§ 133. Фізика і науково-технічний прогрес

Сучасний науково-технічний прогрес характеризується істотно новими взаєминами науки з виробництвом, на базі найновіших відкриттів виникають більш прогресивні технологічні процеси (електрофізичні, електронні, елект­рохімічні, ультразвукові тощо) і нові галузі проми­словості (на основі досягнень ядерної фізики — ядерна енергетика і виробництво радіоактивних ізотопів, на основі досягнень фізики твердого тіла — виробництво напівпро­відникових приладів, синтетичних матеріалів із заздале­гідь заданими властивостями тощо), різко скорочуються строки впровадження наукових відкриттів у виробництво тощо. Сучасна наука настільки тісно зв'язана з вироб­ництвом, що сама стає безпосередньою виробничою силою.

Які ж напрями технічного прогресу є характерними для сучасності? З усієї різноманітності напрямів виді­лимо лише ті, в яких, з одного боку, проявляються революційні процеси, що вносять істотні зміни в характер розвитку цих областей, а з другого — напрями, що само­стійно впливають на все народне господарство і тим самим виступають в ролі прискорювача науково-технічного про­гресу. Природно, що ми розглядатимемо лише ті напрями, які грунтуються на досягненнях фізики.

Енергетика. Істотне значення для розвитку науково-технічного прогресу мав енергетична база техніки. Основ­ним видом енергії нашого часу є електрична. Легкість одержання, передавання й використання — все це зробило електричну енергію найбільш універсальним видом енер­гії. Лише електрична енергія реально дає можливість перейти до широкої автоматизації трудових процесів.

Науково-технічний прогрес привів до більш широкого застосування в технологічних процесах різних властиво­стей електрики (термічних, світлових, електромагнітних тощо), а також до всебічного застосування електричної енергії для керування, для потреб транспорту, зв'язку і в усіх сферах побуту. Цей ріст споживання електроенер­гії спостерігається зараз у всьому світі. Кожні 8—9 років виробництво електроенергії на Землі подвоюється.

Зараз основними напрямами розвитку електроенерге­тики є теплоенергетика й атомна енергетика. Це означав, що для переважної більшості електростанцій, які будува­тимуться, джерелами енергії будуть відповідно хімічна енергія палива і ядерна енергія. Зараз понад 80 % електро­енергії виробляється на теплових електростанціях. їх значення в енергетиці ще тривалий час залишатиметься визначальним.

Важливими тенденціями розвитку теплоенергетики є: використання водяної пари високого тиску й температури, подальше підвищення потужності енергетичних блоків, автоматизація процесів на теплових електростанціях. Одним з найбільш ефективних напрямів розвитку тепло­енергетики є теплофікація, тобто комбіноване вироблення електроенергії і одержання великих кількостей теплоти, що дає можливість значно економніше використовувати паливо.

З часу введення в дію першої атомної електростанції (АЕС) минуло 40 років. За цей час у техніці АЕС сталися великі зміни: різко зросли потужності ядерних реакторів, підвищилися техніко-економічні показники АЕС. Зараз для районів, віддалених від ресурсів хімічного палива, собівартість кіловат-години для АЕС менша, ніж для теп­лових електростанцій. Тому, незважаючи на дещо вищу вартість обладнання для АЕС, їх загальні економічні показники в цих умовах кращі, ніж для теплових електро­станцій. Майже для всіх країн світу, особливо для тих, які не мають достатніх ресурсів хімічного палива, про­грама створення АЕС стала зараз однією з найбільш важ­ливих у розвитку енергетики й економіки в цілому.

Зараз розвиток атомної енергетики відбувається на ос­нові створення ядерних реакторів на теплових нейтронах. До важливих завдань удосконалення ядерних реакторів на теплових нейтронах і розвитку АЕС відносяться: дальше збільшення потужностей реакторів (до 1,5— 2 млн. кВт і, можливо, більше) і турбогенераторів для них; створення високотемпературного реактора (~800—1000 °С і вище), які мають велике значення для поліпшення вико­ристання ядерного палива і застосування ядерної енергії у високотемпературних технологічних процесах тощо.

У розвитку енергетики велике значення має гідроенер­гетика. Велику перевагу гідроелектростанцій (ГЕС) стано­вить невичерпність гідроенергоресурсів, дуже низька собі­вартість виробленої енергії, відсутність шкідливого впливу на навколишнє середовище. Недоліком ГЕС в відносно висока вартість їх спорудження.

Процес електрифікації вимагав високих темпів роз­питку й опрацювання наукових основ енергетики. Розв'я­зання фізико-технічних проблем енергетики дає нові мето­ди перетворення енергії палива в електричну, удоскона­лення методів передавання її на далекі відстані. Це дав можливість будувати як теплові, так і гідравлічні енерго­блоки з величезною одиничною потужністю, яка досягав кількох мільйонів кіловат. Зараз впроваджуються високо­вольтні лінії передач напругою 1 млн. вольт. Досягнення напівпровідникової техніки забезпечують електроенерге­тику потужними перетворювачами енергії, електронними керуючими пристроями.

Перші успіхи досягнуто в пошуках нових методів і спо­собів одержання електроенергії. Зокрема, досягнуто вели­кий прогрес у перетворенні сонячної енергії в електричну, починають застосовуватися магнітогідродинамічні способи генерування електричного струму. Проведені успішні досліди щодо освоєння термоіонного перетворення внут­рішньої енергії в електричну. Велика робота ведеться у всьому світі над проблемою термоядерного синтезу. Можна сподіватися, що до кінця нашого століття буде знайдено практичний розв'язок цієї проблеми і побудовано перші промислові термоядерні реактори.

Радіоелектроніка. Важливим напрямом сучасного науково-технічного прогресу є радіоелектроніка, її технічні засоби та їх застосування в багатьох галузях діяльності людей. Сучасна радіоелектроніка в розвинутою технічною наукою і галуззю техніки, зв'язаною з широким комплексом наукових методів і технічних засобів для запам'ятання, переробки і передачі інформації на основі використан­ня електромагнітних явищ. Важко назвати іншу галузь техніки, яка 6 за своїм впливом на життя і діяльність людини посідала таке важливе місце. Сучасну радіо­електроніку правомірно вважають визначальним напря­мом науково-технічного прогресу.

Радіоелектроніка є основою автоматизації виробничих процесів. Ускладнення сучасного промислового вироб­ництва, всезростаючі взаємозв'язки окремих підприємств між собою вимагають автоматизації багатьох функцій управління. Це можна зробити лише за допомогою елект­ронних автоматизованих систем управління (АСУ), мате­ріальну основу яких становлять електронні обчислювальні машини (ЕОМ). Технічною основою обчислювальних машин є засоби радіоелектроніки.

За коротку історію використання ЕОМ, яка нараховує лише два з половиною десятки років, ці пристрої зазнали

значних змін, змінили три «покоління». Перше поко­ління ЕОМ, створене ка межі 40-х і 50-х рокі?, це гро­міздкі малонадійні лампові пристрої, здатні розв'язувати вузьке коло обчислювальних задач. І все ж саме ці ЕОМ зіграли революціонізуючу роль у техніці інженерних розрахунків і в практиці фізичних досліджень. Однак вони виявилися малоефективними для розв'язання еконо­мічних і управлінських завдань.

На зміну цим ЕОМ у 50-х роках прийшли машини другого покоління, побудовані на капівптювіяни- ках. Вони мали значно менші розміри, відзначалися біль­ шою надійністю в роботі і мали цілком нові можливості, обумовлені їх великою пам'яттю і швидкістю. Нові можли­ вості ЕОМ другого покоління різко розширили коло роз­ в'язуваних задач, дали змогу широко застосувати їх в економіці. Машини другого покоління .цапи можливість провести істотні зміни в Хі> ' ■ - огічних проце­ сів, уперше створи-™ озтодл -ми управ.ііІЕНя виробництвом ( азтоматизузагі: розв'язання ба­ гатьох завдань ;.-:._.і *:и.

У кінці 60-х років почали створюватися машини третього покоління на іктетраль : .>: ^хемах, які за­ мінюють цілі блоки машин одним мікроеког ^:чким елементом. Вони відзначаються ще більшого ні, ю, мають вели-

чезну пам'ять і дуже ви-:сч:у іезкй-.~.<... - . ...араз с лабора­торіях і дослідному виробництві народлостгьея четверте покоління машин з елементного базою на сенові ще більшої інтеграції, а також із застосуванням лазерної техніки і оптоелектроніки.

Зараз ЕОМ знаходять саме широке застосування у всіх сферах науки, техніки й виробництва. Машини третього і частково вже другого покоління зїдтгрил;і зьликі можли­вості в галузі управління виробш-чикл і-пецгг^зє;: для побудови автоматизованих систем у.туі'ЕЛІ^кя (АСУ) в технологічній сфері і в ге лузі адзс:::.етра'ГИЗЕІй. З їх допомогою виконується управління в масштабі цехів, заводів і цілих галу лем.

Застосовуються- ЕОМ і и металообг-^?их верстатах з ігосраздяим управлінням. Викорието" ' спеціальні

ЕОМ ■ ■.-* управління окремими трансп' ;т засобами,

на -т електропоїздами, літаками, кораблями, для

ор..: ,_ї контролю зг г—і----- •! аеропортам па aspo-

дремая.

Розвиток ЕОМ і побудованих на них АСУ поступово веде до того, що вони набувають значення основного засобу

праці, який визначає прогрес у провідних галузях проми­словості. Сфера застосування ЕОМ весь час зростає. Дуже велике значення вони мають і в розвитку науки. Без застосування ЕОМ зараз не обходиться жодне велике до­слідження. Великі можливості відкрилися завдяки ЕОМ перед медициною. Опрацьовані методи використання ЕОМ як діагностів у клінічній практиці. Без ЕОМ неможливі запуски космічних кораблів і супутників. Для виведення на орбіту космічного корабля необхідно за секунди опра­цювати такий великий обсяг інформації, що це під силу лише ЕОМ. Усі дані про політ корабля, про стан бортових систем і самопочуття космонавтів вводяться в бортові об­числювальні пристрої, передаються на Землю і надходять у вигляді команд на виконання в потрібні прилади корабля і наземних комплексів. Усі ці процеси виконуються з величезною швидкістю і високою точністю.

Завдання автоматизації виробництва вимагають ство­рення гнучких, точних і надійних систем контролю і управ­ління різними процесами, які б характеризувалися макси­мальною швидкістю. Крім ЕОМ, в яких елементи електрон­ної техніки займають головне місце, для автоматизації виробництва використовується багато інших радіоелек­тронних пристроїв, оскільки лише вони найбільш повно відповідають усім цим вимогам. Це пояснюється самою фізичною суттю і характером використовуваних у цій галузі явищ, зв'язаних насамперед з безінерційністю електронів і високою швидкістю поширення електромаг­нітних сигналів. Радіоелектронні прилади дають можли­вість реєструвати найтонші зміни параметрів будь-яких процесів, легко вимірювати величини самого різноманіт­ного характеру.

Галузі використання радіоелектроніки надзвичайно широкі. Це і нагрівання речовин у високочастотних елект­ромагнітних полях для термічної обробки: загартування, плавлення, паяння, зварювання тощо. Це й застосування ультразвуку для інтенсифікації різних технологічних процесів: очищення деталей, ударне ультразвукове прити­рання; різання великогабаритних виробів, паяння, зварю­вання тощо. Це й широке застосування радіоелектронної апаратури і електронної техніки для обробки різних мате­ріалів. В останні десятиріччя у різних технологічних про­цесах, зв'язаних з термічним впливом на метал (плавлення металу, свердління і фрезерування, зварювання), викори­стовується енергія електронного променя (потоку електро­нів). Це, нарешті, використання потужних лазерних пучків світла для обробки надтугоплавких, надтвердих і крихких

матеріалів та для іншої мети. Засоби радіоелектроніки дуже широко застосовуються і в транспортній техніці, де без радіонавігації і радіолокації неможливе водіння кораблів і літаків.

Радіоелектроніка, її технічні засоби і методи дослі­джень надзвичайно широко використовуються в інших науках і насамперед у фізиці, хімії, астрономії, біології, медицині. Вона дає можливість розширити межі дослі­дження, вимірювати параметри і величини, які значно виходять за межі можливостей людини. Так, наприклад, лише засобами радіоелектроніки можна фіксувати й ви­мірювати надзвичайно короткі інтервали часу тривалістю порядку, що має дуже важливе значення для ядер-

ної фізики.

Космонавтика. Надзвичайно важливим напрямом науково-технічного прогресу є космічні дослідження, роз­виток космонавтики. З одного боку, освоєння космосу є яскравим проявом грандіозних досягнень усіх галузей науки й техніки, а з другого — сам процес вивчення і осво­єння космічного простору сприяє бурхливому розквіту науки, техніки й виробництва.

Найбільш значний внесок у розвиток космонавтики зробила ракетна техніка, створення потужних ракет-носіїв, здатних виводити в космос супутники і кораблі із складною апаратурою і людьми на борту. Не менш істотно вплинули на прогрес космонавтики успіхи електронної обчислювальної техніки і радіоелектроніки, а також авто­матики. Без приладів радіоелектроніки не можна здійсню­вати багато функцій ракет і космічних апаратів: виведення їх на орбіту, корекція траєкторій, збирання, обробка і пере­дача на Землю інформації.

Важко переоцінити роль і значення штучних супутни­ків Землі в розв'язанні багатьох практичних завдань. Через штучні супутники зв'язку і системи наземних станцій здійснюється телефонно-телеграфний зв'язок і обмін телеві­зійними програмами. Прогноз погоди сьогодні немислимий без метеорологічної інформації, яку дістають за допомогою експериментальної системи «Метеор». Супутники-маяки знайшли застосування в системах навігації.

Автоматизація гаробннщтва. Вище вже говорилося про те, що сучасний технічний прогрес в різноманітних галу­зях поряд з іншими засобами автоматизації все більшою мірою визначається ступенем використання машин (пере­важно ЕОМ), які автоматизують процеси розумової праці. Найбільший ступінь автоматизації спостерігається в енер­гетичній, металургійній, хімічній і нафтопереробній промисловості.

На одному з перших місць за кількістю використову­ваних ЕОМ стоїть енергетика, де досягнута повна автома­тизація управління роботою електростанцій. У металургії важко знайти завод, де б не застосовувалися автоматичні пристрої. Засобами автоматизованого контролю і регулю­вання теплового режиму обладнано практично всі мар­тенівські печі. Широке застосування автоматичних при­строїв різко підвищує продуктивність праці, надійність роботи агрегатів, якість продукції, поліпшує умови праці обслуговуючого персоналу, дає можливість економити пальне, сировину і електроенергію.

Майже в усіх галузях машинобудування спостері­гається перехід на автоматизовані технологічні процеси. Завдяки успіхам електроніки і обчислювальної техніки створено верстати з числовим програмним управлінням (ЧПУ). За певними програмами, записаними на перфо­картах, перфострічках чи магнітних стрічках, вони оброб­ляють деталі практично будь-якої складності профілю. Зараз випускається сотні моделей верстатів з числовим програмним управлінням. Однак, верстати з програмним управлінням лише етап: в майбутньому машинобудування перейде до автоматичних ліній і цехів з числовим програм­ним управлінням.

На транспорті звичним явищем стали автоматичні залізничні сортувальні станції. Поїзди без машиніста сьогодні вже реальність. В авіації вже багато років вико­ристовуються автопілоти. В основному автоматизовані радіолокаційні і автонавігаційні пристрої.

У сільському господарстві створено трактори, які пра­цюють від борозни, заздалегідь проведеної навколо того чи іншого поля, збиральні машини, які орієнтуються під час збирання врожаю по стінці нескошеної культури і авто­матично регулюють швидкість свого ходу тощо. Молочні ферми перетворюються на фабрики, де годівля худоби й очищення стійл виконуються автоматично.

Нові матеріали. Важливий напрям науково-технічного прогресу становлять досягнення в галузі одержання мате­ріалів із заздалегідь заданими властивостями, використан­ня рідкісних елементів. Сучасний прогрес космонавтики, радіоелектроніки, атомної енергетики, авіації, машинобу­дування тощо багато в чому завдячує досягненням у галузі виробництва штучних матеріалів: надтвердих, жароміц­них, антикорозійних тощо; використанню рідкісних мета­лів та їх сплавів. Знання залежності хімічних і фізичних властивостей речовин від їх фізичної структури дає

можливість вченим заздалегідь передбачати майбутні властивості того чи іншого матеріалу і цілеспрямовано синтезувати матеріали із заздалегідь заданими механічни­ми, магнітними, оптичними та іншими властивостями.

Завдяки успіхам фізики і хімії успішно розв'язана проблема синтезу штучних алмазів, що дало змогу по новому поставити багато процесів обробки матеріалів, за­провадити в масове виробництво алмазні інструменти.

Важко переоцінити значення досягнень у виробництві напівпровідникових та інших матеріалів для сучасної радіоелектроніки.

Швидкими темпами зростає виробництво і використан­ня рідкісних металів. Якщо півстоліття назад їх добували в мізерних кількостях лише в окремих лабораторіях, то тепер ці метали перетворилися на обов'язковий конструк­ційний матеріал в атомній енергетиці, авіаційній і ракет­ній техніці, радіоелектроніці, машинобудуванні, приладо­будуванні, хімічній промисловості і виробляються у все зростаючих кількостях.

Ми з вами розглянули дуже коротко найбільш важливі напрями сучасного науково-технічного прогресу, зв'язані з використанням досягнень фізичної науки. Природно, що розповіли тут далеко не про все. Досягнення сучасної фізичної науки широко використовуються не лише в тех-ніці, а й у сільському господарстві, побуті, медицині, біології, хімії тощо. Але й приведені відомості досить переконливо показують, яку величезну роль відіграє фізика в житті сучасної людини.

ЛАБОРАТОРНІ РОБОТИ

1. Вимірювання опору конденсатора в колі змінного

струму

Прилади й матеріали: джерело змінної напруги на 24 В, конденсатор паперовий на 6 мкФ, конденсатор невідомої ємності, міліамперметр змінного струму, вольт­метр змінного струму, з'єднувальні провідники, ключ однополюсний.

Ємнісний опір конденсатора синусоїдальному змінному струмові визначається виразом:

(1)

Скориставшись цим виразом, можна обчислити ефек­тивне значення сили струму, який проходить через кон­денсатор при заданому ефективному значенні змінної

напруги. І, навпаки, за виміряними ефективними значен­нями сили струму і напруги можна обчислити ємність конденсатора. Хід роботи

1. Скласти електричне коло за схемою (мал. 241). По­ дати на обкладки конденсатора змінну напругу 15— 20 В з частотою 50 Гц і виміряти силу струму в колі кон­ денсатора.

2. Обчислити силу струму в колі за формулою (1) і по­ рівняти одержані результати.

3. Увімкнути в електричне коло конденсатор невідо­ мої ємності С.( і виміряти силу змінного струму, який проходить через нього при заданому значенні змінної напруги. Скориставшись виразом (1), обчислити ємність конденсатора.

Контрольні запитання. 1. Чому через конден­сатор проходить змінний струм, а постійний не проходить? 2. Як ємнісний опір конденсатора залежить від його ємності і частоти змінної напруги?

2. Вимірювання індуктивного опору котушки в колі змінного струму

Прилади й матеріали: джерело змінної напруги на 24 В, шкільний розбірний трансформатор, вольтметр і міліамперметр змінного струму, з'єднувальні провідники, ключ однополюсний, вимірювальний міст.

Індуктивний опір котушки змінному струмові з часто­тою v визначається виразом:

Визначення індуктивного опору й індуктивності котуш­ки ускладнюється тим, що поряд з індуктивним опором котушка звичайно має ще й активний опір R. Тому спо­чатку визначають повний опір Z котушки змінному стру­мові, вимірявши ефективні значення змінної напруги на кінцях котушки і сили струму:

Потім, скориставшись виразом, знаходять

індуктивний опір котушки

Значення активногоопору котушки R при цьому треба виміряти в окремому досліді.

Хід роботи

1. Зібрати електричне коло за схемою (мал. 242), вико­риставши обмотку трансформатора на 127 В як котушку індуктивності. Подати змінну напругу 20—30 В і виміряти силу струму в колі. Обчислити повний опір котушки змін-ному струмові за формулою:

2. Вимкнути змінну напругу і виміряти електричний опір котушки за допомогою вимірного моста.

3. За результатами вимірювань повного Z і активного Я опорів котушки обчислити її індуктивний опір й індук­ тивність L.

Контрольні запитання. 1. Яка фізична приро­да індивідуального опору котушки? 2. Чому індуктивний опір котушки зростає із зростанням частоти змінного стру­му? 3. Чому індуктивний опір котушки зростає при вне­сенні в неї залізного осердя?

3. Дослідження електричних кіл з індуктивними,

ємнісними і активними елементами і визначення параметрів цих елементів Прилади й матеріали: прилади для змінного струму — амперметр на б А, вольтметр на 220 В, ватметр на 1 кВт; трансформатор універсальний; батарея конден­саторів ВК-58; з'єднувальні провідники, ключ, електро­піч лабораторна.

Хід роботи. 1. Скласти електричне коло за схе­мою, зображеною на малюнку 243. В коло навантаження увімкнути електропіч і, записавши покази приладів — І, U і Р, знайти за формулою Р= IU cos cp значення Переконатися, що

2. За формулою визначити опір електродечі.

3. З'єднати послідовно з електропіччю обмотку на 120 В універсального трансформатора (ярмо з осердя попе­ редньо знімають), визначити

при С= 0 знаходять

За формулою

4. У коло навантаження увімкнути конденсатор ємні­ стю С = 16 мкФ і переконатися в тому, що

5. Замінити конденсатор ємністю С=16мкФ на по­ слідовно з'єднані електропіч і конденсатор ємністю С= 58 мкФ.

6. Визначити повний опір кола за формулами:

Порівняти одержані результати (вони повинні бути близькими між собою). ЗнайтиПереконатися, що

7. Дослідити закон Ома для електричного кола змін­ного струму. Для цього в коло навантаження увімкнути послідовно з'єднані: електропіч, обмотку на 120 В універ­сального трансформатора і конденсатор ємністю С=

= 58 мкФ. Визначити

Знайти, що(оскільки).

8. Виміряти спад напруги на активному, індуктивному і ємнісному опорах і показати, що загальний спад напруги не дорівнює їх сумі. Зробити висновок.

4. Визначення кількості витків в обмотках трансформатора

Прилади й матеріали: джерело змінного стру­му, вольтметр (або авометр) і дріт для виготовлення додаткової обмотки.

Хід роботи

1. Намотати на ярмо осердя додаткову обмотку, під­ рахувавши ПрИ ЦЬОМУ КІЛЬКІСТЬ її ВИТКІВ Ли.

2. Приєднати трансформатор до джерела змінної на­ пруги так, щоб додаткова обмотка була вторинною.

2. Приєднати трансформатор до джерела змінної на пруги так, щоб додаткова обмотка була вторинною.

3. Виміряти напругуна первинній і— на вто­ ринній обмотках і обчислити коефіцієнт трансформації

4. За відомим коефіцієнтом трансформації обчислити кількість витків первинної обмотки:

5. Для визначення кількості витків у вторинній об­ мотцізнову приєднують трансформатор до джерела струму, зробивши другу обмотку первинною і залишивши вторинною додаткову.

6.Вимірявши напругу на обмоткахобчислити

7. За відомим коефіцієнтом трансформаціїобчис­ лити кількість витківвторинної обмотки:

Для одержання більш точного результату слід провести кілька вимірювань, використавши додаткові обмотки з різною кількістю витків і різні напруги на первинних обмотках.

Примітка. Якщо кількість витків додаткової обмот­ки невелика (ЗО—50), не слід подавати на неї напругу від джерела струму, щоб уникнути пробою трансформатора.

5. Складання транзисторного радіоприймача

Прилади й матеріали: радіонабір для транзи­сторного радіоприймача; джерело живлення для практи­куму ИЗПП-1; антена; заземлення; комплект з'єднуваль­них проводів.

Треба скласти детекторний радіоприймач і прийняти на телефон радіопередачу найближчої радіостанції. Потім скласти підсилювач коливань звукової частоти на транзи­сторах, приєднати його до детекторного приймача і знову прийняти радіопередачу радіостанції.

Хід роботи

1. З лабораторного радіонабору взяти конденсатор змінної ємності, дві контурні котушки для довгих і серед­ніх хвиль, точковий напівпровідниковий діод, телефони і конденсатор ємністю 1000 пФ, змонтований на панелі з двома затискачами і гніздами для телефону.

2. Скласти детекторний радіоприймач за схемою, зо­ браженою на малюнку 244. Паралельно контурній котуш­ ці L для приймання довгих хвиль увімкнути конденсатор змінної ємності С. Паралельно контуру приєднати напів­ провідниковий діод D і панель з конденсатором СІ і гніздами для телефону Т. У контур увімкнути антену А і заземлення 3. У гнізда на панелі вставити кінці провід­ ників від телефону.

3. Налагодити радіоприймач на приймання довго­ хвильової радіостанції. Для цього слід повільно обертати ручку конденсатора змінної ємності. Прослухавши весь діапазон довгих хвиль, у коливальний контур увімкнути котушку для приймання середніх хвиль.

4. До детекторного радіоприймача приєднати підсилю­ вач звукової частоти (мал. 245). Замість панелі з гніздами для телефону увімкнути навантажувальний резистор R1, а паралельно йому — блокувальний конденсатор СЗ, потрібний для замикання на землю високочастотної скла­ дової продетектованого сигналу.

5. Скласти підсилювач звукової частоти на транзисто­ рі, в якого база і колектор з'єднані між собою через рези­ стор R2. Емітерний перехід транзистора приєднати до навантажувального резистора Лі детектора через електро­ літичний конденсатор С4, дотримуючись зазначеної на ньому полярності. У колекторне коло транзистора увімк­ нути електромагнітні телефони разом з блокувальним конденсатором С5. Транзистор живиться через котушки телефонів.

6. До вихідного контуру приймача приєднати антену через конденсатор СІ, який підвищує вибірність і полегшує приймання радіостанцій в умовах значних перешкод.

7. Увімкнути джерело електроживлення. Обертаючи ручку конденсатора змінної електроємності, прийняти радіопередачу працюючих радіостанцій.

Примітка. Під час складання радіоприймачів треба звертати увагу на контактні з'єднання (вони завжди мають бути надійними) і якість з'єднувальних проводів. Під час вмикання транзисторів у коло вивід бази вмикають пер­шим, емітер з'єднують з додатним полюсом джерела стру­му, а колектор — з від'ємним. Джерело електроживлення вмикають останнім, коли радіоприймач уже складено і перевірено за схемою. Усі перемикання слід робити при вимкнутому джерелі електроживлення.

Контрольні запитання. 1. Для чого в коли­вальний контур умикають конденсатор змінної електро­ємності? 2. Яку роль виконує детектор у радіоприймачі? 3. Для чого паралельно телефону вмикають конденсатор постійної електроємності? 4. Які функції може викону­вати транзистор у радіоприймачі?

в. Спостереження інтерференції і дифракції світла

Прилади й матеріали: пластинки скляні — 2 шт., лампочка з прямою ниткою розжарення (одна на клас), засвічена фотоплівка, лезо бритви.

Хід роботи

Спостереження інтерференції світла

1. Дві скляні пластинки добре протерти, скласти разом і стиснути пальцями.

2. Розглядати пластинки у відбитому світлі на темному фоні (розміщувати їх треба так, щоб на поверхні скла утворювались не дуже яскраві відблиски од вікон чи од білих стін).

3. В окремих місцях стикання пластинок спостерігати яскраві райдужні кільцеподібні або неправильної форми смуги.

4. Простежити зміни форми і розташування одержа­ них інтерференційних смут зі зміною товщини повітряного прошарку між ними (зміною натиску на пластинки).

5. Спробувати побачити картину інтерференції в про­ хідному світлі.

Спостереження дифракції світла

1. Зробити лезом у фотоплівці щілину шириною 0,5 мм.

2. Приставити щілину щільно до ока, розмістивши її вертикально.

3. Дивлячись крізь щілину на вертикально розміщену розжарену нитку лампочки, розглянути по обидва боки від щілини райдужні смуги (дифракційні спектри).

4. Зробивши щілину трохи ширшою (порядку 0,8 мм), простежити, як це впливає на дифракційні спектри.

Контрольні запитання. 1. Змочити в мильній воді дротяну рамку і у відбитому світлі розглянути поверх­ню плівки. Пояснити спостережуване явище. 2. Як теорія Гюйгенса — Френеля пояснює дифракцію світла? 3. Чому в дослідах з дифракції світла спостерігають райдужні смуги? Що спостерігалося б при використанні світло­фільтрів?

7. Визначення довжини світлової хвилі за допомогою дифракційної решітки

Прилади й матеріали: прилад для вимірювання довжини світлової хвилі, дифракційна решітка з періодом d = 0,02 (або 0,01 мм), електрична лампа з прямою ниткою розжарення.

Довжина хвилі визначається за формулою

де d — період решітки, п — період спектра, а — кут між нормаллю до дифракційної решітки і напрямом на спектр даного порядку. Оскільки кут а не перевищує 4°, то sin

, де а — відстань від дифракційної решітки

до рухомого екрана, Ь — відстань від прорізу до лінії спектра хвилі, довжина якої визначається (межа спектра). Хід роботи

1. Помістити дифракційну решітку D у рамку приладу і закріпити його в підставці підіймального столика (мал. 246).

2. Дивлячись крізь дифракційну решітку, спрямувати прилад на джерело світла так, щоб його було видно через

вузьку прицільну щілину щитка. При цьому по обидва боки щитка Щ на чорному фоні видно дифракційні спект­ри кількох порядків. У випадку похилого положення спектрів повернути решітку на певний кут до усунення перекосу.

3. За шкалою на щитку визначити червону і фіолетову межі спектрів 1-го і 2-го порядків.

4. За поділками, нанесеними на бруску, визначити відстань від дифракційної решітки до шкали рухомого екрана.

3. Результати вимірювань занести в таблицю:

6. Встановити повзунок з екраном на іншій відстані від решітки і повторити вимірювання.

7. Визначити довжину світлової хвилі для червоних і фіолетових променів за рівнянням, наведеним вище.

8. Визначити середнє значення довжини хвилі для чер­ воної і фіолетової межі спектра.

Контрольні запитання: 1. Як утворюється дифракційний спектр і чим він відрізняється від диспер­сійного? 2. Як впливав період дифракційної решітки на відстань між ділянками дифракційних спектрів?

8. Визначення спектральних меж чутливості ока

Прилади й матеріали: дифракційна решітка з відомим періодом d, електрична лампочка з прямою нит­кою розжарення (одна на клас), мірна лінійка, рулетка, аркуші білого й чорного паперу.

Хід роботи

1. Розмістити лампочку, щілину, решітку і аркуш чор­ ного паперу на одному рівні.

2. Засвітити лампочку і дістати на екрані з чорного паперу суцільний, досить широкий спектр.

3. Виміряти кути для видимих меж — «червоної» і«фіолетової» і обчислити довжини хвиль за формулою:

9. Визначити показник заломлення скла

Прилади й матеріали: лампочка на підставці, батарея акумуляторів, вимикач, скляна пластинка з двома бічними плоскими паралельними гранями, екран з щіли­ною, трикутник, транспортир, папір білий, з'однувальні провідники.

Хід роботи

1. Скласти електричне коло, увімкнувши лампочку до батареї через вимикач.

2. Поставити перед лампочкою екран з щілиною, а за ним покласти аркуш білого паперу.

3. Замкнути електричне коло і дістати яскраву тонку смужху світла на папері (світловий промінь).

4. Покласти поперек смужки світла скляну пластинку.

5. Прокреслити олівцем на папері лінії вздовж залом­ люючих граней і відмітити початок А і кінець В падаючого променя, а також точку С виходу променя із скляної пластинки (мал. 247).

6. Розімкнути електричне коло і зняти пластинку.

7. Накреслити падаючий і заломлений промені і пер­ пендикуляр до пластинки з точці падіння.

8. Виміряти кути падіння а і заломлення р транспор­ тиром.

9. Обчислити показник заломлення за формулою:

10. Повторити дослід прк інших кутах падіння і порів­ няти результати.

11. Зробити висновок про залежність показника залом­ лення від кута падіння.

Контрольні запитання. 1. Чи зміниться показ­ник заломлення, якщо збільшити кут падіння променів? 2: Чи може кут заломлення дорівнювати нулю; бути мен­шим за кут падіння? 3. Який фізичний зміст показника заломлення?

10. Визначення головної фокусної відстані і оптичної сили збиральної лінзи

Прилади й матеріали: збиральна лінза на під­ставці (довгофокусна), ковпачок з чорного паперу на елек­тричну лампочку, на якому вирізана буква «Г», електрична лампочка на підставці, жолоб, екран на підставці, батарея акумуляторів, ключ, з'єднувальні провідники, стрічка з ціною поділки 0,5 см/под, набір діафрагми (щілина, кільце і т. д.).

Хід роботи

1. Записати характеристики стрічки.

1. Скласти електричне коло з лампочки, батареї акуму­ ляторів і вимикача, з'єднаних послідовно.

2. На одному кінці жолоба (оптичної лави) установити лампочку, надівши на неї ковпачок з вирізаною буквою, за ним впритул — лінзу, а на другому кінці жолоба — екран. Джерело світла, лінза та екран мають бути на одно­ му рівні й розміщені так, щоб світло від вікон не попадало на ту поверхню екрана, де одержують зображення.

3. Увімкнувши лампочку, повільно пересувати лінзу до екрана, домагаючись чіткого зображення букви на екра­ ні. (Якщо зображення не утворюється, треба віддалити один від одного екран і дзеркало з буквою.)

4. Виміряти відстані від середини лінзи до предмета і до зображення.

5. Виміряти лінійні розміри букви та її зображення на екрані.

6. Обчислити головну фокусну відстань лінзи за фор­ мулою:

7. Одержати на екранізображення віддаленого джере­ ла світла (наприклад, Сонця), розмістивши лінзу спочатку одним боком, а потім другим перпендикулярно до променів від джерела. Виміряти відстані од лінзи до екрана, які можна вважати головними фокусними відстанями (Fi і F2) лінзи. Порівняти значення F\ і F2 між собою і з результа­ том попереднього вимірювання головної фокусної відстані.

2. Обчислити оптичну силу лінзи за формулою:

Контрольні запитання. 1. Побудувати зобра­ження букви, що на ковпачку, одержане за допомогою лінзи для таких випадків: а); б) ; в);

г); д). 2. Як змінюються відстань / та лінійні

розміри зображення під час переміщення предмета від до?

11. Одержання оптичних зображень за допомогою отвору в непрозорому екрані

Прилади й матеріали: свічка на підставці, елек­трична лампочка, камера-обскура (мал. 248), два картон­них екрани, екран з матовим склом або прозорим папером.

метрова стрічка (чи лінійка) з міліметровими поділками, голка.

Хід роботи

1. Розмістити запалену свічку перед отвором диска і спо­ стерігати її зображення на задній стінці камери-обскури.

2. Повертаючи диск з отворами, дослідити вплив на зображення розмірів отвору.

3. Дослідити зміни в зображенні при зміні відстаней між джерелом світла, отвором і задньою стінкою камери.

4. Повторити дослід з електричною лампочкою.

5. При відсутності камери-обскури розмістити запа­ лену свічку S, картонний екран А і прозорий екран В так, як показано на малюнку 249.

6. Проколоти голкою малий отвір в екрані А на рівні полум'я свічки і спостерігати зображення на екрані В.

7. Проколоти ще один отвір недалеко від першого і спостерігати зображення. Чи залежить одержане зобра­ ження від форми отвору?

8. Дослідити вплив на зображення розмірів отвору.

9. Дослідити, які зміни відбуваються в зображенні при зміні відстаней між джерелом світла й екранами.

12. Визначення роздільної здатності ока

Прилади й матеріали: аркуш білого паперу, аркуш міліметрового паперу, голка, лінійка, екран.

Примітка. Роздільною здатністю ока називають найменший кут, під яким два об'єкти видно роздільно.

Хід роботи

1. Для визначення роздільної здатності ока необхідно мати об'єкт спостереження. В ролі такого об'єкта доцільно взяти аркуш білого паперу з двома крапками на відстані d— 1 мм одна від одної (мал. 250) чи лінійку з мілімет­ ровими поділками. Закріпити цей аркуш (лінійку) вер­ тикально.

2. Виміряти максимальну відстань /, з якої ще можна розрізнити ці крапки.

3. Роздільну здатність ока визначити за формулою:

4. Для дослідженнязалежності роздільної здатності ока від діаметра отвору, чеиез який розглядається об'єкт, у смужці міліметрового паперу голкою проколоти отвори діаметром 0,5 мм, 1 мм, 1,5 мм і т. д. Визначити роздільні здач'ності ока при спостереженні об'єкта через ці отвори.

5. Переконатися, що при зменшенні діаметра отвору зменшується й відстань /, тобто збільшується кут ф.

6. За результатами дослідження побудувати графік залежності роздільної здатності ока від діаметра отвору в екрані.

Контрольні запитання. 1. Чим пояснюється зменшення роздільної здатності ока при його діафрагму­ванні? 2. Чому при збільшенні діаметра отвору понад 2 мм роздільна здатність ока не змінюється?

13. Спостереженая лінійчастого спектра водню

Прилади й матеріали: спектроскоп прямого зору, спектральні трубки з воднем і гелієм, індукційна котушка, випрямляч або акумуляторна батарея на 6 В, з'єднувальні провідники, штатив, реостат на б—10 Ом.

Хід роботи

1. Ознайомитися із спектроскопом прямого зору (мал. 251). Він складається з металевої трубки 1, в якій

міститься призма 7, збирної лінзи 5, закріпленої в рухо­мому тримачі 3 з гвинтом 4, коліматорної щілини 2 і кришки 6 з окулярним отвором.

2. Закріпити спектроскоп у штативі, розмістивши його коліматорну щілину вертикально.

3. Вставити трубку з воднем у тримач приладу для засвічування спектральних трубок і під'єднати прилад до джерела електроживлення напругою близько 6 В. Засвітити спектральну трубку і розглянути лінійчастий спектр випромінювання водню. Замалювати розміщення і колір спектральних ліній водню.

4. Повторити спостереження зі спектральною трубкою, наповненою гелієм. Порівняти утворені лінійчасті спектри випромінювання цих газів між собою.

Контрольні запитання. 1. Чим відрізняються лінійчасті спектри різних газів і пари? 2. Чому отвір коліматора спектроскопа має форму вузької щілини? Чи зміниться вигляд спектра, якщо отвір зробити у формі трикутника?

14. Вивчення треків заряджених частинок за готовими фотографіями

Прилади й матеріали: фотографії треків двох заряджених частинок (мал. 252). Трек / належить протону, трек 77 — частинці, яку потрібно ідентифікувати. Вектор індукції магнітного поля перпендикулярний до площини фотографії. Початкові швидкості обох частинок однакові й перпендикулярні до краю фотографії. Лінійка з ці­ною поділки 1 мм/под, циркуль, аркуш прозорого паперу.

У ході виконання роботи треба ідентифікувати заря­джену частинку за наслідками порівняння її трека з тре­ком протона в камері Вільсона, вміщеної в магнітне поле. Для цього треба порівня­ти її питомий заряд q/m з питомим заря­дом протона. Це можна зробити за допо­могою порівняння радіусів треків ча­стинок на початкових ділянках треків. Справді, для зарядженої частинки, що влітає в магнітне поле перпендикулярно до вектора його індукції, можна записати:

З цієї формули видно, що відношення питомих зарядів частинок обернене до відношення радіусів їх траєкторій.

Хід роботи

1. Накласти на фотографію аркуш про­ зорого паперу і перенести на нього трек.

2. Провести дві хорди (мал. 253) і в їх серединах поставити перпендикуляри. На перетині перпендикулярів лежить центр кола.

3. Виміряти радіуси кривизни треків частинок, перенесених на папір (на їх початкових ділянках).

4. Порівняти питомі заряди частинок і протона. Іденти­фікувати частинку за наслідками дослідження.

Контрольні запитання. 1. Як визначити ра­діус кривизни трека частинки? 2. Чому радіуси кривизни на різних ділянках трека тієї самої частинки різні?

Розділ III. Електромагнітні хвилі і фізичні основи

радіотехніки 100

§ 32. Електромагнітне поле 100

§ 33. Струм зміщення 103

§ 34. Електромагнітні хвилі і швидкість їх поширення 105

§ 35. Рівняння хвилі 107

§ 36. Властивості електромагнітних хвиль (відбивання, заломлення,

інтерференція, дифракція, поляризація) 109

§ 37. Енергія електромагнітної хвилі. Густина потоку випроміню­ вання 115

§ 38. Винайдення радіо 117

§ 39. Принципи радіотелефонного зв'язку. Амплітудна модуляція

і детектування 119

§ 40. Найпростіший радіоприймач 124

§ 41. Радіолокація 126

§ 42. Поняття про телебачення 130

§ 43. Розвиток засобів зв"язку 134

Короткі підсумки й висновки 136

Розділ IV. Світлові хвилі і оптичні прилади 138

§ 44. Світлові хвилі. Швидкість світла 138

§ 45. Інтерференція світла. Когерентність. Спектральний розклад

при інтерференції 141

§ 46. Способи спостереження інтерференції світла 144

§ 47. Інтерференція в тонких плівках 147

§ 48. Практичні застосування інтерференції світла 149

§ 49. Стоячі світлові хвилі 152

§ 50. Дифракція світла 154

§51. Принцип Гюйгенса — Фреиеля. Метод зон Фрежвля. . . . .156 § 52. Дифракційна решітка 161

Вправа 5 163

§ 53. Дифракційний спектр , 163

§ 54. Визначення довжини світлової хвилі 165

§ 55. Поняття про голографію , . 166

§ 56. Поляризація світла 169

§ 57. Дисперсія світла 174

§ 58. Спектроскоп 177

§ 59. Спектри випромінювання 178

§ 60. Спектри поглинання 180

§ 61. Спектральний аналіз . , 181

§ 62. Поглинання світла , 182

§ 63. Інфрачервоне і ультрафіолетове випромінюваній 186

§ 64. Рентгенівське випромінювання 188

§ 65. Шкала електромагнітних хвиль 189

§ 66. Геометрична оптика як граничний випадок хвильової

оптики 191

§ 67. Закони геометричної оптики .193

Вправа 6 199

§ 68. Принцип Ферма 199

§ 69. Плоске і сферичне дзеркало 203

Вправа 7 210

§ 70. Повне відбивання 210

Вправа 8 213

§ 71. Лінза. Формула тонкої лінзи. Збільшення лінзи 213

Вправа 9 218

§ 72. Побудова зображень у лінзах 218

§ 73. Сферична і хроматична аберація 221

§ 74. Оптичні системи 224

§ 75. Око як оптична система 227

§ 76. Дефекти зору. Окуляри 230

§ 77. Світловий потік. Сила світла 231

§ 78. .Освітленість. Закони освітленості 233

Вправа 10. . .' 235

§ 79. Суб"єктивні і об'єктивні характеристики випромінювання . . 236 § 80. Оптичні прилади 239

Вправа 11 ; . 246

§ 81. Роздільна здатність оптичних приладів 247

Короткі підсумки й висновки 251

Розділ V. Елементи теорії відносності 255

§ 82. Принцип відносності Ейнштейна 255

§ 83. Релятивістський закон додавання швидкостей 258

§ 84. Маса й імпульс в теорії відносності 260

§ 85. Закон взаємозв'язку маси й енергії 262

Короткі підсумки й висновки 264

К пантова фізика 265

Розділ VI. Світлоаі кванти. Дії світла 265

§ 86. Виникнення вчення про кванти 265-

§ 87. Фотоелектричний ефект і його закони 268

§ 88. Рівняння Ейнштейна. Кванти світла 272

Вправа 12 274

§ 89. Фотоелементи та їх застосування 275

§ 90. Фотон 279

Вправа 13 280

§ 91. Ефект Комптона 280

§92. Дослід Боте 283

§ 93. Тиск світла . . . . .' 284

§ 94. Хімічна дія світла та її застосування 286

§ 95. Корпускулярно-хвильовий дуалізм 288

Короткі підсумки й висновки 289

Розділ VII. Фізика атома 290

§ 96. Досліди Резерфорда. Ядерна модель атома 290

§ 97. Закономірності в атомяому спектрі водню 295

§ 98. Квантові постулати Бора 296

Вправа 14 299

§ 99. Експериментальне підтвердження постулатів Бора. Успіхи

і труднощі теорії Бора 299

§ 100. Гіпотеза де Бройля. Хвильові властивості електрона .... 303