Шпаргалка по "Физике"

 Билет 1 Вопрос 35 Магнитное поле и его характеристики

 В результате многочисленных экспериментальных  исследований (Эрстед, Ампер и другие) было установлено, что проводники с  током проявляют свойства, близкие  свойствам постоянных магнитов. Подобно  магниту, проводник с током оказывает  ориентирующее действие на магнитную  стрелку. Подвешенная на тонкой нити катушка с током ориентируется, как и стрелка компаса, вдоль  магнитного меридиана Земли. Опытным  путем можно удостовериться, что  взаимодействие двух катушек с током  тождественно взаимодействию двух прямых магнитов. По этой причине взаимодействие проводников с током называют магнитным взаимодействием. Это взаимодействие не может быть обусловлено электрически полем, поскольку проводники с током электрически нейтральны. Его можно объяснить, если предположить, что токи порождают в окружающем пространстве особый вид материи – магнитное поле, посредством которого и осуществляются взаимодействия между проводниками с током. Поскольку электрический ток обусловлен движением заряженных частиц, отсюда следует, что магнитное поле порождается движущимися зарядами и действует только на движущиеся заряды. Для описания магнитного поля вводится векторная характеристика, которая называется индукцией магнитного поля (магнитной индукцией) и обозначается буквой . Экспериментально установлено, что для магнитных полей, как и для электрических, выполняется принцип суперпозиции: при наложении нескольких магнитных полей индукция результирующего поля равна векторной сумме индукций этих полей: Поскольку магнитное поле действует на токи, это поле можно исследовать с помощью очень малых контуров (петель) с током. Ориентацию такого малого плоского контура с током в пространстве будем описывать, указывая направление положительной нормали к контуру (т.е. нормали, связанной с направлением тока в контуре правилом правого винта), как показано на рис 1.1. Если такой пробный контур с током поместить в магнитное поле, он установится положительной нормалью в некотором направлении. Это направление и принимается за направление вектора магнитной индукции в той точке пространства, в которую помещен пробный контур. Если после этого контур повернуть, то возникает вращающий момент, который стремится вернуть контур в исходное равновесное положение. Величина этого момента максимальна, когда . Кроме того, величина вращательного момента М пропорциональна произведению IS, где I – сила тока в контуре,S – его площадь. Опыт свидетельствует, что величина отношения

  (1.2)

 не зависит  от формы контура, площади и силы тока и является характеристикой  поля в данной точке. Оно принимается  в качестве модуля вектора  .

       Единицей  магнитной индукции является тесла (Тл).

 Вопрос  70 Колебательный контур. Свободные электрические колебания. Системой, в которой могут происходить собственные электромагнитныеколебания, является колебательный контур, представляющий собой последовательно соединенные конденсатор емкостьюС, катушку индуктивности L и резистор с активным сопротивлением R. Контур обладает энергией электрического поля и энергией магнитного поля катушки индуктивности: . Т.кв идеальном контуре мы пренебрегаем потерями энергии, из закона сохранения энергии имеем: ,отсюда находим максимальное значение силы тока в контуре: Электромагнитными колебаниями называют периодическое изменение произвольных величин (токов, зарядов, напряжений), характеризующих процессы, протекающие в цепях переменного тока. Электромагнитные колебания, протекающие в результате процессов, происходящих в самой цепи без влияния на нее извне, называются собственными электромагнитными колебаниями. Собственные электромагнитные колебания протекают в цепях, не содержащих источников переменного тока. Электромагнитные колебания возникают по причине явления самоиндукции.

 Білет 2 Вопрос 17

 Энергия конденсатора. W=CU²\2. dA=dqU;dq=CdU; dA=CUdU; W=CU²\2

 U=c\q, то W= qu\2 Энергияэл.поля E=qU

 Вопрос 45

 Поскольку всякий ток есть направленное движение заряженных частиц, отсюда следует , что на движущуюся в магнитном поле заряженную частицу  действует сила ЛоренцаF=qVBsin(V,B) Сила Лоренца всегда перпендикулярна скорости частицы. При движении в стационарном магнитном поле не изменяется кинетическая энергия частицы, а ее скорость меняется только по направлению. Направлениеопределяется по правилу буравчика.

 При движении частицы модуль ее скорости остается неизменным, неизменным остается и  величина силы Лоренца. Эта сила будет  центростремительной, движение будет  по окружности (перпендикулярно влетающая  частица). Радиус этой окружности, приравнивая  центростремительную силу силе Лоренца  будет равен r = Если частица имеющая начальную скорость влетает в магнитное поле под некоторым углом к магнитной индукции В, то V можно разложить на две составляющие параллельную Перпендикуляр. При парал. Движении изменяться не будет, а перпендик. Составляющая скорости будет менять лишь направление, по величине оставаясь равной Частица будет двигаться по спирали.

 Білет 3

 Вопрос 41 З-н Ампера

 На элемент  тока, находящегося в магнитном поле действует сила F=IBlsinα. Пименяется для определения силы взаимодействия двух токов. Сила действующая на элемент тока, всегда перпендикулярна элементу тока и вектору магнитной индукции. Направление F можно определить с помощью правила левой руки. В-в ладонь,I-4 пальца, F-большой палец.

 Вопрос 11

 Диэлектрики –  вещества плохо проводящие ток, т.к. они не имеют свободных молекул. Молекулы плотно связаны с самим  зарядом. Диэлектрики бывают полярные(центры зарядов не совпадают ) и неполярные( центры зарядов не совпадают) Дипольные моменты. Диполь – два точечных заряда находящихся на расстоянии друг от друга. p=ql – дипольный момент(основнаяхарактеристика диполя) Однородное поле: силы стремятся сорентировать диполь по полю M=qElsinα; Eq=-Eq но противоположны по направлению. Неоднородное поле: Eq не равно –Eq и не равно 0. Диполь сорентирован по полю.

 Билет 4 Вопрос 25

 Рассмотрим  вырывание электронов из находящегося в вакууме куска металла. Электроны  проводимости удерживаются внутри металла  вследствие того, что вблизи поверхности  на электроны не действуют силы, направленные вглубь металла. Чтобы  электрон мог покинуть металл, нужно  совершить работу против этих сил. Эта  работа называется работой выхода электрона  из металла. Она различна для разных металлов. Наличие этой работы показывает, что в поверхностном слое металла  существует электрическое поле, препятствующее выходу электрона. Следовательно в  этом слое потенциал изменяется на некоторую величину которая также является характеристикой металла. Она называется поверхностной разностью потенциала, связана с работой выхода соотношением

 Условие выхода электрона из металла: Работа выхода электрона из металла имеет величину в несколько электронвольт. 1 электронвольт – энергия, которую приобретает электрон, пройдя ускоряющую разность потенциалов в 1 В. 1 эВ= 1,6*10^-19 Дж. Приведём в соприкосновение два различных металла, имеющих одинаковую температуру. Электроны проводимости будут диффундировать из одного металла в другой. Поскольку их концентрация в проводниках различна, потоки электронов будут различны и металл с большей концентрациейэлектронов будет заряжаться положительно, а с меньшей – отрицательно. В результате между проводниками возникнет разность потенциалов и появиться поле, препятствующее движению электронов от металла с большей концентрацией к металлу с их меньшей концентрацией. При достижении некоторой равности потенциалов U_имежду металлами установиться равновесное состояние системы электронов. Эта разность и называется внутренней контактной разностью потенциалов. Электрическое поле, порождаемое контактной разностью , сосредоточено в тонком пограничном слое между проводниками.

 Вопрос 58 Энергия магнитного поля.

 Проводник по которому течет ток, всегда окружен магнитным полем, причем магнитное поле появляется и исчезает вместе с появлением и исчезновением тока. Магнитное поле является носителем энергии. Энергия магнитного поля равна работе, которая затрачивается током на создание этого поля.

 Рассмотрим  контур индуктивностью L, по которому течет  ток I. С данным контуром сцеплен  магнитный поток (см рис) Ф=LI,причем при изменении тока на dI магнитный поток изменяется на dФ=LdI. Однако для изменения магнитного потока на величину dФ необходимо совершить работу dA=IdФ=LIdI. Тогда работа по созданию магнитного потока Ф будет равнаA= интегралу от 0 до ILIdI=LI²/2.Энергия магнитного поля связанного с контуром равна W=LI²/2 .

 Энергия магн. поля локализована в пространстве.Энергиямагн. поля можно представить как функцию величин, характеризующихэто поле в окружающем пространстве.Расмотримчастнсл – однородное магн поле внутри длинного соленоида. Подставив в формулу W=LI²/2выражение L=μμ0N²S/ℓ, получим W= μμ0N²I²S/2ℓТак как I=Bℓ/(μμ₀N ) и B=μμ₀H, то W=B²V/2μμ₀=BHV/2, где ℓS=V – объем соленоида.магн. поля соленоида однородно и сосредоточено внутри его , поэтому энергия заключена внутри соленоида и распределена в немс постоянной объемной плотностью: ω=W/V=B²/2μμ₀= μμ₀H²/2=BH/2 

 Билет 5 Вопрос 3 Работа электрического поля. Разность потенциалов.

  На электрический  заряд q со стороны поля, созданного  зарядом Q,действует кулоновская  сила. Поэтому при перемещении  заряда q в поле совершается работа, величина которой определяется  выражением dA = Fldlcosa, где a - угол между направлениями силы и перемещения .Учитывая, что Fcosa = Fl имеем dA = Fldl. Для нашего случая F = qE;

 A₁₂(L₁) – A₂₁(L₂) = q ( ∫ E* dℓ₁-∫ E* dℓ₂ ) = q ( ∫ E* dℓ₁+ ∫ E* dℓ^’₂) =q .  Так каквыражение в скобках последнего выражения есть равная нулю циркуляция вектора напряженности эл. Поля, то А₁₂(L₁)= А₁₂(L₂) Разностью потенциалов(напряжением) между двумя точками в электростатическом поле называется работа, совершаемая полем при перемещении единичного полож. заряда между этими точками: U₁₂=∫ E*dℓ Если разность потенциалов точек известна, легко найти работу, совершаемую силами поля при перемещении произвольного зарядаq между этими точками: A₁₂=q*U₁₂

 Потенциал –  величина скалярная, он удовлетворяет  принципу суперпозиции, т.е. потенциал  от суммы зарядов равен сумме  потенциалов от каждого заряда в  отдельности. Единица напряжения: А=1Дж, q=1Кл U₁₂=1 Дж/Кл - Вольт. При перемещении произвольного заряда q величина совершаемой работы увеличивается в q раз.Работа через изм. Потенц. Энергии :A₁₂=q(φ₁- φ₂)=qφ₁-qφ₂=П₁-П_2.

 Вопрос 60 Уравнения Максвелла в интегральной форме Выпишем уже известные нам соотношения, определяющие поток и циркуляцию основных ( ) и вспомогательных ( ) характеристик электрического и магнитного поля:

  (1.107)

 Эти соотношения  были положены Максвеллом в основу электродинамики – единой теории электрических и магнитных явлений, и называются уравнениями Максвелла в интегральной форме. Одних уравнений Максвелла недостаточно для нахождения характеристик поля по заданным распределениям плотности свободных зарядов r и плотности тока проводимости . Их еще необходимо дополнить соотношениями, связывающими , , :

  (1.108)

 где s – удельная проводимость вещества. Эти соотношения называют материальными уравнениями. Дополненная материальными уравнениями, система уравнений Максвелла описывает всю совокупность электромагнитных явлений в неподвижных средах.

 Билет 6 Вопрос 40 Магнитное поле соленоида

 Соленоид представляет собой полый цилиндр, на который  плотно намотан провод. если витки соленоида плотно прилегают друг к другу, а длина значительно превышает его поперечные размеры, картина линий магнитной индукции поля соленоида при пропускании через него тока выглядит так рис. 1.12. Внутри соленоида поле однородно везде, кроме областей вблизи его краев. Индукция магнитного поля вне соленоида значительно меньше по модулю индукции поля внутри соленоида. Поскольку линии магнитной индукции всегда замкнуты, число линий внутри соленоида равно числу линий, проходящих снаружи. Но снаружи линии распределены по всему неограниченному пространству вне соленоида, поэтому их густота гораздо меньше. алгебраическая сумма токов, пронизывающих контур L, равна SI_k = n×l×I.гдеl – длина стороны контура, параллельной . Пренебрегая индукцией поля вне соленоида учитывая, что на боковых сторонах контура (поэтому ), будем иметь B×l = m_o×n×l×I откудаB = m_o×n×I. индукция магнитного поля внутри соленоида определяется величиной nI, которая называется числом ампер-витков на метр.