Явление самоиндукции. Индуктивность. Энергия магнитного поля
Самоиндукция – частный случай электромагнитной индукции.
Самоиндукцией называется явление возникновение индукционного тока в цепи при резком изменении основного тока в цепи
Л1- лампочка загорается мгновенно
Л2 – лампочка запаздывает (загорается и гаснет не мгновенно)
|
|
Катушка ( 
) – это устройство, содержащее некоторое количество витков, которые изолированы друг от друга (лаком) и железного сердечника (в некоторых случаях). Свойство катушки характеризуются индуктивностью.
Железный сердечник – выполнен из листовой электротехнической стали, листы изолированы друг от друга (лаком). Это сделано, что бы избежать появления вихревых магнитных полей, которые приводят к перегреву сердечника, сбоев в работе с катушкой и не экономии электроэнергии.
Индуктивность ( [L]=Гн – генри)- это физическая величина, характеризующая способность контуров с током и окружающей их среды накапливать магнитное поле. Зависит от размеров витков, их количества и наличия железного сердечника.
, где L- коэффициент пропорциональности, n – количество витков катушки, I – сила тока, t- время протекания тока.
Учет самоиндукции в технике: при быстром изменении тока в цепях, содержащих катушки индуктивности (двигатели, генераторы, трансформаторы), например при обрыве цепей, возникает ЭДС индукции, она может достигать очень больших значений – в результате: пробой изоляции. Это учитывается в эл.цепях
Катушки – это источники магнитного поля. Магн. поле обладает энергией.
Доказательство: при замыкании цепей ток постепенно нарастает до определенного значения Imax, то есть совершается работа. Для совершения любой работы необходима энергия.
Энергия магн.поля определяется формулой: 
19/2. Качественные задачи по теме «Законы термодинамики».
1) Почему при быстром сжатии газа он нагревается?
2) Почему при быстром расширении газа он охлаждается?
3) Почему повышается давление газа при его нагревании в закрытом сосуде?
Билет 20
15. Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. Колебательный контур. Превращение энергии при электромагнитных колебаниях.
Колебание – это процесс (движение), которое повторяется через определенный промежуток времени.(например: колебание листьев и деревьев во время ветра, биение сердца, колебание качелей, колебание тела на пружине, колебание струны, колебания поршня в цилиндре, колебания шарика на нити)
Электромагнитное колебание - это периодическое изменение магнитного и электрического полей.
Виды колебаний:
1. Свободные колебания – это колебания, совершенные после действия внешней силы. Являются затухающими. (Эл. колебания, возникающие при разрядке конденсатора. Период колебаний равен Т=10-6с.)
2. Вынужденные колебания – это колебания, которые совершаются под действием внешней периодической силы. (Работа генератора эл тока)
Механические колебательные системы известны: колебание тела на пружине (автомобиль на рессорах) и колебание шарика на нити (маятник часов).
Примером электромагнитной колебательной системы является КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР.
Электрическая цепь, состоящая из конденсатора и катушки, в которой могут происходить свободные электрические колебания, называется колебательным контуром.
 | |||||
| | | ||||
|
Подтверждается фундаментальный закон физики: энергия никуда не исчезает и ни из чего не возникает, а переходит из одного вида в другой.
20/2. Экспериментальное задание по теме «Динамика»: построение графика зависимости силы упругости от удлинения (для пружины или резинового образца).
Измеряя динамометром силу упругости при различных удлинениях пружины, сделать таблицу:
| Удлинение,м | ||||
| Сила упругости, Н |
По таблице построить график.
БИЛЕТ 21
Электромагни́тное по́ле — фундаментальное физическое поле, взаимодействующее с электрически заряженными телами, а также с телами, имеющими собственные дипольные и мультипольные электрические и магнитные моменты. Представляет собой совокупность электрического и магнитного полей, которые могут, при определённых условиях, порождать друг друга, а по сути являются одной сущностью, формализуемой через тензор электромагнитного поля.
Электромагнитное поле (и его изменение со временем) описывается в электродинамике в классическом приближении посредством системы уравнений Максвелла. При переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой электрическое и магнитное поле в новой системе отсчета — каждое зависит от обоих — электрического и магнитного — в старой, и это ещё одна из причин, заставляющая рассматривать электрическое и магнитное поле как проявления единого электромагнитного поля.
Электромагни́тное излуче́ние (электромагнитные волны) — распространяющееся в пространстве возмущение (изменение состояния) электромагнитного поля.
Среди электромагнитных полей вообще, порожденных электрическими зарядами и их движением, принято относить собственно к излучению ту часть переменных электромагнитных полей, которая способна распространяться наиболее далеко от своих источников — движущихся зарядов, затухая наиболее медленно с расстоянием.
Электромагни́тное излуче́ние ПОДРАЗДЕЛЯЕТСЯ НА:
-радиоволны (начиная со сверхдлинных),
-терагерцовое излучение,
-инфракрасное излучение,
-видимый свет,
-ультрафиолетовое излучение,
-рентгеновское излучение и жесткое (гамма-излучение)
Применение: 1) Радиосвязь; 2) Медицина, безконтактный нагрев; 3) трудно сказать где оно не ипользуется; 4) искуственный загар, искуственное освещение для растений; 5) медицина, дефектоскопия.
Свойства: всем электромагнитным излучениям в той или иной свойственны интерференция, дифракция, преломление, и др. Однако, у высокоэнергетического ЭМ-излучения (экстремальный УФ и выше) эти свойства менее выражены.
21/2. Качественные задачи по теме «Строение газов, жидкостей и твердых тел».
1. Почему газы легко сжимаются, а жидкости нет?
2. Почему при движении автомобиля давление в камере колеса увеличивается?
Билет № 22
1. Опыты Резерфорда по рассеянию альфа-частиц. Ядерная модель атома. Квантовые постулаты Бора. Лазеры. Испускание и поглощение света атомами. Спектры.
В науке очень долго считалось, что Атом – это наименьшая, НЕДЕЛИМАЯ частиц ве-щества.
1.Первым, кто нарушил эти представления был Томсон: он считал, что атом – это некая положительная субстан-ция, в которую «как изюминки в кекс» вкраплены элек-троны. Важность этой теории – то, что атом перестали признавать неделимым
2. Резерфорд поставил опыт по рассеиванию альфа-частиц. Радиоактивным веществом бомбардировались тяжелые элементы (золотая фольга).
Резерфорд ожидал увидеть светящиеся круги, а увидел светящиеся кольца.
Объяснение Резерфорда: в центре атома находится весь положительный заряд, а электроны ни оказывают ника-кого влияния на поток альфа-частиц.
3. Планетарная модель атома водорода по БОРУ
Квантовые постулаты Бора: 1. Электрон, вращаясь по стационарной орбите энергии не из-лучает. 2. Поглощая или излучая энергию электрон соответственно поднимается на более дальнюю о ядра орбиту (уровень), либо опускается на более близкий к ядру уровень.
Поглощение света
Вынужденное излучение
Спонтанное излучение
Излучая порцию энергии (видимой) атом дает только ему присущий набор длин волн – спектр.
Виды спектров:
1. Спектр излучения (испускания): (дают тела в нагретом состоянии)
а) Сплошной – дают все атомы в твердом, жидком состоянии или плотные газы
б) Линейчатый – дают атомы в газообразном состоянии
2. Спектр поглощения: если через вещество пропустить свет, то это вещество будет поглощать именно те волны, которые излучает в нагретом состоянии (на сплошном спектре появляются темные полоски)
Спектральный анализ – это метод определения химического состава вещества по его спектру излучения или поглощения.
Метод основан на том, что каждому химическому элементу присущ свой набор длин волн.
Применение спектрального анализа: в криминалистике, медицине, в астрофизике.
Спектрограф – это прибор, для проведения спектрального анализа. Спектроскоп отличает-ся от спектрографа тем, что с помощью него можно не просто наблюдать за спектрами, но и сделать фотографический снимок спектра.
22/2. Лабораторная работа «Расчет общего сопротивления двух последовательно соединенных резисторов».
Чтобы вычислить сопротивление необходимо знать силу тока через резистор и напряжение на нем. Для измерения этих величин можно собрать следующую цепь:
Сопротивление находим по формуле:
U
R = R1 + R2 = ---
I
где U и I - напряжение и сила тока, измеренные приборами.
23/1 Квантовые свойства света. Фотоэффект и его законы.
Применение фотоэффекта в технике.
ЯВЛЕНИЕ ВЫРЫВАНИЯ ЭЛЕКТРОНОВ ИЗ ВЕЩЕСТВА ПОД ДЕЙСТВИЕМ СВЕТА НАЗЫВАЕТСЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ЭФФЕКТОМ или ФОТОЭФФЕК-ТОМ. Фотоэффект был открыт Герцем в 1887 г. Количественные закономерности фото-эффекта были установлены выдающимся русским физиком Столетовым. Он открыл три закона фотоэффекта:
1. Сила тока насыщения, т.е. количество электронов, вырываемых светом с поверх-ности металла за секунду, прямо пропорционально падающему световому потоку.
2. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с часто-той света и не зависит от падающего светового потока.
3. Если частота света меньше некоторой определенной для данного вещества мини-мальной частоты, то фотоэффект не происходит ("красная граница фотоэффекта").
Эти законы, открытые экспериментально, не удавалось объяснить на основе элек-тромагнитной теории света. Сделать это смог в 1905 г. Альберт Эйнштейн на основании квантовых представлений о природе света.
Согласно квантовым представлениям свет - это поток частиц - фотонов (световых квантов). Энергия одного фотона равна:
E = h ,
где h = 6,62.10-34 Дж.с - постоянная Планка;
- частота света, Гц.
На основе представлений о фотоне как частице, которая может излучаться или поглощаться как единое целое, явление фотоэффекта получает простое объяснение: поглощая один фотон, электрон внутри фотокатода увеличивает свою энергию на величину энергии фотона. Если она больше работы выхода
h > A
то электрон может покинуть фотокатод, а оставшаяся часть энергии перейдет в кинетиче-скую энергию электрона:
mV2
h = A + -----
Это соотношение называется УРАВНЕНИЕМ ЭЙНШТЕЙНА ДЛЯ ФОТОЭФФЕКТА. Таким образом, удалось объяснить линейную зависимость максимальной скорости фо-тоэлектронов от частоты.
Красная граница фотоэффекта объясняется тем, что электрон не может покинуть фотокатод, если энергия фотона меньше работы выхода. Минимальная частота, при ко-торой начинается фотоэффект, равна:
A
min = ----
h
Фотоэффект позволил создать фотоэлементы - устройства, ток в которых возникает при их освещении. Фотоэлементы используются в киноустановках для воспроизведения звука, в устройствах автоматики, в метро.
2. Качественные задачи по теме «Электрический ток».
Как изменяется сопротивление полупроводников при нагревании? (уменьшается, так как рвутся связи между атомами) Как изменяется сопротивление полупроводников при освещении? Приведите примеры.
Теорию см. в билете 17/1.
Билет 24