- •Общая физика
- •§ 1. Кинематика материальной точки и поступательного движения твердого тела
- •II закон Ньютона. Ускорение, приобретаемое материальной точкой (телом) пропорционально вызывающей его силе, совпадает с нею по направлению и обратно пропорционально массе материальной точки (тела).
- •III закон Ньютона. Силы, с которыми действуют друг на друга тела, равны по модулю и противоположены по направлению.
- •2.2. Закон сохранения импульса (количества движения)
- •2.3. Энергия, работа, мощность
- •2.4. Закон сохранения и превращения энергии
- •2.5 Тяготение
- •2.6. Механика вращательного движения
- •Момент инерции, момент силы, момент импульса.
- •И вращательном движениях
- •2.7.Колебания и волны Механические колебания, математический маятник
- •2.8. Границы применимости законов классической механики и элементы специальной теории относительности
- •§ 1. Параметры термодинамических систем (параметры состояния)
- •§ 2. Законы идеальных газов
- •§ 3. Уравнение состояния реальных газов
- •Уравнение ван-дер-ваальса или уравнение состояния реальных газов
- •§4. Основы термодинамики.
- •Кинетической теории идеальных газов
- •Наиболее вероятная (максимальная)
- •§1. Электрическое поле
- •§1.1. Силовые характеристики электрического поля
- •§1. 2. Энергетические характеристики электрического поля
- •§1.3. Диполь
- •§1.4. Проводники в электрическом поле
- •§1.5. Диэлектрики в электрическом поле
- •§1.6. Электроемкость
- •§1.7. Конденсаторы
- •§1.8. Энергия электростатического поля
- •§2.1. Электродвижущая сила (эдс) (e ) источника
- •§2.2. Закон Ома для постоянного тока
- •§2.3. Закон Джоуля-Ленца
- •§2.4. Правила Кирхгофа (1847г.)
- •§2.5. Зонная теория
- •Гл. 3 электромагнетизм
- •§3.1. Характеристики магнитного поля
- •И мп на оси кругового тока.
- •§3.2. Вещество в магнитном поле
- •§3.3. Рамка с током в магнитном поле (Применения закона Ампера)
- •§3.4. Сила Лоренца
- •§3.5. Движение заряженных частиц в электрическом поле
- •§3.6. Движение заряженных частиц в магнитном поле
- •§ 3.7. Электромагнитная индукция: Закон Фарадея − Ленца
- •§3.8. Закон Ома для полной цепи
- •§3.9. Индуктивность, самоиндукция, взаимная индукция
- •1 Гн индуктивность такого контура, магнитный поток самоиндукции которого при токе 1 а равен 1 Вб.
- •§3.10. Энергия магнитного поля
- •§4.1. Полное сопротивление цепи при переменном токе.
- •§4.2. Резонанс
- •Шкала электромагнитных волн
- •§1.1. Поглощение света (Закон бугера)
- •§1.2. Законы геометрической оптики
- •§1.3. Формула призмы
- •§1.4. Линзы
- •Характер изображения собирающей линзы
- •§1.5. Аберрации или погрешности оптических систем
- •§2. Волновая оптика
- •§2.1. Интерференция света
- •§2.2. Дифракция света
- •РешеткаУсловияУсловия§2.3. Дисперсия света и спектральный анализ
- •§ 2.4. Поляризация света
- •Объяснение законов отражения и преломления с точки зрения волновой теории
- •§1. Тепловое излучение
- •Закон Стефана - Больцмана. Полная (по всему спектру) излучательная способность абсолютного черного тела прямо пропорциональна четвертой степени его абсолютной (термодинамической) температуре т:
- •§ 2. Фотоэффект
- •§ 3. Строение вещества
- •§ 3.1. Модели атома Резерфорда
- •§ 3.2. Постулаты Бора
- •§ 3.3. Правила отбора Паули, квантовые числа и таблица Менделеева
- •Периодическая система элементов Менделеева и распределение электронов по подоболочкам
- •§ 3.4. Радиоактивность
- •Закон радиоактивного распада
- •§ 3.5. Физика атомного ядра
- •§ 3.6. Элементарные и фундаментальные частицы
- •Классификация частиц
- •§3.7. Волновые свойства микрочастиц
- •§3.8. Соотношение неопределенности Гейзенберга
- •§3.9. Основы квантовой механики.
- •Основная литература
- •Вспомогательная литература
- •Контрольные вопросы по физике Трофимова т.И., Курс физики, «Высшая школа»,2000г.
- •Применение первого начала термодинамики к термодинамическим изопроцессам
- •Приложение к теме «Оптика» основные фотометрические величины и их единицы
§4.1. Полное сопротивление цепи при переменном токе.
При переменном токе полное сопротивление цепи, где присутствуют активное, индуктивное и емкостное сопротивления, зависит от того, как соединены эти электрические элементы − резистор, катушка и конденсатор.
При их последовательном соединении общее напряжение складывается из падений напряженностей на резисторе, на катушке и на конденсаторе. Вследствие наличия разности фаз между UL, UC и током I, эти напряжения должны складываться между собой векторно (т.е. геометрически).
UR=IR, UL=IXL, UC=IXC,
обобщенный закон Ома для цепи переменного тока,
где X=XL−XC= , реактивное сопротивление, а
−полное сопротивление или импеданс.
При параллельном соединении резистора, катушки и конденсатора падение напряжения на всех элементах одинаково равно U, а I=IR+IL+IC, где
IRR=U, ILXL=U, ICXC=U.
Тогда импеданс определяется по формуле:
§4.2. Резонанс
П ри XL−XC→0, XL=XC или ,
тогда I при том же U сильно возрастает
Iрез=U/R, а резонансная частота или , т.к. ω=2πν.
Существуют:
В данном случае компенсируются UL и UC, хотя сами эти напряжения могут быть гораздо больше чем U.
резонанс токов.
I =IR
IC=IL
I K − реактивный ток без потерей энергии,
I =IR активный ток (по внешней цепи).
IК
I
Гл.5 ОСНОВЫ ТЕОРИИ МаксвелЛа
(Уравнения МАксВЕЛЛА)
В основе теории Максвелла лежат четыре уравнения (1864г.), которые не только обобщали все, известные к тому времени, экспериментальные закономерности электромагнетизма, но и дали возможность предугадать новые явления (в частности, существования электромагнитных волн).
В теории Максвелла а рассматриваются макроскопические поля, которые создаются макроскопическими зарядами и токами, сосредоточенными в объемах V неизмеримо больших, чем объемы Vm атомов и молекул (V>>Vm). Макроскопические поля являются усредненными микрополями. Предполагается, что расстояния r от источников полей до рассматриваемых точек пространства значительно превышают линейные размеры d атомов и молекул (r>>d). Теория Максвелла является теорией близкодействия, согласно которой электрические и магнитные взаимодействия происходят в электрических и магнитных полях и распространяются с конечной скоростью, равной скорости света в данной среде.
Для создания своих уравнений, Максвелл ввел понятие тока смещения (название историческое 1865 г.); это изменение электрического поля со временем
Е сли в цепи постоянного тока присутствует конденсатор, то в такой цепи электрический ток отсутствует. Но если по такой цепи пропустить переменный ток, то амперметр покажет присутствие электрического тока. Между обкладками заряжающегося и разряжающегося конденсатора имеется переменное электрическое поле, поэтому, согласно Максвеллу, через конденсатор «протекает» токи смещения, причем в тех участках, где отсутствуют проводники.
Переменные токи проводимости, существующие в незамкнутых контурах, всегда замыкаются токами смещения.
П лотность тока смещения определяется быстротой изменения напряженности электрического поля, или вектора электрической индукции (вектора смещения).
направлен как .
Переменно электрическое поле возбуждает вокруг себя магнитное поле.
Полный ток
Электрическое поле может быть как потенциальное ( ), так и вихревое ( ).
Уравнения Максвелла;
Всякое изменение магнитного поля создает в окружающем пространстве вихревое электрическое поле, линии которого образуют с вектором «левый винт».
, где , а
Фактически первое уравнение Максвелла является обобщением закона электромагнитной индукции Фарадея-Ленца.
В сякое изменение электрического поля (ток смещения) возбуждает в окружающем пространстве вихревое магнитное поле, линии индукции которого образуют с вектором «правый винт».
, → .
Обобщая теорему Остроградского-Гаусса в интегральной форме:
, или , ,
. Это и есть закон Кулона в интегральной форме.
, где ρ − объемная плотность зарядов в объеме V.
В Природе существуют электрические заряды.
Это уравнение констатирует факт отсутствие магнитных зарядов в природе, поэтому
или .
Где μ − относительная магнитная проницаемость: для вакууму μ=1,
для диамагнетиков μ<1,
для парамагнетиков μ >1,
для ферромагнетиков μ >>1.
μ0=4π·10-7=1,26·10-6Гн/м или Н/А2 магнитная проницаемость или
магнитная постоянная
ε0=8,85·10-12Кл2/Н·м2− электрическая постоянная
ε − относительная диэлектрическая проницаемость: для вакуума ε=1,
для остальных всегда ε>1,
для газов ε ≈1.
− магнитная индукция.
− напряженность магнитного поля.
γ=1/ρ − удельная электрическая проводимость вещества.
Анализ уравнений Максвелла показывает, что;
3,4 уравнения содержат или только электрические или только магнитные параметры.
1,2 уравнения содержат и электрические и магнитные параметры, которое указывает, что они взаимосвязаны.
Они не симметричны относительно электрических и магнитных полей (в природе не существуют магнитных зарядов).
Источниками электрических полей могут быть либо электрические заряды (4 уравнение), либо изменяющиеся во времени магнитные поля (1).
Магнитные поля могут возбуждаться либо движущимися электрическими зарядами (электрическими токами ), либо переменными электрическими полями ( ).
Таким образом, вихревые магнитные поля создаются и электрическими токами и изменениями вектора электрической индукции. Если есть изменение магнитного поля по времени, то возникает вихревые электрические поля.
С иловые линии порождающего поля концентрически охвачены силовыми линиями порождаемого поля. В результате образуется система «переплетенных» между собой электрических и магнитных полей. На рисунке представлен как бы мгновенный снимок этого единого электромагнитного поля. Прямая линия Е0 изображает одну из силовых линий первичного переменного электрического поля, горизонтальные окружности В изображают силовые линии вторичных переменных магнитных полей, а вертикальные окружности Е − силовые линии вторичных переменных электрических полей. Распространение такого переменного электромагнитного поля в пространстве и есть электромагнитная волна.
Электромагнитная волна – это распространяющееся в пространстве переменное электромагнитное поле.
Электромагнитное поле распространяется в виде поперечной электромагнитной волны, состоящей из двух совпадающих по фазе волн − электрической (т.е. волны напряженности электрического поля) и магнитной (т.е. волны индукции магнитного поля).
Свойства эл.-магн. волн:
Они поперечные,
перпендикулярен ,
перпендикулярен и ,
и в одной фазе.
Для плоскостей монохроматической электромагнитной волны
, ,
где ω − циклическая частота колебания, υ − фазовая скорость волны.
Воздействие света на глаз и на другие приемники света обусловлен вектором , поэтому он называется световым вектором.
, для вакуума ε=1, μ=1 и =3·108м/с
В общем случае , где − абсолютный показатель преломления.
Так как для большинства сред μ≈1, то .
В общем случае т.к. для большинства сред
Интенсивность I волны (излучения) или плотность потока энергии это количество ΔW энергии переносимые волной в среднем за единицу времени через единицу площадки, перпендикулярную направлению распространения волны (иногда в интервале частот, внутри единичного телесного угла и т.д.)
,
где ω−плотность энергии, V − Объем; V=S·υ·Δt, ΔW=ω·V,
Уравнение Максвелла это усредненные уравнения Лоренца, которые справедливы для микромира.
Уравнение Максвелла можно выражать и в тензорном виде.
Затруднения теории Максвелла:
Показатель преломления n=c/υ= ≠f(λ), между тем существуют вещества, у которых n=n(λ).
Непригодна при быстрых изменениях полей.
И т.д.
К олебательный контур
Для математического маятника ,
Частота электрических колебаний, возникающих в контуре, равна резонансной частоте контура: ω0=ωрез , ωрез= , Т=1/ν ,
Период (формула В. Томсона 1853г.).
Существование электромагнитных волн экспериментально, используя открытый колебательный контур, доказал Герц 1887-1891гг (вибратор Герца).