Лекция по "Физике"

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ТОКОВ. ЗАКОН  АМПЕРА. СИЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ.(Н.В) ПРИНЦИП СУПЕРПОЗИЦИИ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ. СИЛА АМПЕРА. СИЛА ЛОРЕНЦА. НАПРАВЛЕНИЕ Н, В,

Магни́тное по́ле — силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения, магнитная составляющая электромагнитного поля. Магни́тная инду́кция   — векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля (его действия на заряженные частицы) в данной точке пространства. B= F/QVSINA; B= мю*мю0 *I L/4 pi * r^2 Напряжённость магни́тного по́ля — (стандартное обозначение Н) это векторная физическая величина, равная разности вектора магнитной индукции B ивектора намагниченности M. :  H=I*dl*sina/4pi*r^2 Из закона Ампера следует, что параллельные проводники с электрическими токами, текущими в одном направлении, притягиваются, а в противоположных — отталкиваются. Законом Ампера называется также закон, определяющий силу, с которой магнитное поле действует на малый отрезок проводника с током. Направление векторов показывают Первое правило левой руки. Если расположить ладонь левой руки так, чтобы линии индукции магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно к ней, а четыре пальца направлены по току, то отставленный на 90° большой палец укажет направление силы, действующей на проводник.

Второе правило левой руки. Если движется заряд, а магнит покоится, то для определения силы действует правило левой руки: «Если левую руку расположить так, чтобы линии индукции магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно ей, а четыре пальца были направлены по току (по движению положительно заряженной частицы или против движения отрицательно заряженной), то отставленный на 90° большой палец покажет направление действующей силы Лоренца или Ампера». Сила Лоренца — сила, с которой, в рамках классической физики, электромагнитное поле действует на точечную заряженную частицу Fл=qvBsina. На проводник с током, находящийся в магнитном поле, действует сила, равная(сила ампера)    F = I·L·B·sina

ЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ (ЭМИ). ОСНОВНОЙ ЗАКОН ЭМИ. САМОИНДУКЦИЯ. ПРАВИЛО ЛЕНЦА.

Электромагнитная индукция — явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него.  закона электромагнитной индукции Фарадея: какова бы ни была причина изменения потока магнитной индукции, охватываемого замкнутым проводящим контуром, возникающая в контуре э.д.с   Явление самоиндукции ри изменении тока в контуре пропорционально меняется^[2] и магнитный поток через поверхность, ограниченную этим контуром^[3]. Изменение этого магнитного потока, в силу закона электромагнитной индукции, приводит к возбуждению в этом контуре индуктивной ЭДС. . Правило ленца Индукционный ток всегда имеет такое направление, что он ослабляет действие причины, возбуждающей этот ток.

ГАРМОНИЧЕСКИЕ МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ . ХАРАКТЕРИСТИКИ КОЛЕБАНИЯ. УРАВНЕНИЯ ДВИЖЕНИЙ. ПРИМЕРЫ: МАТЕМАТИЧЕСКИЙ, ПРУЖИННЫЙ, ФИЗИЧЕСКИЙ МАЯТНИКИ. 

Механическое гармоническое  колебание - это прямолинейное неравномерное движение, при котором координаты колеблющегося тела (материальной точки) изменяются по закону косинуса или синуса в зависимости от времени.Согласно этому определению, закон изменения координаты в зависимости от времени имеет вид:

Уравнение гармонических  колебаний можно записать в виде: 
x = A*sin(wt + f₀), гдеx - смещение точки от положения равновесия,A - амплитуда колебаний,(wt+f₀) - фаза колебаний,f₀ - начальная фаза, w – циклическая частота w=2pi ню, t - время. Основные характеристики колебаний: Амплитуда- модуль отклонения физической величины от ее среднего значения. Частота число колебаний за единицу времени. Период- время одного полного колебания. Математический маятник.                        и  физический маятник:  . Момент силы. ;

Пружинный маятник: уравнение  движения:  или   

ЗАТУХАЮЩИЕ И ВЫНУЖДЕННЫЕ  КОЛЕБАНИЯ.  ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ. ПОКАЗАТЕЛИ ЗАТУХАНИЯ.

Вынужденные колебания — колебания, происходящие под воздействием внешних сил, меняющихся во времени. Затухающие колебания — колебания, энергия которых уменьшается с течением времени   показатели затуханиякоэффициент затухания β есть физическая величина, обратная времени, в течение которого амплитуда уменьшается в е раз.Пусть N число колебаний, после которых амплитуда уменьшается в e  раз. Тогда   Время релаксации τ – время, в течение которого амплитуда А уменьшается в   e    раз.

ВОЛНОВОЕ ДВИЖЕНИЕ . КЛАССИФИКАЦИЯ  ВОЛН.ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОЛН. УРАВНЕНИЕ ПЛОСКОЙ ВОЛНЫ.

Волновой процесс (волна)—это процесс распространения колебаний в сплошной среде. Сплошная среда — непрерывно распределенная в пространстве и обладающая упругими свойствами. По своему характеру волны подразделяются на По признаку распространения в пространстве: стоячие, бегущие.По характеру волны: колебательные, уединённые (солитоны).По типу волн: поперечные, продольные, смешанного типа. По законам, описывающим волновой процесс: линейные, нелинейные. По свойствам субстанции: волны в дискретных структурах, волны в непрерывных субстанциях. По геометрии: сферические (пространственные), одномерные (плоские), спиральные. ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОЛН амплитуда, отражает мощность или интенсивность колебания. Вторая, частота, даёт представление о том, что происходит колебание во времени. Частоту чаще всего оценивают по числу циклов, совершаемых за одну секунду, и выражают в герцах (1Гц = 1 цикл в секунду). Частота определяет высоту звука. Длина́ волны́ — расстояние между двумя ближайшими друг к другу точками, колеблющимися в одинаковых фазах, уравнение плоской волны    

ВЗАИМНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЕ  ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ  – ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ. КОНТУР ТОМСОНА. 

Взаимные превращения  энергии электрического и магнитного полей сопровождаются потерями энергии на нагревание проводов. Поэтому при однократной зарядке конденсатора колебания тока в контуре затухают - амплитуда тока каждого последующего колебания несколько меньше амплитуды предыдущего колебания. Чем больше омическое сопротивление контура, тем больше энергетические потери и тем быстрее затухают колебания в нем. Электромагнитными колебаниями называются периодические изменения напряженности Е и индукции В. Электромагнитными колебаниями являются радиоволны, микроволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи, гамма-лучи. Колебательный контур — осциллятор, представляющий собой электрическую цепь, содержащую соединённые катушку индуктивности и конденсатор. В такой цепи могут возбуждаться колебания тока (и напряжения).

Эта частота равна

СВОЙСТВА ЭЛЕКТРО-МАГНИТНОЙ ВОЛНЫ. ВЕКТОР УМОВА-ПОЙНТИНГА

поперёк направлению распространения  волны. Колеблются поперёк направлению распространения волны. Векторы Е и H взаимно перпендикулярны, так, что вектора v, E, H образуют правую тройку векторов. Векторы Е и Н колеблются в одной фазе Модули векторов Е и Н связаны соотношением:  вектор плотности потока энергии электромагнитного поля, одна из компоненттензора энергии-импульса электромагнитного поля. 

КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВАЯ ТЕОРИЯ СВЕТА

Корпускуля́рно-волново́й дуали́зм — принцип, согласно которому любой объект может проявлять как волновые, так и корпускулярные свойства

ВОЛНОВАЯ ПРИРОДА СВЕТА И ЯВЛЕНИЯ, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ ВОЛНОВЫМИ СВОЙСТВАМИ.

Волнова́я тео́рия све́та — одна из теорий, объясняющих природу света. Основное положение теории основывается на том, что свет имеет волновую природу, то есть ведёт себя какэлектромагнитная волна  Интерференция волн — взаимное усиление или ослабление амплитуды двух или нескольких когерентных волн, одновременно распространяющихся в пространстве.MIN MAX Монохроматическая волна — модель в физике, удобная для теоретического описания явлений волновой природы, означающая, что в спектр волны входит всего одна составляющая по частоте. Когерентные волны - волны, характеризующиеся одинаковой частотой и постоянством разности фаз в заданной точке пространства.Когерентность волн является необходимым условием получения устойчивой интерференционной картины. Дифра́кция— явление, которое проявляет себя как отклонение от законов геометрической оптики при распространении волн. Она представляет собой универсальное волновое явление и характеризуется одними и теми же законами при наблюдении волновых полей разной природы. Принцип Гюйгенса — Френеля Каждый элемент волнового фронта можно рассматривать, как центр вторичного возмущения, порождающего вторичные сферические волны, а результирующее световое поле в каждой точке пространства будет определяться интерференцией этих волн.    Френель предложил оригинальный метод разбиения волновой поверхности S на зоны, позволивший сильно упростить решение задач (метод зон Френеля) Границей первой (центральной) зоны служат точки поверхности S, находящиеся на расстоянии   от точки M (). Точки сферы S, находящиеся на расстояниях  ,  , и т.д. от точки M, образуют 2, 3 и т.д. зоны Френеля.

КВАНТОВАЯ ПРИРОДА СВЕТА. ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ. ЗАКОНЫ КИРГОФА, СТЕФАНА-БОЛЬЦМАНА  И ВИНА.

Свет представляет собой поток частиц (корпускул), которые испускаются источником света. Эти частицы движутся в пространстве и взаимодействуют с веществом по законам механики(ТАКАЯ ЧАСТИЦА В СВЕТЕ НАЗЫВАЕТСЯ ФОТОТН). Теплово́е излуче́ние — электромагнитное излучение с непрерывным спектром, испускаемое нагретыми телами за счёт их тепловой энергии Энергетическая светимость тела   Дж/с·м²=Вт/м² акон Стефана — Больцмана — закон излучения абсолютно чёрного тела. Определяет зависимость мощности излучения абсолютно чёрного тела от его температуры. Формулировка закона: Мощность излучения абсолютно чёрного тела прямо пропорциональна площади поверхности и четвёртой степени температуры тела: Закон смещения Вина даёт зависимость длины волны, на которой поток излучения энергии чёрного тела достигает своего максимума, от температуры чёрного тела. Кирхгоф, опираясь на второй закон термодинамики и анализируя условия равновесного излучения в изолированной системе тел, установил количественную связь между спектральной плотностью энергетической светимости и спектральной поглощательной способностью тел. Отношение спектральной плотности энергетической светимости к спектральной поглощательной способности не зависит от природы тела; оно является для всех тел универсальной функцией частоты (длины волны) и температуры (закон Кирхгофа)

ФОТОЭФФЕКТ

Фотоэффе́кт — это испускание электронов веществом под действием света (и, вообще говоря, любого электромагнитного излучения). В конденсированных веществах (твёрдых и жидких) выделяют внешний и внутренний фотоэффект.  1-го закона фотоэффекта: количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за единицу времени на данной частоте, прямо пропорционально световому потоку, освещающему металл. 2-му закону фотоэффекта, максимальная кинетическая энергия вырываемых светом электронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности. 3-ий закон фотоэффекта: для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, то есть минимальная частота света   (или максимальная длина волны λ₀), при которой ещё возможен фотоэффект, и если  , то фотоэффект уже не происходит. -уравнение эйнштейна для фотоэффета - красная граница света

КЛАССИЧЕСКИЕ  МОДЕЛИ СТРОЕНИЯ АТОМА (ТОМСОНА РЕЗЕРФОРДА)КВАНТОМЕХАОНИЧЕСКАЯ  ТЕОРИЯ ВОДОРОДОПОДОБНОГО ПТОМА  ПО БОРУ. ПОСТУЛАТЫ БОРА.

Модель атома  Томсона модель «Пудинг с изюмом»,  Дж. Дж. Томсон предложил рассматривать атом как некоторое положительно заряженное тело с заключёнными внутри него электронами. Была окончательно опровергнута Резерфордом после проведённого им знаменитого опыта по рассеиванию альфа-частиц.  В 1911 году Эрнест Резерфорд, проделав ряд экспериментов, пришёл к выводу, что атом представляет собой подобие планетной системы, в которой электроны движутся по орбитам вокруг расположенного в центре атома тяжёлого положительно заряженного ядра («модель атома Резерфорда»). Однако такое описание атома вошло в противоречие с классической электродинамикой. ТЕОРИЯ БОРА Атом может находиться только в особенных стационарных, или квантовых, состояниях, каждому из которых отвечает определенная энергия. В стационарном состоянии атом не излучает электромагнитных волн.

Излучение и поглощение энергии  атомом происходит при скачкообразном переходе из одного стационарного состояния  в другое, при этом имеют место  два соотношения:

1)  где   — излучённая (поглощённая) энергия,   — номера квантовых состояний. В спектроскопии   и   называются термами.2)Правило квантования момента импульса:    Далее Бором были получены выражения для радиусов стационарных орбит и энергии электрона на этих орбитах:    м — боровский радиус.    — энергетическая постоянная Ридберга (численно равна 13,6 эВ)

ПОСТУЛАТЫ БОРА: 1)Атом может находиться только в особенных стационарных, или квантовых, состояниях, каждому из которых отвечает определенная энергия. В стационарном состоянии атом не излучает электромагнитных волн.

2)Электрон в атоме, не теряя энергии, двигается по определённым дискретным круговым орбитам, для которых момент импульса квантуется:  , где   — натуральные числа, а   — постоянная Планка. Пребывание электрона на орбите определяет энергию этих стационарных состояний.

3)При переходе электрона  с орбиты (энергетический уровень)  на орбиту излучается или поглощается квант энергии  , где   — энергетические уровни, между которыми осуществляется переход. При переходе с верхнего уровня на нижний энергия излучается, при переходе с нижнего на верхний — поглощается.

СТРУКТУРА АТОМНЫХ УРОВНЕЙ. КВАНТОВЫЕ ЧИСЛА И ЗАПРЕТ ПАУЛИ.

Атомная орбиталь — одноэлектронная волновая функция, полученная решением уравнения Шрёдингера для данного атома^[1], задается главным n, орбитальным l и магнитным mквантовыми числами. Главное квантовое число n может принимать любые целые положительные значения, начиная с единицы (n = 1,2,3, … ∞) и определяет общую энергию электрона на данной орбитали (энергетический уровень) : Квантовое число m_l называют магнитным. Оно определяет пространственное расположение атомной орбитали и принимает целые значения от –l до +l через нуль, то есть 2l+ 1 значений.  Орбитальное квантовое число — в квантовой физике квантовое число ℓ, определяющее форму распределения амплитудыволновой функции электрона в атоме, то есть форму электронного облака. Определяет подуровень энергетического уровня, задаваемого главным (радиальным) квантовым числом n и может принимать значения спиновое квантовое число - квантовое число, определяющее величину спина квантовой системы (атома, иона, атомного ядра, молекулы), т. е. еёсобств. (внутр.) момента кол-ва движения (момента импульса). Спиновый моментимпульса s квантуется: его квадрат определяется выражением  , Принцип Паули можно сформулировать следующим образом: в пределах одной квантовой системы в данном квантовом состоянии может находиться только одна частица, состояние другой должно отличаться хотя бы одним квантовым числом.