastus 1 ohm, jos potentiaalierolla 1 tuumaa nykyinen vahvuus siinä 1 A.

Resistanssin yksikkö on 1 ohm-m.

Johtimien sarjaliitäntä... Sarjaan kytkettynä sähköpiirissä ei ole haaroja. Kaikki johtimet kytketään yksitellen piiriin. per ystävä.

Virta molemmissa johtimissa on sama, ts. I 1 = I 2 = I, koska johtimissa tasavirran tapauksessa sähkövaraus ei kerry ja sama varaus kulkee jonkin johtimen poikkileikkauksen läpi tietyn ajan.

Jännite piirin tarkasteltavan osan päissä on ensimmäisen ja toisen johtimen jännitteiden summa: U = U 1 + U 2

Piirin koko osan kokonaisresistanssi sarjaan kytkettynä on:R= R 1 + R 1

Johtimien rinnakkaiskytkentä.

29. Sähkömotorinen voima. Ohmin laki täydelliselle piirille.

Sähkömoottorivoima suljetussa silmukassa on ulkoisten voimien työn suhde varauksen liikkuessa silmukkaa pitkin varaukseen:

Sähkömotorinen voima ilmaistaan ​​voltteina.

Galvaanisen kennon sähkömotorinen voima siellä on kolmansien osapuolten työtä

voimia siirrettäessä yksittäinen positiivinen varaus elementin sisällä napasta toiseen.

Lähdevastusta kutsutaan usein sisäiseksi resistanssiksi toisin kuin ulkoiseksi vastusRketjut. Generaattorissa r - tämä on käämien vastus, ja galvaanisessa kennossa - elektrolyyttiliuoksen ja elektrodien vastus. Ohmin laki suljetulle piirille yhdistää virran piirissä, EMF ja impedanssi R + r ketjut.

Usein kutsutaan virran voimakkuuden ja piirin osan resistanssin tuloa jännitehäviö tällä alueella. Siten EMF on yhtä suuri kuin suljetun piirin sisäisen ja ulkoisen osan jännitehäviöiden summa. Yleensä Ohmin laki suljetulle piirille kirjoitetaan muodossa:

missä R - kuormituskestävyys, ε –Emp , r- sisäinen vastus.

Virta täydessä piirissä on yhtä suuri kuin piirin EMF:n suhde sen impedanssiin.

Virran voimakkuus riippuu kolmesta suureesta: EMF ε, vastukset R ja r ketjun ulko- ja sisäosista. Virtalähteen sisäisellä resistanssilla ei ole havaittavaa vaikutusta virranvoimakkuuteen, jos se on pieni verrattuna piirin ulkoosan resistanssiin (R >> r). Tässä tapauksessa jännite lähteen liittimissä on suunnilleen sama kuin EMF:

U = IR≈ε.

Oikosulun sattuessa, kun R → 0, piirin virta määräytyy tarkasti lähteen sisäisen resistanssin mukaan ja useiden volttien sähkömoottorivoimalla se voi osoittautua erittäin suureksi, jos r on pieni (esim. esimerkiksi akulle r ≈ 0,1-0,001 ohmia). Johdot voivat sulaa ja itse lähde voi vaurioitua.

sarjaan kytketyt elementit EMF:llä ε 1 , ε 2 , ε 3 jne., silloin piirin kokonais-EMF on yhtä suuri kuin yksittäisten elementtien EMF:n algebrallinen summa.

Jos ne ohittaessaan piirin, siirtyvät lähteen negatiivisesta navasta positiiviseen, niin EMF> 0.

30. Virran työ ja teho. Joule-Lenzin laki.

Työvirta on yhtä suuri kuin: A = IU∆t tai A = qU, jos virta on vakio, niin Ohmin laista:

Virran työ piirin osassa on yhtä suuri kuin virran voimakkuuden, jännitteen ja ajan tulo, jonka aikana työ suoritettiin.

Lämpenemistä tapahtuu, jos langan vastus on korkea

Nykyinen teho. Mikä tahansa sähkölaite (lamppu, sähkömoottori) on suunniteltu kuluttamaan tietty määrä energiaa aikayksikköä kohden.

Virran teho on yhtä suuri kuin virran työn suhde ajalle ∆ ttähän aikaväliin . Tämän määritelmän mukaan:

Lämmön määrä määräytyy Joule-Lenzin lain mukaan:

Jos sähkövirta kulkee piirissä, jossa kemiallinen. Reaktiot ja sitoutumattomuus mekaaninen työ, silloin sähkökentän energia muuttuu johtimen sisäiseksi energiaksi ja sen lämpötila nousee. Lämmönvaihdon kautta tämä energia siirtyy ympäröiviin, kylmempiin kappaleisiin. Energian säilymisen laista seuraa, että lämmön määrä on yhtä suuri kuin sähkövirran työ:

(kaava)

Tätä lakia kutsutaan laiksi Joule-Lenz.

31. Magneettikenttä. Magneettikentän induktio. Amperen laki.

Johtimien välisiä vuorovaikutuksia virran kanssa eli liikkuvien sähkövarausten välisiä vuorovaikutuksia kutsutaan magneettinen. Voimia, joilla virtaa käyttävät johtimet vaikuttavat toisiinsa, kutsutaan magneettisiksi voimiksi.

Magneettikenttä. Lyhyen kantaman toiminnan teorian mukaan virta yhdessä johtimissa ei voi suoraan vaikuttaa toisessa johtimessa olevaan virtaan.

Kiinteitä sähkövarauksia ympäröivässä tilassa syntyy sähkökenttä, virtoja ympäröivään tilaan ilmestyy magneettikenttä.

Sähkövirta yhdessä johtimissa luo magneettikentän ympärilleen, joka vaikuttaa toisessa johtimessa olevaan virtaan. Ja toisen johtimen sähkövirran luoma kenttä vaikuttaa ensimmäiseen.

Magneettikenttä on aineen erityinen muoto, jonka kautta liikkuvien sähköisesti varautuneiden hiukkasten välinen vuorovaikutus tapahtuu.

Magneettikentän ominaisuudet:

1. Magneettikenttä syntyy sähkövirrasta (liikkuvat varaukset).

2. Magneettikenttä havaitaan sähkövirran vaikutuksesta (liikkuvat varaukset).

Kuten sähkökenttä, magneettikenttä todellakin on olemassa meistä riippumatta sitä koskevasta tiedostamme.

Magneettinen induktio - magneettikentän kyky kohdistaa voimavaikutus johtimeen virralla (vektoriarvo). Mitattu btl.

Magneettisen induktiovektorin suunnaksi otetaan suunta etelänavalta S magneettikenttään vapaasti asennetun magneettineulan pohjoiseen N. Tämä suunta on sama kuin positiivisen normaalin suunta suljetun silmukan kanssa virran kanssa.

Magneettisen induktiovektorin suunta on asetettu käyttämällä gimlet-sääntöä:

jos gimbalin translaatioliikkeen suunta on sama kuin johtimessa olevan virran suunta, niin kardaanikahvan pyörimissuunta on sama kuin magneettisen induktiovektorin suunta.

Linja magneettinen induktio.

Suora, jonka missä tahansa pisteessä magneettinen induktiovektori on tangentiaalinen - magneettisen induktion linjat. Homogeeninen kenttä - yhdensuuntaiset viivat, epäyhtenäinen kenttä - kaarevat viivat. Mitä enemmän viivoja, sitä suurempi tämän kentän voimakkuus. Kentät suljetuilla voimalinjoilla kutsutaan pyörteeksi. Magneettikenttä on pyörrekenttä.

Magneettinen virtaus- arvo, joka on yhtä suuri kuin magneettisen induktiovektorin moduulin tulo vektorin ja pinnan normaalin välisen kulman pinta-alalla ja kosinilla.

Ampeerivoima on yhtä suuri kuin magneettisen induktiovektorin tulo virranvoimakkuudella, johdinosan pituudella ja magneettisen induktion ja johdinosan välisen kulman sinillä.

missä l - johtimen pituus, B On magneettisen induktion vektori.

Ampeerivoimaa käytetään kaiuttimissa, kaiuttimissa.

Toimintaperiaate: Käämin läpi kulkee vaihtosähkövirta taajuudella, joka on yhtä suuri kuin mikrofonin tai radiovastaanottimen ulostulon äänitaajuus. Ampeerivoiman vaikutuksesta käämi värähtelee kaiuttimen akselia pitkin virran vaihtelun myötä. Nämä värähtelyt välittyvät kalvoon, ja kalvon pinta lähettää ääniaaltoja.

32. Magneettikentän vaikutus liikkuvaan varaukseen. Lorentzin voima.

Liikkuvaan varautuneeseen hiukkaseen magneettikentän puolelta vaikuttavaa voimaa kutsutaan Lorentzin voimaksi.

Lorentzin voima... Koska virta on määrätty liike sähkövaraukset, silloin on luonnollista olettaa, että ampeerivoima on johtimessa liikkuviin yksittäisiin varauksiin vaikuttavien voimien resultantti. On kokeellisesti osoitettu, että voima todella vaikuttaa magneettikentässä liikkuvaan varaukseen. Tätä voimaa kutsutaan Lorentzin voimaksi. Voiman moduuli F L löydetään kaavasta

missä B on sen magneettikentän induktiomoduuli, jossa varaus liikkuu, q ja v ovat varauksen ja sen nopeuden itseisarvo, a on vektorien v ja B välinen kulma. Tämä voima on kohtisuorassa vektoreihin v nähden. ja B, sen suunta löytyy vasemman käden säännön mukaan: jos käsi on sijoitettu niin, että neljä ojennettua sormea ​​osuu positiivisen varauksen liikesuuntaan, magneettikentän linjat menivät kämmenelle, sitten peukalo, asetettu taaksepäin 90 0, näyttää voiman suunnan. Negatiivisen hiukkasen tapauksessa voiman suunta on päinvastainen.

Koska Lorentzin voima on kohtisuorassa hiukkasnopeuteen nähden, niin. hän ei tee työtä.

Lorentzin voima käytetään televisioissa, massaspektrografissa.

Toimintaperiaate: Laitteen alipainekammio on sijoitettu magneettikenttään. Valokaaria kuvaavat sähkökentän kiihdyttämät varautuneet hiukkaset (elektronit tai ionit) putoavat valokuvalevylle, josta ne jättävät jäljen, jonka avulla on mahdollista mitata liikeradan säde erittäin tarkasti . Tätä sädettä käytetään ionin ominaisvarauksen määrittämiseen. Kun tiedät ionin varauksen, sen massa on helppo määrittää.

33. Aineen magneettiset ominaisuudet. Magneettinen läpäisevyys. Ferromagnetismi.

Magneettinen läpäisevyys. Kestomagneetit voidaan valmistaa vain muutamasta aineesta, mutta kaikki magneettikenttään asetetut aineet ovat magnetoituneita, eli ne itse luovat magneettikentän. Tästä johtuen magneettisen induktion vektori B v homogeeninen väliaine eroaa vektorista Sisään samassa pisteessä avaruudessa tyhjiössä.

Asenne Väliaineen magneettisia ominaisuuksia kuvaavaa ainetta kutsutaan väliaineen magneettiseksi permeabiliteetiksi.

Homogeenisessa ympäristössä magneettinen induktio on yhtä suuri: missä m - tietyn väliaineen magneettinen permeabiliteetti on dimensioton suure, joka osoittaa kuinka monta kertaa μ tietyssä ympäristössä enemmän μ tyhjiössä.

Minkä tahansa kappaleen magneettiset ominaisuudet määräävät sen sisällä olevat suljetut sähkövirrat.

Paramagneetit ovat aineita, jotka luovat heikon magneettikentän suuntaan, joka on sama kuin ulkoisen kentän. Tehokkaimpien paramagneettien magneettinen permeabiliteetti eroaa vain vähän yhtenäisyydestä: 1 00036 platinalle ja 1 00034 nestemäiselle hapelle. Diamagneetit ovat aineita, jotka luovat kentän, joka heikentää ulkoista magneettikenttää. Hopealla, lyijyllä, kvartsilla on diamagneettisia ominaisuuksia. Diamagneettien magneettinen permeabiliteetti eroaa yksiköstä enintään kymmenellä tuhannesosalla.

Ferromagneetit ja niiden käyttö. Asettamalla rauta- tai teräsydin kelaan sen synnyttämää magneettikenttää voidaan vahvistaa monta kertaa lisäämättä kelan virtaa. Tämä säästää energiaa. Muuntajien, generaattoreiden, sähkömoottoreiden jne. sydämet on valmistettu ferromagneeteista.

Kun ulkoinen magneettikenttä kytketään pois päältä, ferromagneetti pysyy magnetoituna, eli se luo magneettikentän ympäröivään tilaan. Alkuainevirtojen järjestetty orientaatio ei katoa, kun ulkoinen magneettikenttä kytketään pois päältä. Tästä johtuen kestomagneetteja on olemassa.

Kestomagneetteja käytetään laajalti sähkömittauslaitteissa, kaiuttimissa ja puhelimissa, äänentallenteissa, magneettisissa kompasseissa jne.

Ferriittejä käytetään laajalti - ferromagneettisia materiaaleja, jotka eivät johda sähkövirtaa. Ne ovat rautaoksidien kemiallisia yhdisteitä muiden aineiden oksidien kanssa. Ensimmäinen niistä ihmisten tiedossa ferromagneettiset materiaalit - magneettinen rautamalmi - on ferriittiä.

Curie lämpötila. Tietyn ferromagneetin tiettyä lämpötilaa korkeammassa lämpötilassa sen ferromagneettiset ominaisuudet katoavat. Tätä lämpötilaa kutsutaan Curie lämpötila. Jos kuumennat magnetoitua naulaa liikaa, se menettää kykynsä houkutella rautaesineitä itseensä. Raudan Curie-lämpötila on 753 ° С, nikkelin 365 ° С ja koboltin 1000 ° С. On ferromagneettisia seoksia, joissa Curie-lämpötila on alle 100 °C.

34. Sähkömagneettinen induktio. Magneettinen virtaus.

Elektromagneettinen induktio. Sähkömagneettisen induktion laki. Lenzin sääntö Tiedämme, että sähkövirta luo magneettikentän. Luonnollisesti herää kysymys: "Voiko sähkövirran ilmaantua magneettikentän avulla?" Tämän ongelman ratkaisi Faraday, joka löysi sähkömagneettisen induktion ilmiön, joka on seuraava: magneettivuon muutoksessa, joka tunkeutuu johtavan piirin peittämälle alueelle, syntyy sähkömotorinen voima, nimeltään emf. induktio. Jos piiri on suljettu, tämän emf:n vaikutuksesta on sähkövirta, jota kutsutaan induktioksi. Faraday huomasi, että emf induktio ei riipu magneettivuon muuttamismenetelmästä ja sen määrää vain sen muutosnopeus, ts.

EMF voi esiintyä, kun magneettinen induktio muuttuu V, kun ääriviivan tasoa kierretään suhteessa magneettikenttään. Kaavan miinusmerkki selitetään Lenzin säännön mukaan: Induktiivinen virta on suunnattu siten, että sen magneettikenttä estää induktiovirran muodostavan ulkoisen magneettivuon muutoksen. Suhdetta kutsutaan sähkömagneettisen induktion laiksi: induktion EMF johtimessa on yhtä suuri kuin johtimen peittämän alueen tunkeutuvan magneettivuon muutosnopeus.

Magneettinen virtaus . Tietyn pinnan läpi kulkeva magneettivuo on sen läpäisevien magneettisen induktiojuovien lukumäärä. Anna tasaisen magneettikentän sisällä S-alueen tasainen alue, joka on kohtisuorassa magneettisen induktion linjoihin nähden. (Homogeeninen magneettikenttä on kenttä, jonka jokaisessa pisteessä magneettikentän induktio on suuruudeltaan ja suunnaltaan sama). Tässä tapauksessa paikan normaali n on sama kuin kentän suunta. Koska magneettisen induktion juovien määrä, joka on yhtä suuri kuin kenttäinduktion moduuli B, kulkee paikan yksikköpinta-alan läpi, tähän kohtaan tunkeutuvien juovien määrä on S kertaa suurempi. Siksi magneettivuo on:

Tarkastellaan nyt tapausta, jossa tasaisessa magneettikentässä on tasainen alue, joka on suorakaiteen muotoisen suuntaissärmiön muotoinen sivuilla a ja b, jonka pinta-ala on S = ab. Normaali n paikkaan muodostaa kulman a kentän suunnan kanssa, ts. induktiovektorilla B. Alueen S ja sen projektion Sпр kautta kulkevien induktiolinjojen määrä näihin suoriin kohtisuoraan tasoon on sama. Näin ollen niiden läpi tapahtuvan magneettikentän induktion vuo Ф on sama. Käyttämällä lauseketta löydämme kuvasta Ф = ВSпр. nähdään, että Sпр = ab * cos a = Scosa. Siksi f = BScos a .

SI-yksiköissä magneettivuo mitataan Weberissä (Wb). Kaavasta seuraa, että 1 Wb on magneettivuo 1 m2:n alueen läpi, joka on kohtisuorassa magneettisiin induktiolinjoihin nähden tasaisessa magneettikentässä, jonka induktio on 1 T. Etsitään Weberin ulottuvuus:

Tiedetään, että magneettivuo on algebrallinen suure. Oletetaan, että ääriviivan alueelle tunkeutuva magneettivuo on positiivinen. Tämän virtauksen kasvaessa syntyy CW. induktio, jonka vaikutuksesta ilmaantuu induktiovirta, joka luo oman magneettikentän, joka on suunnattu ulkoiseen kenttiin, ts. induktiovirran magneettivuo on negatiivinen.

Jos ääriviivan alueelle tunkeutuva virtaus pienenee (), niin ts. induktiovirran magneettikentän suunta on sama kuin ulkoisen kentän suunta.

35. Sähkömagneettisen induktion laki. Lenzin sääntö.

Jos piiri on suljettu, tämän emf:n vaikutuksesta on sähkövirta, jota kutsutaan induktioksi. Faraday huomasi, että emf induktio ei riipu magneettivuon muuttamismenetelmästä ja sen määrää vain sen muutosnopeus, ts.

Suhdetta kutsutaan sähkömagneettisen induktion laiksi: induktion EMF johtimessa on yhtä suuri kuin johtimen peittämän alueen tunkeutuvan magneettivuon muutosnopeus. Kaavan miinusmerkki on Lenzin säännön matemaattinen lauseke. Tiedetään, että magneettivuo on algebrallinen suure. Oletetaan, että ääriviivan alueelle tunkeutuva magneettivuo on positiivinen. Tämän virtauksen lisääntyessä

siellä on w.d. induktio, jonka vaikutuksesta ilmaantuu induktiovirta, joka luo oman magneettikentän, joka on suunnattu ulkoiseen kenttiin, ts. induktiovirran magneettivuo on negatiivinen.

Jos ääriviivan alueelle tunkeutuva virtaus pienenee, ts. induktiovirran magneettikentän suunta on sama kuin ulkoisen kentän suunta.

Harkitse yhtä Faradayn suorittamista kokeista induktiovirran ja siten emf:n havaitsemiseksi. induktio. Jos magneetti työnnetään sisään tai ulos solenoidiin, joka on suljettu erittäin herkälle sähköiselle mittauslaitteelle (galvanometri), niin magneetin liikkuessa havaitaan galvanometrin neulan taipuma, joka osoittaa induktiovirran esiintymisen. Sama havaitaan, kun solenoidi liikkuu magneetin suhteen. Jos magneetti ja solenoidi ovat paikallaan suhteessa toisiinsa, induktiovirtaa ei synny. Yllä olevasta kokemuksesta seuraa, että näiden kappaleiden keskinäisen liikkeen myötä solenoidikierteiden läpi kulkevassa magneettivuossa tapahtuu muutos, mikä johtaa ilmaantuvan emf:n aiheuttaman induktiovirran ilmaantuvuuteen. induktio.

2. Induktiovirran suunta määräytyy Lenzin säännön mukaan: induktiovirralla on aina tämä suunta. että sen luoma magneettikenttä estää magneettivuon muutoksen, joka aiheuttaa tämän virran. Tästä säännöstä seuraa, että magneettivuon kasvaessa tuloksena olevalla induktiovirralla on sellainen suunta, että sen tuottama magneettikenttä on suunnattu ulkoista kenttää vasten vastustaen magneettivuon kasvua. Päinvastoin, magneettivuon pieneneminen johtaa induktiovirran esiintymiseen, joka luo magneettikentän, joka on sama kuin ulkoisen kentän suunta. Oletetaan esimerkiksi tasaisessa magneettikentässä magneettikentän lävistetty neliömäinen lankakehys, jossa oletetaan, että magneettikenttä kasvaa. Tämä johtaa magneettivuon kasvuun kehyksen alueella. Lenzin säännön mukaan syntyvän induktiovirran magneettikenttä suuntautuu ulkoista kenttää vastaan, ts. tämän kentän vektori B 2 on vastapäätä vektoria E. Soveltamalla oikeanpuoleisen ruuvin sääntöä (ks. § 65, kohta H) löydämme induktiovirran I suunnan i.

36. Itseinduktioilmiö. Induktanssi. Magneettikentän energia.

Itseinduktioilmiö . Ilmiö sähkömotorisen voiman syntymisestä samassa johtimessa, jonka läpi se virtaa vaihtovirta, kutsutaan itseinduktioksi, ja itse emf on nimeltään emf itseinduktio. Tämä ilmiö selitetään seuraavasti. Johtimen läpi kulkeva vaihtovirta synnyttää ympärilleen vaihtomagneettikentän, joka puolestaan ​​luo magneettivuon, joka muuttuu ajan myötä johtimen rajoittaman alueen läpi. Sähkömagneettisen induktion ilmiön mukaan tämä magneettivuon muutos johtaa emf:n ilmestymiseen. itseinduktio.

Etsitään emf itseinduktio. Anna sähkövirran kulkea johtimen läpi, jonka induktanssi on L. Ajanhetkellä t 1 tämän virran voimakkuus on yhtä suuri kuin I 1, ja hetkellä t 2 siitä on tullut yhtä suuri kuin I 2. Tällöin virran synnyttämä magneettivuo johtimen rajaaman alueen läpi ajanhetkellä t 1 ja t 2 vastaavasti on yhtä suuri kuin Ф1 = LI 1 ja Ф 2 = LI 2, ja DФ magneettivuon muutos on yhtä suuri kuin DФ = LI 2 - LI 1 = L (I 2 - I 1) = LDI, missä DI = I 2 - I 1 on virran voimakkuuden muutos ajanjaksolla Dt = t 2 - t 1. Sähkömagneettisen induktion lain mukaan emf itseinduktio on yhtä suuri kuin: Korvataan edellinen kaava tähän lausekkeeseen,

Saamme Joten, e.m.f. johtimessa tapahtuva itseinduktio on verrannollinen sen läpi kulkevan virran muutosnopeuteen. Suhde on itseinduktion laki.

Sähkömotorisen voiman vaikutuksen alaisena Itseinduktio, syntyy induktiovirta, jota kutsutaan itseinduktiovirraksi. Tämä virta, Lenzin säännön mukaan, vastustaa virran muutosta piirissä hidastaen sen kasvua tai laskua.

1... Induktanssi. Virtataan suljetussa silmukassa jatkuva voima I. Tämä virta muodostaa ympärilleen magneettikentän, joka läpäisee johtimen peittämän alueen muodostaen magneettivuon. Tiedetään, että magneettivuo Ф on verrannollinen magneettikentän B induktiomoduuliin ja johtimen ympärille virralla syntyvän magneettikentän induktiomoduuli on verrannollinen virran 1 voimakkuuteen. tästä

Suhteellisuuskerrointa L virran ja tämän virran synnyttämän magneettivuon välillä johtimen rajaaman alueen läpi kutsutaan johtimen induktanssiksi.

Johtimen induktanssi riippuu sen geometrisista mitoista ja muodosta sekä sen ympäristön magneettisista ominaisuuksista, jossa se sijaitsee. sen sisällä. On huomattava, että jos johdinta ympäröivän ympäristön magneettinen permeabiliteetti ei riipu johtimen läpi virtaavan virran synnyttämän magneettikentän induktiosta, niin tämän johtimen induktanssi on vakio kaikelle siinä virtaavalle virralle. Tämä tapahtuu, kun johdin on ympäristössä, jolla on diamagneettisia tai paramagneettisia ominaisuuksia. Ferromagneettien tapauksessa induktanssi riippuu johtimen läpi kulkevan virran voimakkuudesta.

SI-yksiköissä induktanssi mitataan henrynä (H). L = Ф / I ja 1 Гн = 1 В6 / 1А, ts. 1 H on tällaisen johtimen induktanssi, kun sen läpi kulkee 1A virta, syntyy magneettivuo, joka tunkeutuu johtimen peittämälle alueelle, joka on yhtä suuri kuin 1Vb.

Magneettikentän energia . Kun sähkövirta kulkee johtimen läpi, syntyy magneettikenttä sen ympärille. Siinä on energiaa. Voidaan osoittaa, että induktanssin L johtimen ympärille syntyvän magneettikentän energia, jonka läpi virtaa tasavirta, jolla on voima I, on yhtä suuri kuin

37. Harmoniset värähtelyt. Amplitudi, jakso ja värähtelytaajuus.

Värähtelyt ovat prosesseja, joille on ominaista tietty toistettavuus ajan myötä. Värähtelyn etenemisprosessia avaruudessa kutsutaan aalloksi. Voidaan liioittelematta sanoa, että elämme värähtelyjen ja aaltojen maailmassa. Todellakin, elävä organismi on olemassa sydämen jaksoittaisen lyönnin vuoksi, keuhkomme värähtelevät hengitettäessä. Ihminen kuulee ja puhuu tärykalvojen ja äänihuulten tärinän takia. Valoaallot (sähkö- ja magneettikenttien värähtelyt) antavat meille mahdollisuuden nähdä. Nykytekniikka hyödyntää myös erittäin laajasti värähtelyprosesseja. Riittää, kun sanotaan, että monet moottorit liittyvät tärinään: männän jaksollinen liike polttomoottoreissa, venttiilien liike jne. muut tärkeitä esimerkkejä ovat vaihtovirtaa, sähkömagneettisia värähtelyjä värähtelypiirissä, radioaallot jne. Kuten yllä olevista esimerkeistä voidaan nähdä, värähtelyjen luonne on erilainen. Ne jakautuvat kuitenkin kahteen tyyppiin - mekaaniseen ja sähkömagneettiseen värähtelyyn. Kävi ilmi, että huolimatta värähtelyjen fysikaalisen luonteen eroista, niitä kuvataan samoilla matemaattisilla yhtälöillä. Tämä antaa meille mahdollisuuden erottaa yhdeksi fysiikan haaroista värähtely- ja aallotopin, jossa toteutetaan yhtenäinen lähestymistapa erilaisten fyysisten värähtelyjen tutkimukseen.

Mitä tahansa järjestelmää, joka voi värähdellä tai jossa voi esiintyä värähtelyjä, kutsutaan värähteleväksi. Värähtelyjä, joita esiintyy värähtelyjärjestelmässä, joka on poissa tasapainosta ja esitetään itselleen, kutsutaan vapaiksi värähtelyiksi. Vapaat värähtelyt vaimentuvat, koska värähtelyjärjestelmään välittyvä energia vähenee jatkuvasti.

Värähdyksiä kutsutaan harmonisiksi, kun mikä tahansa prosessia kuvaava fysikaalinen suure muuttuu ajan myötä kosinin tai sinilain mukaan:

Selvitetään tähän yhtälöön sisältyvien vakioiden A, w, a fysikaalinen merkitys.

Vakiota A kutsutaan värähtelyn amplitudiksi. Amplitudi on suurin arvo, jonka vaihteleva arvo voi ottaa... Määritelmän mukaan se on aina positiivista. Kosinimerkin alla olevaa lauseketta wt + a kutsutaan värähtelyn vaiheeksi. Sen avulla voit laskea vaihtelevan määrän arvon milloin tahansa. Vakio a on vaihearvo hetkellä t = 0 ja siksi sitä kutsutaan värähtelyn alkuvaiheeksi. Alkuvaiheen arvo määräytyy ajanlaskennan alun valinnan mukaan. Suureksi w kutsutaan syklistä taajuutta, jonka fysikaalinen merkitys liittyy värähtelyjen jakson ja taajuuden käsitteisiin. Vaimentamattomien värähtelyjen jaksoa kutsutaan pienin ajanjakso, jonka jälkeen vaihteleva arvo saa aikaisemman arvonsa, eli lyhyesti - yhden täyden vauhdin aika... Värähtelyjen lukumäärää aikayksikköä kohti kutsutaan värähtelytaajuudeksi. Taajuus v liittyy värähtelyjen jaksoon T suhteella v = 1 / T

Värähtelytaajuus mitataan hertseinä (Hz). 1 Hz on jaksollisen prosessin taajuus, jossa yksi värähtely tapahtuu 1 sekunnissa. Selvitetään värähtelyn taajuuden ja syklisen taajuuden välinen suhde. Kaavan avulla löydämme vaihtelevan suuren arvot ajanhetkellä t = t 1 ja t = t 2 = t 1 + T, missä T on värähtelyn jakso.

Värähtelyjakson määritelmän mukaan Tämä on mahdollista, jos, koska kosini on jaksollinen funktio, jonka jakso on 2p radiaania. Täältä. Me vastaanotamme. Tästä suhteesta seuraa syklisen taajuuden fyysinen merkitys. Se näyttää kuinka monta värähtelyä tapahtuu 2p sekunnissa.

Värähtelyjärjestelmän vapaat värähtelyt vaimentuvat. Käytännössä on kuitenkin tarpeen luoda jatkuvia värähtelyjä, kun värähtelyjärjestelmän energiahäviöt kompensoidaan ulkoisilla energialähteillä. Tässä tapauksessa tällaisessa järjestelmässä syntyy pakotettuja värähtelyjä. Pakotettuja värähtelyjä kutsutaan vaihteluiksi, jotka tapahtuvat ajoittain muuttuvan iskun vaikutuksen alaisena, iskuäksejä - pakottamista. Pakotettuja värähtelyjä esiintyy taajuudella, joka on yhtä suuri kuin pakottavien vaikutusten taajuus. Pakotettujen värähtelyjen amplitudi kasvaa, kun pakottavien vaikutusten taajuus lähestyy värähtelyjärjestelmän ominaistaajuutta. Se saavuttaa maksimiarvonsa, kun määritetyt taajuudet ovat samat. Ilmiötä pakotettujen värähtelyjen amplitudin voimakkaasta kasvusta, kun pakottavien vaikutusten taajuus on yhtä suuri kuin värähtelyjärjestelmän luonnollinen taajuus, kutsutaan resonanssiksi.

Resonanssi-ilmiö on laajalti käytössä tekniikassa. Se voi olla sekä hyödyllistä että haitallista. Joten esimerkiksi sähköisen resonanssin ilmiöllä on hyödyllinen rooli radiovastaanottimen virittämisessä halutulle radioasemalle muuttamalla induktanssin ja kapasitanssin arvoja, on mahdollista saavuttaa, että värähtelypiirin luonnollinen taajuus on sama kuin minkä tahansa radioaseman lähettämien sähkömagneettisten aaltojen taajuus. Tämän seurauksena piiriin ilmaantuu tietyn taajuuden resonanssivärähtelyjä, kun taas muiden asemien synnyttämien värähtelyjen amplitudit ovat pieniä. Tämä johtaa radion virittämiseen halutulle asemalle.

38. Matemaattinen heiluri. Matemaattisen heilurin värähtelyjakso.

39. Jousen kuorman värähtely. Energian muuntaminen värähtelyjen aikana.

40. Aallot. Poikittaiset ja pitkittäiset aallot. Nopeus ja aallonpituus.

41. Vapaat sähkömagneettiset värähtelyt piirissä. Energian muuntaminen värähtelevässä piirissä. Energian muuntaminen.

Jaksottaisia ​​tai lähes jaksottaisia ​​varauksen, virran ja jännitteen muutoksia kutsutaan sähköisiksi värähtelyiksi.

Sähkövärähtelyn saaminen on melkein yhtä helppoa kuin kehon saattaminen tärisemään ripustamalla se jouseen. Sähkövärähtelyjen tarkkailu ei kuitenkaan ole enää niin helppoa. Loppujen lopuksi emme näe suoraan kondensaattorin ylilatausta tai kelan virtaa. Lisäksi värähtelyjä esiintyy yleensä erittäin korkealla taajuudella.

Tarkkaile ja tutki sähköisiä värähtelyjä elektronisella oskilloskoopilla. Oskilloskoopin katodisädeputken vaakasuoraan taipuviin levyihin kohdistetaan "sahan" muotoinen vaihtuva pyyhkäisyjännite Up. Suhteellisen hitaasti jännitys kasvaa ja vähenee sitten erittäin jyrkästi. Levyjen välinen sähkökenttä saa elektronisäteen kulkemaan vaakasuunnassa näytön poikki tasaisella nopeudella ja pomppimaan sitten takaisin lähes välittömästi. Tämän jälkeen koko prosessi toistetaan. Jos nyt kiinnitämme pystysuoraan taipuvat levyt kondensaattoriin, niin jännitteen vaihtelut purkauksen aikana saavat säteen värähtelemään pystysuunnassa. Tämän seurauksena näytölle muodostuu värähtelyjen aika "pyyhkäisy", joka on melko samanlainen kuin heiluri, jossa on hiekkalaatikko liikkuvalle paperiarkille. Värähtelyt vaimentuvat ajan myötä

Nämä värähtelyt ovat ilmaisia. Ne syntyvät sen jälkeen, kun kondensaattoriin on siirretty varaus, mikä saa järjestelmän pois tasapainosta. Kondensaattorin lataus vastaa heilurin poikkeamaa tasapainoasennosta.

Pakotettuja sähkövärähtelyjä voidaan saada myös sähköpiirissä. Tällaisia ​​värähtelyjä ilmenee, kun piirissä on jaksollinen sähkömotorinen voima. Muuttuva induktio-EMF syntyy usean kierroksen lankarunkoon, kun se pyörii magneettikentässä (kuva 19). Tällöin runkoon tunkeutuva magneettivuo muuttuu jaksottaisesti ja sähkömagneettisen induktion lain mukaisesti myös tuloksena oleva induktion EMF muuttuu ajoittain. Kun piiri on suljettu, galvanometrin läpi kulkee vaihtovirta ja nuoli alkaa värähdellä tasapainoasennon ympäri.

2.Värähtelevä piiri. Yksinkertaisin järjestelmä, jossa vapaita sähköisiä värähtelyjä voi esiintyä, koostuu kondensaattorista ja kondensaattorilevyihin kytketystä kelasta (kuva 20). Tällaista järjestelmää kutsutaan värähteleväksi piiriksi.

Mieti, miksi piirissä tapahtuu värähtelyjä. Ladataan kondensaattoria kytkemällä se hetkeksi akkuun kytkimellä. Tässä tapauksessa kondensaattori saa energiaa:

missä qm on kondensaattorin varaus ja C on sen sähköinen kapasiteetti. Kondensaattorilevyjen väliin ilmestyy potentiaaliero Um.

Siirrä kytkin asentoon 2. Kondensaattori alkaa purkautua ja piiriin tulee sähkövirta. Virran voimakkuus ei saavuta heti maksimiarvoaan, vaan kasvaa vähitellen. Tämä johtuu itseinduktioilmiöstä. Kun virta ilmaantuu, syntyy vaihtuva magneettikenttä. Tämä vaihtuva magneettikenttä synnyttää johtimeen pyörteisen sähkökentän. Pyörresähkökenttä, jossa magneettikenttä kasvaa, on suunnattu virtaa vastaan ​​ja estää sen hetkellisen lisääntymisen.

Kondensaattorin purkautuessa sähkökentän energia pienenee, mutta samalla virran magneettikentän energia kasvaa, mikä määräytyy kaavalla: Kuva 1.

missä i on nykyinen voimakkuus ,. L on kelan induktanssi. Sillä hetkellä, kun kondensaattori on täysin tyhjä (q = 0), sähkökentän energiasta tulee nolla. Virran energia (magneettikentän energia) on energian säilymisen lain mukaan suurin. Siksi tällä hetkellä myös virta saavuttaa maksimiarvonsa

Huolimatta siitä, että tähän hetkeen mennessä potentiaaliero kelan päissä on nolla, sähkövirta ei voi pysähtyä välittömästi. Tämän estää itseinduktioilmiö. Heti kun virran voimakkuus ja sen luoma magneettikenttä alkavat pienentyä, syntyy pyörresähkökenttä, joka suuntautuu virtaa pitkin ja tukee sitä.

Seurauksena on, että kondensaattoria ladataan, kunnes virta, vähitellen pienentyvä, tulee nollaan. Magneettikentän energia tällä hetkellä on myös nolla, ja kondensaattorin sähkökentän energiasta tulee jälleen maksimi.

Tämän jälkeen kondensaattori latautuu uudelleen ja järjestelmä palaa alkuperäiseen tilaan. Jos energiahävikkiä ei olisi, tämä prosessi jatkuisi niin kauan kuin haluat. Värähtelyt olisivat jatkuvia. Värähtelyjakson aikavälein järjestelmän tila toistaisi itseään.

Mutta todellisuudessa energiahäviöt ovat väistämättömiä. Joten erityisesti kelalla ja liitäntäjohdoilla on vastus R, ja tämä johtaa asteittaiseen energian muuntamiseen elektromagneettinen kenttä johtimen sisäiseen energiaan.

Kun piirissä esiintyy tärinää, on olemassa energian muuntaminen magneettikenttä sähkökenttäenergiaksi ja päinvastoin. Siksi näitä värähtelyjä kutsutaan sähkömagneettisiksi. Värähtelypiirin jakso löydetään kaavasta:

42. Valon heijastuksen ja taittumisen lait. Taitekerroin. Valon täydellisen sisäisen heijastuksen ilmiö.

43. Valon diffraktio. Valon hajoaminen. Valon häiriö.

Valon diffraktio. Homogeenisessa väliaineessa valo etenee suoraviivaisesti. Tästä ovat osoituksena läpinäkymättömien esineiden ankarat varjot, kun ne valaisevat pistevalolähteiden. Jos esteiden mitat ovat kuitenkin verrattavissa aallonpituuteen, aallon etenemisen suoruus rikkoutuu. Ilmiötä, jossa aallot taipuvat esteiden ympärille, kutsutaan diffraktioksi. Diffraktion vuoksi valo pääsee geometrisen varjon alueelle. Valkoisen valon diffraktioilmiöihin liittyy irisoiva väri, joka johtuu valon hajoamisesta yhdistelmäväreiksi. Esimerkiksi helmiäisen ja helmien väri selittyy valkoisen valon diffraktiolla sen pienimmissä täplissä.

Diffraktiohilat, jotka ovat kapeita samanleveisiä, samalla etäisyydellä sijaitsevia rakoja, ovat laajalti käytössä tieteellisissä kokeissa ja tekniikassa. d erillään. Tätä etäisyyttä kutsutaan hilavakioksi. Pudota yhdensuuntainen monokromaattinen valonsäde (taso monokromaattinen valoaalto) DG:n diffraktiohilalle kohtisuoraan sitä vastaan. Diffraktiota tarkkailemaan sen taakse asetetaan keräilylinssi L, jonka polttotasoon sijoitetaan näyttö E, joka näyttää näkymän tasossa, joka on piirretty rakojen poikki kohtisuorassa diffraktiohilaa vastaan, ja vain säteet reunoilla. paikoista näytetään. Diffraktiosta johtuen valoaallot säteilevät raoista kaikkiin suuntiin. Valitaan niistä yksi, joka muodostaa kulman j tulevan valon suunnan kanssa. Tätä kulmaa kutsutaan diffraktiokulmaksi. Diffraktiohilan rakoista kulmassa p tuleva valo kerätään linssillä pisteessä P (tarkemmin sanottuna tämän pisteen läpi kulkevaan nauhaan). Geometrinen kulkuero D l vastaavien viereisistä raoista tulevien säteiden välillä, kuten kuvasta 2 voidaan nähdä. 84,1 on yhtä suuri kuin A! = d ~ siп 9. Linssin läpi kulkeva valo ei tuota ylimääräistä reittieroa. Siksi, jos A! yhtä suuri kuin kokonaisluku aallonpituuksia, ts. , silloin pisteessä P aallot vahvistavat toisiaan. Tämä suhde on ehto niin sanotuille suurille huipuille. Kokonaislukua m kutsutaan päämaksimien järjestykseksi.

Jos hilalle osuu valkoista valoa, niin kaikilla aallonpituuksilla nollan kertaluvun maksimien paikat (m = O) ovat samat; korkeampien kertalukujen maksimien paikat ovat erilaisia: mitä enemmän l, ???? // sitä enemmän j tietyllä m:n arvolla. Siksi keskimaksimi on muodoltaan kapea valkoinen raita, ja muiden tilausten päämaksimit ovat rajallisen leveyden moniväriset raidat - diffraktiospektri. Siten diffraktiohila hajottaa kompleksisen valon spektriksi ja siksi sitä käytetään menestyksekkäästi spektrometreissä.

Valon hajoaminen. Ilmiötä, jossa aineen taitekerroin riippuu valon taajuudesta, kutsutaan valon dispersioksi. Todettiin, että valon taajuuden kasvaessa aineen taitekerroin kasvaa. Pudota kapea yhdensuuntainen valkoisen valonsäteen kolmikulmaiselle prismalle, joka esittää prisman leikkausta piirustuksen tason ja yhden säteen mukaan). Kulkiessaan prisman läpi se hajoaa erivärisiksi valonsäteiksi violetista punaiseen. Näytön väripalkkia kutsutaan jatkuvaksi spektriksi. Kuumennetut kappaleet lähettävät valoaaltoja kaikenlaisilla taajuuksilla taajuusalueella Hz. Kun tämä valo hajoaa, havaitaan jatkuva spektri. Jatkuvan spektrin esiintyminen selittyy valon hajoamisella. Taitekerroin on korkein violetilla valolla ja pienin punaisella. Tämä johtaa siihen, että violetti valo taittuu voimakkaimmin ja punainen valo taittuu vähiten. Prisman läpi kulkevan kompleksisen valon hajottamista käytetään spektrometreissä

3. Aaltohäiriöt. Aaltohäiriö on ilmiö, jossa aallot vahvistuvat ja vaimentuvat tietyissä avaruuden pisteissä, kun ne ovat päällekkäin. Vain koherentit aallot voivat häiritä. Koherenttit aallot ovat niitä aaltoja (lähteitä), joiden taajuudet ovat samat ja värähtelyjen vaihe-ero ei riipu ajasta. Pisteiden paikkaa, joissa aaltojen vahvistuminen tai vaimeneminen tapahtuu, kutsutaan häiriömaksimiksi tai häiriöminimiksi, ja niiden yhdistelmää kutsutaan häiriökuvioksi. Tässä suhteessa ilmiölle voidaan antaa erilainen muotoilu. Aaltohäiriö on ilmiö, jossa koherentit aallot superpositioivat häiriökuvion muodostuessa.

Valon interferenssiilmiöllä säädellään pintakäsittelyn laatua, optista valaistusta, mitataan aineen taitekertoimia jne.

44. Valosähköinen vaikutus ja sen lait. Valon kvantti. Einsteinin yhtälö.

1. Valosähköinen vaikutus. Ilmiötä, jossa elektronit repeytyvät irti aineesta sähkömagneettisen säteilyn (mukaan lukien valon) vaikutuksesta, kutsutaan valosähköiseksi efektiksi. Valosähköisiä efektejä on kahta tyyppiä: ulkoinen ja sisäinen. Ulkoisella valosähköisellä efektillä revityt elektronit poistuvat kehosta ja sisäisellä ne jäävät sen sisään. On huomattava, että sisäinen valosähköinen vaikutus havaitaan vain puolijohteissa ja eristeissä. Pysähdytään vain ulkoiseen fotoefektiin. ulkoisen valosähköisen vaikutuksen tutkimiseksi kuvassa 1 esitetty kaavio. 87.1. Anodi A ja katodi K sijoitetaan astiaan, johon muodostuu suuri tyhjiö. Tällaista laitetta kutsutaan valokennoksi. Jos valo ei putoa valokennoon, piirissä ei ole virtaa ja ampeerimittari näyttää nollaa. Kun se valaistaan ​​riittävän korkeataajuisella valolla, ampeerimittari näyttää, että piirissä kulkee virtaa. Valosähköisen vaikutuksen lait on vahvistettu empiirisesti:

1. Aineesta irtautuneiden elektronien määrä on verrannollinen valon voimakkuuteen.

2. Emitoituneiden elektronien suurin kineettinen energia on verrannollinen valon taajuuteen eikä riipu sen intensiteetistä.

H. Jokaisella aineella on valosähköisen vaikutuksen punainen raja, eli pienin valotaajuus, jolla valovaikutus on vielä mahdollinen.

Valon aaltoteoria ei pysty selittämään valosähköisen vaikutuksen lakeja. Vaikeudet selittää näitä lakeja johtivat Einsteinin luomaan valon kvanttiteorian. Hän tuli siihen tulokseen, että valo on erityisten hiukkasten virta, jota kutsutaan fotoneiksi tai kvanteiksi. Fotonienergia e on e= hn, missä n on valon taajuus, h on Planckin vakio.

Tiedetään, että elektronin vetämiseksi ulos on annettava sille minimienergia, jota kutsutaan elektronin työfunktioksi A. Jos fotonienergia on suurempi tai yhtä suuri kuin työfunktio, niin elektroni irtoaa aineesta, ts. syntyy valokuvatehoste. Emitteillä elektroneilla on erilaiset kineettiset energiat. Suurin energia on aineen pinnasta repeytyneillä elektroneilla. Elektronit, jotka vedetään ulos syvyydestä ennen pinnan saavuttamista, menettävät osan energiastaan ​​törmätessään aineen atomien kanssa. Löydämme suurimman kineettisen energian Wk, jonka elektroni saa energian säilymislain avulla,

missä m ja Vm ovat elektronin massa ja maksiminopeus. Tämä suhde voidaan kirjoittaa eri tavalla:

Tätä yhtälöä kutsutaan Einsteinin yhtälöksi ulkoiselle valosähköiselle efektille... Se on muotoiltu: absorboituneen fotonin energia kuluu elektronin työskentelyyn ja kineettisen energian hankkimiseen sen avulla.

Einsteinin yhtälö selittää kaikki ulkoisen valosähköisen vaikutuksen lait. Anna monokromaattisen valon pudota aineen päälle. Kvanttiteorian mukaan valon intensiteetti on verrannollinen fotonien kuljettamaan energiaan, ts. verrannollinen fotonien määrään. Siksi valon intensiteetin kasvaessa aineeseen osuvien fotonien määrä kasvaa ja siten myös ulostyöntyneiden elektronien määrä. se on ensimmäinen laki ulkoinen fotoefekti. Kaavasta (87.1) seuraa, että valoelektronin suurin kineettinen energia riippuu valon taajuudesta v ja työfunktiosta A, mutta ei riipu valon intensiteetistä. Tämä on valosähköisen efektin toinen laki. Ja lopuksi lauseesta (87.2) seuraa, että ulkoinen valosähköinen vaikutus on mahdollista, jos hv³ V. Fotonin energian tulisi olla vähintään riittävä vetääkseen elektronin ulos välittämättä siihen kineettistä energiaa. Sitten valosähköisen vaikutuksen punainen raja v 0 löydetään ehdosta hv 0 = A tai v 0 = A / h. Tämä selittää valosähköisen vaikutuksen kolmas laki.

45. Atomin ydinmalli. Rutherfordin kokeet α - hiukkasten sironnasta.

Atomiytimen koostumus. Rutherfordin kokeet osoittivat, että atomeilla on hyvin pieni ydin, jonka ympärillä elektronit pyörivät. Ytimen kokoon verrattuna atomien koko on valtava ja koska lähes koko atomin massa on sen ytimessä, suurin osa atomin tilavuudesta on itse asiassa tyhjää tilaa. Atomiydin koostuu neutroneista ja protoneista. Alkuainehiukkasia, jotka muodostavat ytimiä (neutroneja ja protoneja), kutsutaan nukleoneiksi. Protonilla (vetyatomin ytimellä) on positiivinen varaus + e, joka on yhtä suuri kuin elektronin varaus ja sen massa on 1836 kertaa elektronin massa. Neutroni on sähköisesti neutraali hiukkanen, jonka massa on suunnilleen 1839 elektronimassaa.

Isotoopit kutsutaan ytimiä, joilla on sama varausnumero ja eri massaluvut. Useimmilla kemiallisilla alkuaineilla on useita isotooppeja. Niillä on samat kemialliset ominaisuudet ja niillä on yksi paikka jaksollisessa taulukossa. Esimerkiksi vedyllä on kolme isotooppia: protium (), deuterium () ja tritium (). Hapella on isotooppeja, joiden massaluvut A = 16, 17, 18. Suurimmassa osassa tapauksista saman alkuaineen isotoopeilla on lähes sama fyysiset ominaisuudet(poikkeus on esimerkiksi vedyn isotoopit)

Ytimen likimääräiset mitat määritettiin Rutherfordin a-hiukkasten sirontakokeissa. Tarkimmat tulokset saadaan tutkimalla nopeiden elektronien ytimien sirontaa. Kävi ilmi, että ytimillä on suunnilleen pallomainen muoto ja sen säde riippuu massaluvusta A kaavan m mukaan.

46. ​​Atomien valon emissio ja absorptio. Jatkuva viivaspektri.

Klassisen sähködynamiikan mukaan kiihdytetyt liikkuvat varautuneet hiukkaset lähettävät sähkömagneettisia aaltoja. Atomissa elektroneilla, jotka liikkuvat ytimen ympäri, on keskipetaalinen kiihtyvyys. Siksi niiden pitäisi lähettää energiaa sähkömagneettisten aaltojen muodossa. Tämän seurauksena elektronit liikkuvat spiraalireittejä pitkin lähestyen ydintä ja lopulta putoavat sen päälle. Sen jälkeen atomi lakkaa olemasta. Todellisuudessa atomit ovat kuitenkin pysyviä muodostelmia.

Tiedetään, että varautuneet hiukkaset, jotka liikkuvat ympyrässä, lähettävät sähkömagneettisia aaltoja, joiden taajuus on yhtä suuri kuin hiukkasen pyörimistaajuus. Atomissa olevat elektronit, jotka liikkuvat spiraalirataa pitkin, muuttavat pyörimistaajuutta. Siksi emittoivien sähkömagneettisten aaltojen taajuus muuttuu tasaisesti ja atomin tulisi lähettää sähkömagneettisia aaltoja tietyllä taajuusalueella, ts. atomin spektri on jatkuva. Todellisuudessa sitä määrätään. Näiden puutteiden poistamiseksi Bohr tuli siihen tulokseen, että oli välttämätöntä luopua klassisista käsitteistä. Hän esitti joukon periaatteita, joita kutsutaan Bohrin postulaatteiksi.

Viivaspektri . Jos kuumennetun kaasun (esimerkiksi vetysylinterin, jonka läpi johdetaan sähkövirtaa) lähettämä valo hajotetaan spektriksi diffraktiohilan (tai prisman) avulla, niin käy ilmi, että tämä spektri koostuu sarjasta juovia... Siksi tällainen spektri nimeltään hallitsi . Lineaarisuus tarkoittaa, että spektri sisältää vain tarkasti määritellyt aallonpituudet jne., eikä kaikkea, kuten sähkölamppujen valossa.

47. Radioaktiivisuus. Alfa, beeta, gammasäteily.

1. Radioaktiivisuus. Atomiytimien spontaania hajoamisprosessia kutsutaan radioaktiivisuudeksi. Ytimen radioaktiiviseen hajoamiseen liittyy joidenkin epävakaiden ytimien muuttuminen toisiksi ja erilaisten hiukkasten emissio. Todettiin, että nämä ydinmuunnokset eivät riipu ulkoisista olosuhteista: valaistuksesta, paineesta, lämpötilasta jne. Radioaktiivisuutta on kahta tyyppiä: luonnollista ja keinotekoista. Luonnollista radioaktiivisuutta havaitaan luonnossa esiintyvissä kemiallisissa alkuaineissa. Yleensä se tapahtuu raskaissa ytimissä, jotka sijaitsevat jaksollisen järjestelmän lopussa, lyijyn takana. Kuitenkin on myös kevyitä luonnostaan ​​radioaktiivisia ytimiä: kalium-isotooppi, hiili-isotooppi ja muut. Keinotekoista radioaktiivisuutta havaitaan ytimissä, jotka on saatu laboratoriossa ydinreaktioilla. Niiden välillä ei kuitenkaan ole perustavaa laatua olevaa eroa.

On tiedossa, että raskaiden ytimien luonnolliseen radioaktiivisuuteen liittyy säteilyä, joka koostuu kolmesta tyypistä:a-, b-, g- säteet. a- säteet on virta heliumytimiä korkean energian, joilla on erilliset arvot. b-säteet - elektronivirta, jonka energiat ottavat kaikki mahdolliset arvot läheltä nollaa arvoon 1,3 MeV. g- säteet - sähkömagneettiset aallot, joilla on erittäin lyhyt aallonpituus.

Radioaktiivisuutta käytetään laajasti tieteellisessä tutkimuksessa ja teknologiassa. Tuotteiden tai materiaalien laadun valvontaan on kehitetty menetelmä - vikojen havaitseminen. Gammasäteen vikojen havaitsemisen avulla voit määrittää raudoituksen syvyyden ja oikean sijainnin teräsbetonissa, paljastaa onteloita, tyhjiä tai epätasaisen tiheyden betonin alueita, tapauksia, joissa betoni on löysällä kosketuksella raudoituksen kanssa. Hitsaussaumojen tarkastelun avulla voit tunnistaa erilaisia ​​​​vikoja. Erilaisten rakennusmateriaalien tiheys määritetään lähettämällä tunnetun paksuisia näytteitä; betonituotteiden muodostuksessa tai monoliittiin asetettaessa saavutettavaa tiheyttä on valvottava, jotta koko rakenteelle saadaan annettu lujuus. Maaperän ja tienpohjan tiivistymisaste - tärkeä indikaattori työn laatu. Korkeaenergisten g-säteiden absorptioaste voidaan arvioida materiaalien kosteuspitoisuuden perusteella. Kaasun koostumuksen mittaamiseen on rakennettu radioaktiivisia laitteita, joissa säteilyn lähteenä on hyvin pieni määrä g-säteitä antavaa isotooppia. Radioaktiivisen merkinantolaitteen avulla voit määrittää minkä tahansa materiaalin palamisen aikana muodostuneiden kaasujen pienten epäpuhtauksien läsnäolon. Se antaa hälytyksen, kun huoneessa syttyy tulipalo.

48. Protonit ja neutronit. Atomiytimien sitoutumisenergia.

Ydinvoimien tutkimiseksi näyttää siltä, ​​​​että on tiedettävä niiden riippuvuus nukleonien välisestä etäisyydestä. Nukleonien välisen sidoksen tutkimus voidaan kuitenkin suorittaa myös energiamenetelmin.

Tietyn muodostelman vahvuus arvioidaan sen mukaan, kuinka helppoa tai vaikeaa se on tuhota: mitä vaikeampi se on tuhota, sitä vahvempi se on. Mutta ytimen tuhoaminen tarkoittaa sen nukleonien välisten sidosten katkaisemista. näiden siteiden katkaisemiseksi, ts. ytimen hajottamiseksi sen muodostaviksi nukleoneiksi on tarpeen kuluttaa tietty energia, jota kutsutaan ytimen sitoutumisenergiaksi.

Arvioidaan atomiytimien sitoutumisenergia. Olkoon nukleonien lepomassa, josta ydin muodostuu, yhtä suuri. Suhteellisuusteorian mukaan se vastaa kaavalla laskettua energiaa, jossa c on valon nopeus tyhjiössä. Kun ytime on muodostunut, sillä on energiaa. Tässä M on ytimen massa. Mittaukset osoittavat, että ytimen lepomassa on aina pienempi kuin tietyn ytimen muodostavien vapaassa tilassa olevien hiukkasten lepomassa. Näiden massojen välistä eroa kutsutaan massavikaksi. Siksi, kun ydin muodostuu, energiaa vapautuu. Energian säilymisen lain perusteella voimme päätellä, että sama energia tulisi käyttää ytimen jakamiseen protoneiksi ja neutroneiksi. Siksi sitoutumisenergia on yhtä suuri kuin. Jos ydin, jonka massa on M, muodostuu Z protonista, jonka massa on I, N = A - Z neutroneista, joilla on massa, niin massavika on

Kun tämä otetaan huomioon, sitoutumisenergia saadaan kaavasta:

Ytimen stabiilisuus arvioidaan keskimääräisen sitoutumisenergian perusteella ytimen nukleonia kohti, joka on ns. spesifinen sitoutumisenergia... Hän on tasa-arvoinen

Fysiikan pääsykoe (kirjallinen) pyrkii arvioimaan hakijoiden fysiikan osaamista.

Tenttitehtävien kysymysten monimutkaisuus vastaa toisen asteen oppilaitoksissa opiskelevien fysiikan ohjelmien monimutkaisuutta.

Ennen kokeiden alkamista hakijoita kuullaan, kokeiden suorittamismenettely ja vaatimukset selvitetään.

Sihteeri pääsytoimikunta Hän antaa tenttitehtävät 20 minuuttia ennen tentin alkua ainetutkintotoimikunnan puheenjohtajalle.

Kokeessa hakijan on osoitettava, että hänellä on varma hallussaan ohjelman tarjoamat tiedot ja taidot. Tutkittavan tulee osata käyttää SI-järjestelmää laskelmissa ja tietää fysikaalisten perussuureiden yksiköt.

Kaikki tehtävän aikana tehtävät ilmoittautumiset tehdään vain hakijalle kokeen alussa toimitetuille erityislomakkeille.

Fysiikkatehtävä kestää 60 minuuttia. Laskin käyttö on sallittua työskentelyssä. Kaikissa tehtävissä, ellei ehtoa ole erikseen määrätty, ilmanvastus kappaleiden liikkeen aikana tulee jättää huomiotta ja painovoiman kiihtyvyyden oletetaan olevan 10 m/s 2.

Pääsykokeen aikana hakijoiden on noudatettava seuraavia toimintasääntöjä:

pysyä hiljaa;

työskennellä itsenäisesti;

älä käytä vertailumateriaaleja ( opetusohjelmia, hakuteoksia jne. sekä kaikenlaisia ​​huijauslehtiä);

olla keskustelematta muiden tutkittavien kanssa;

olla avustamatta muita tutkinnon vastaanottajia tehtävien suorittamisessa;

älä käytä operatiivisia viestintävälineitä;

älä poistu alueelta, jonka pääsykokeen valintakomitea on vahvistanut.

Käytännesääntöjen rikkomisesta hakija poistetaan pääsykokeesta 0 pisteellä tehdystä työstä riippumatta oikein suoritettujen tehtävien määrästä, josta laaditaan valintalautakunnan puheenjohtajan hyväksymä asiakirja.

Jokainen tehtävä sisältää 10 tehtävää fysiikan eri osista. Tehtävälomake sisältää taulukon, johon sinun on syötettävä vastaukset mittayksiköillä.

SUORITETTUJEN TEHTÄVIEN ARVIOINTIASTEIKA

VAIHTOEHDOT PÄÄSÄÄTÖKOKEILLE

Pisteiden enimmäismäärä on 100.

Minimi vaadittava määrä pisteet - 36.

Esimerkki työvaihtoehdoista:

Vaihtoehto numero 01

1 ... Lepotilasta tasaisesti kiihdytettynä liikkuva auto suoritti 100 metrin matkan 10 sekunnissa. Selvitä ajoneuvon kiihtyvyyden määrä.

Vastaukset: 1) 2 m/s2; 2) 0,2 m/s2; 3) 20 m/s 2.

2. Kaikkien 4 kg painavaan kappaleeseen kohdistettujen voimien resultanttimoduuli on 10N. Mikä on sen kiihtyvyyden absoluuttinen arvo, jolla keho liikkuu?

Vastaukset: 1) 5 m/s2; 2) 0,2 m/s2; 3) 2,5 m/s 2.

3. 1000 kg painava kuorma on nostettava 12 metrin korkeuteen 1 minuutissa. Määritä pienin teho, joka moottorilla on oltava tätä tarkoitusta varten.

Vastaukset: 1) 2 · 10 2 W; 2) 2 kW; 3) 2,5 kW.

4 ... Millä voimalla magneettikenttä, jonka induktio on 1,5 T, vaikuttaa 30 cm pitkään johtimeen, joka sijaitsee kohtisuorassa magneettisen induktion linjoja vastaan? Johtimessa kulkee 2A virta.

Vastaukset: 1) 0,9 N; 2) 9H; kolmekymmentä.

5. Määritä magneettivuon suuruus, joka on kytketty piiriin, jonka induktanssi on 12 mH, kun sen läpi kulkee 5 A virta.

Vastaukset: 1) 6 Wb; 2) 0,06 Wb; 3) 60 Wb.

6. Kaasu, jonka lämpömääräksi ilmoitettiin 500 J, teki työtä 200 J. Määritä kaasun sisäisen energian muutos.

Vastaukset: 1) 300 J; 2) 700J; 3) 350J.

7. Määritellä kokonaisvastus piiri, joka koostuu kolmesta rinnakkain kytketystä 30 ohmin resistanssista ja yhdestä 20 ohmin resistanssista, jotka on kytketty sarjaan niiden kanssa.

Vastaukset: 1) 50 ohmia; 2) 30 ohmia; 3) 110 ohmia.

8. Mikä on aallonpituus, jos sen nopeus on 330 m/s ja jakso 2 s?

Vastaukset: 1) 66 m; 2) 165 m; 3) 660 m.

9. Yhtälö harmonisia värähtelyjä on muotoa. Määritä värähtelytaajuus.

Vastaukset: 1) 2 Hz; 2) 100 Hz; 3) 4 Hz.

10. Kirjoita puuttuva nimitys seuraavaan ydinreaktioon:

Vastaukset: 1) ; 2) ; 3) .

Vaihtoehto numero 02

1 ... Kehon liikeyhtälöllä on muoto: ... Määritä kehon alkunopeus.

Vastaukset: 1) 5 m/s; 2) 10 m/s; 3) 2,5 m/s.

2. 1 kg painava ruumis heitetään pystysuoraan ylöspäin nopeudella 8 m/s. Määritä kehon liike-energia heittohetkellä?

Vastaukset: 1) 8 J; 2) 32 J; 3) 4 J.

3. Määritä voimatyö, joka suoritetaan nostettaessa 3 kg painavaa ruumista 15 metrin korkeuteen.

Vastaukset: 1) 450 J; 2) 45 J; 3) 250 J.

4 ... Ihanteellisessa lämpökoneessa oleva kaasu antaa jääkaappiin 70 % lämmittimen saamasta lämmöstä. Mikä on jääkaapin lämpötila, jos lämmittimen lämpötila on 430 K?