Даутова К.В.. Терминологический словарь по физике

циент полезного действия (максимальный коэффициент) не может пре-

вышать значения T1 T2 .

T1

Статистическое распределение молекул идеального газа по ско-

ростям при данной температуре (распределение Максвелла). Доля полного числа N молекул идеального газа NN , модуль скорости которых лежит в

интервале от до подчиняется функции Максвелла, закону распределения:

N	4 (	m	0	)3/ 2 2 exp(	m	2	)
						0
N		2 kT
					2kT

Статистическое равновесное распределение молекул в простран-

стве в любом потенциальном поле (распределение Больцмана), в частно-

сти в однородном поле тяжести: n(h) n0e	m0gh
		kT
Скорости молекул идеального газа:
a) Средняя квадратичная скорость: кв		3kT		3RT
		m0
b)Средняя арифметическая скорость:			8kT		8RT
			m0
c) Наиболее вероятная скорость: вер	2kT 2RT
		m0

Электродинамика. Электростатическое поле

Электрический заряд – мера электромагнитного взаимодействия, связанный с его материальными носителями.

Элементарный заряд – минимальный заряд равный заряду электро-

на, e = 1,602 .10-19 Кл

Закон сохранения заряда: в изолированной системе алгебраическая сумма зарядов остается постоянной qi const

Закон Кулона:

a) в вакууме: F

1

q1

q2

; сила взаимодействия точечных заря-

4 0

r2

дов прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними;

b) в среде с диэлектрической проницаемостью ε:

F

1

q1

q2

;

4

0

r2

Электрическое поле – вид материи, существующей вокруг заряженных тел, через которое осуществляется всякое электромагнитное взаимодействие.

Электростатическое поле – поле неподвижных зарядов.

11

Напряженность электрического поля – силовая характеристика, равная силе, действующей на единицу заряда, помещенного в это поле

E F . qo

Поток вектора напряженности через поверхность S: En dS

S

Теорема Остроградского – Гаусса для электрического поля в ва-

кууме: поток вектора напряженности Ф через замкнутую поверхность, охватывающую заряды, равен алгебраической сумме зарядов внутри нее, де-

ленную на электрическую постоянную Ф qi .

0

Напряженность электрического поля в вакууме

	a) точечного заряда: E	Q	;
		4 o R2

b)равномерно заряженной бесконечной плоскости: E 2 0 , где

QS - поверхностная плотность заряда,

c)равномерно заряженной бесконечной нити: E 0 2 r , где Ql

-линейная плотность заряда.

	d)равномерно заряженного проводящего шара: E	Q	, где r –
		4 0r 2

расстояние от точки, в которой определяется напряженность до центра шара. При этом r R , где R – радиус шара.

Диполь – система жестко связанных зарядов одинаковых по модулю и противоположных по знаку.

Потенциал – энергетическая характеристика электростатического

поля, равная потенциальной энергии единичного заряда в этом поле Wp q0

Разность потенциалов – 1) изменение потенциальной энергии единичного заряда при перемещении в электростатическом поле; 2) работа поля по перемещению единичного заряда из одной точки в другую

		2		W1 W2		A12
1				q0		q0

Принцип суперпозиции полей: E E1 E2 ... En ; 1 2 ... n

Связь между напряженностью и потенциалом в неоднородном

поле: E d grad dr

в однородном поле:

12

E = 1 2r r

Электроемкость – физическая величина, характеризующая свойст-

во проводника (системы проводников) накапливать заряды и равная C Q

или C 1 Q 2 ;

Электроемкость:

a)плоского конденсатора С 0d S ;

b)цилиндрического конденсатора длиной l и внешним и внутренним

	радиусами R и r С	2 0 l	;
		ln(R / r)

c) сферического конденсатора с внешним и внутренним радиусами R

и r:	С	4 0	;
		1/ r 1/ R

Индуцированный заряд (электростатическая индукция) – некомпенсированный заряд, возникающий на поверхности проводников под действием внешнего электрического поля. Из-за электростатической индукции поле внутри проводника отсутствует.

Поляризованный заряд (поляризация) – некомпенсированный заряд, возникающий на поверхности диэлектриков при ориентации диполей в электрическом поле. Из-за поляризации поле внутри диэлектрика ослаб-

ляется. Если диэлектрик изотропный, то EE0 , величина, показывающая,

во сколько раз изменяется поле в диэлектрике по сравнению с вакуумом, называется диэлектрической проницаемостью среды.

Постоянный электрический ток

Электрический ток – упорядоченное движение заряженных частиц. Условия электрического тока в проводнике – наличие заряженных частиц и внешнего электрического поля.

Сила тока – мера электрического тока, равная заряду, перенесенному через проводник в единицу времени I Qt , I dQdt

Плотность тока – векторная величина, равная силе тока через единичную площадь поверхности, перпендикулярную направлению тока

	I	dI		ne2
					E , где n – концентрация носи-
j		, j dS , в проводнике	j ne =	2m
	S

телей заряда, e – заряд носителя, <v> - средняя скорость упорядоченного движения, < r> - средняя длина свободного пробега носителя заряда.

13

Сторонние силы – силы неэлектрического происхождения, разделяющие заряды внутри источника тока.

Электродвижущая сила (ЭДС) источника тока – характеристика сторонних сил, равная их работе по перемещению единичного заряда:

		A	. Напряжение – мера работы электрического поля, равная сумме
		q
		0

работы сторонних сил и кулоновских сил по перемещению единичного за-

ряда U ( 1 2 )

Сопротивление – характеристика проводника оказывать противодействие току. Зависит от геометрических размеров, температуры проводника и вещества, из которого он изготовлен.

Удельное сопротивление – сопротивление проводника с единич-

ной площадью поперечного сечения и единичной длиной.

Удельная проводимость – величина, обратная удельному сопротив-

лению

1

.

Закон Ома

a) для

однородного

участка цепи в

дифференциальном виде

e2ntS

2ml

I

U ; гдеR

; отсюда: j E

2ml

e2ntS

в интегральном виде

I U

;

R

b)для

неоднородного

участка цепи

с сопротивлением R

I

( 1 2 )

;

R

c) для замкнутой цепи с внешним сопротивлением R и внутренним –

r I

R r

Правила Кирхгофа для расчета токов в разветвленных электриче-

ских цепях:

Первое правило: алгебраическая сума сил токов, сходящихся в узле равна нулю.

Второе правило: для любого замкнутого контура выбранного в цепи алгебраическая сумма произведений силы тока на сопротивление равна алгебраической сумме ЭДС в этом контуре.

Закон Джоуля-Ленца на однородном участке цепи:

a) в интегральном виде: Q I 2 Rt U 2 t;

R

14

	b)в дифференциальном виде: w	Q		ne2	E 2 ; где w – энергия
		Vt		2me

передаваемая кристаллической решетке в единице объема проводника за единицу времени.

Мощность:

a) полезная, выделяющаяся во внешней цепи: Pпол 2 R 2 ;

R r

b)максимальная полезная мощность при R = r, Pmax 2 ; 4r

c) полная: P0 I R 2 r .

Магнитное поле

Магнитное поле – вид материи, существующий вокруг движущихся электрических зарядов и осуществляющий магнитное взаимодействие.

Магнитная индукция – силовая характеристика магнитного поля, равная:

a)максимальному вращательному моменту рамки с током с единичным магнитным моментом p = IS: B M ISmax ;

b)максимальной силе, действующей на единичный элемент тока I l :

B F max

I l

Магнитный поток – скалярная величина, пропорциональная густоте силовых линий через произвольную поверхность S и равная Ф BndS .

Для однородного поля магнитный поток равен Ф Bn S cos . Напряженность магнитного поля, H – силовая характеристика маг-

			B
	H
			0	, где – магнит-
	нитного поля. В однородной изотропной среде

ная проницаемость среды, показывающая во сколько раз изменяется магнитное поле в среде по сравнению с вакуумом, 0 – магнитная постоянная.

Закон Био-Савара-Лапласа: индукция магнитного поля для проводника с током I и длиной dl на расстоянии r

		0 I dl r	. Модель вектора dB:	dB	0	Idl sin	, где α – угол
dB		4 r3				4 r2

между векторами dl и r.

Магнитная индукция в вакууме токов различной конфигурации: a) прямого тока на расстоянии r: B 2 0 rI .

15

b)в центре кругового тока I радиусом R : B 20RI .

c)внутри соленоида B 0 In 0 I Nl

Закон Ампера:

a) модуль силы взаимодействия элемента тока с магнитным полем

dF IBdl sin .

b)Модуль силы взаимодействия двух параллельных токов на рас-

стоянии r dF 0 2I1I2dl .

4 r

c)сила взаимодействия движущегося заряда Q со скоростью v с магнитным полем (сила Лоренца) F Q B sin .

d)Сила взаимодействия движущегося заряда Q с магнитным и электрическим полями: F QE Q B .

Закон полного тока для магнитного поля в вакууме: Bl dl 0 Ik

L

k 1

Работа по перемещению проводника в магнитном поле: dA = I. dФ

Электромагнитная индукция

Электромагнитная индукция – явление возникновения электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока через этот контур.

ЭДС электромагнитной индукции – электродвижущая сила, возни-

кающая при электромагнитной индукции во всем контуре.

Вихревое электрическое поле – переменное электрическое поле, возбужденноепеременныммагнитнымполем, сзамкнутымисиловымилиниями.

Закон электромагнитной индукции ddtФ : эдс индукции в кон-

туре равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока сквозь поверхность, ограниченную этим контуром.

Самоиндукция – явление возникновения эдс индукции в проводящем контуре при изменении в нем силы тока.

Индуктивность проводника – физическая величина, характеризующая способность проводящего контура создавать магнитное поле, и равная отношению потока магнитной индукции через площадь контура к

силе тока в нем L I . Определяется геометрической формой, размерами и магнитными свойствами среды, в которой он находится.

Индуктивность бесконечно длинного соленоида L	0 N 2 S
	l

Эдс самоиндукции зависит от индуктивности L и скорости изменения силы тока с L dIdt .

16

Уравнения силы тока:

	a) при размыкании цепи: I I0e		t
			L / R ;
	b)при замыкании цепи: I I0 (1 e					t
					L / R ) .

Электромагнитные колебания и переменный ток

Колебательный контур – замкнутая электрическая цепь, состоящая из конденсатора и катушки индуктивности, в которой возникают свободные электрические колебания заряда, силы тока и напряжения.

Период свободных колебаний T 2 LC ,			T 2 ,	где 0 - цикличе-
ская частота свободных колебаний.			0
Переменный ток – установившиеся вынужденные колебания силы
тока под действием переменного эдс источника.
Индуктивное сопротивление RL L
Емкостное сопротивлениеRC	1
	C
Полное сопротивление цепи переменного тока Z				R2 ( L	1	)2 .

C

Сдвиг фаз в цепи переменного тока между силой тока и напряжени-

ем определяется так: tg RL RC

R

Мощность в цепи переменного тока:

a) Мгновенная мощность: P(t) U0 I0 cos t cos( t ) a) Полезная мощность P IU cos .

Автоколебания - незатухающие колебания в нелинейной системе, поддерживаемые на счет энергии внешнего источника, амплитуда, частота и спектр колебаний которых определяются свойствами самой системы.

Электромагнитное поле - взаимосвязанные друг с другом изменяющиеся во времени магнитное и электрическое поля.

Электромагнитная волна – электромагнитное поле, которое излучают движущиеся с ускорением заряженные частицы.

Плотность потока электромагнитного излучения, интенсивность,

средняя мощность, проходящая через единицу площади поверхности, расположенной перпендикулярно направлению распространения, вектор

Умова – Пойтинга, I W

S t

17

Объемные плотности электрической, магнитной и полной энергии в
электромагнитной	волне:

wэ 02E2 ,wm 20B2 ,w 02E2 20B2 ;

Уравнения Максвелла для электромагнитного поля в интегральном и дифференциальном видах:

Edl

BdS

rotE

B

L

S

t

t

DdS dV

divD

S

V

Hdl ( j

D

)dS

D

t

rotH

j

t

L

S

BdS 0

divB 0

S

Фазовая

скорость

электромагнитной волны

в

веществе:

1

1

с

, где с – скорость волны в вакууме.

0 0

Оптика. Геометрическая оптика

Световой луч – модель, геометрическая линия, вдоль которой распространяется энергия света.

Волновая поверхность - поверхность перпендикулярная световому лучу, на которой все точки колеблются в одинаковой фазе.

Угол падения - угол между перпендикуляром к границе раздела двух сред и лучом.

Закон прямолинейного распространения света. В однородной изотропной среде свет распространяется по прямой линии.

Законы отражения. Луч падающий, отраженный и перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точку падения, лежат в одной плоскости. Угол отражения равен углу падения.

Законы преломления. Падающий луч, преломленный луч и перпендикуляр, восстановленный в точку падения, лежат в одной плоскости. отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух данных сред и называется относительным показате-

лем преломления.	sin	n2	n21
	sin	n
		1

Абсолютный показатель преломления – величина, характеризую-

щая способность луча изменять направление распространения луча в сре-

18

де, и численно равная отношению скорости света в вакууме к скорости света в данной среде: n c .

Линза – прозрачное для оптического излучения тело, у которого хотя бы одна из сторон имеет сферическую поверхность.

Тонкая линза – линза, у которой толщина значительно меньше радиусов кривизны ее поверхностей.

Оптический центр линзы - точка, через которую лучи проходят без изменения своего направления.

Фокус линзы - точка на главной оптической оси, в которой пересекаются лучи, параллельные главной оптической оси.

Оптическая сила линзы – отношение абсолютного показателя преломления окружающей среды к фокусному расстоянию линзы, D Fn , если

линзу окружает вакуум или воздух, то D F1 .

Линейное увеличение линзы – отношение поперечного размера изображения к поперечному размеру предмета или Г HH1 df , f - расстояние от изображения до линзы, d – расстояние от предмета до линзы.

	1		1		1		1		1
Формула тонкой линзы:						n 1						, где n – относи-
	F		d		f		R		R
										2
							1

тельный показатель преломления вещества, из которого изготовлена линза, если ее окружает воздух, то абсолютный показатель преломления линзы.

Волновая оптика

Спектром называется последовательное чередование цветов. Спектральное разложение – действие по получению спектра.

Дисперсия - явление, состоящее в том, что показатель преломления и скорость распространения света в веществе зависит от частоты световых колебаний.

Когерентные волны – волны с одинаковыми частотами, плоскостью поляризации и постоянной разностью фаз.

Интерференция волн – явление, возникающее при сложении двух когерентных волн в однородной среде, в результате чего происходит перераспределение энергии в пространстве.

Интерференционная картина - неменяющиеся со временем чередующиеся области усиления или ослабления волн в пространстве.

19

Разность хода лучей - разность расстояний от источников волн до

регистрирующего устройства r.

Связь разности хода лучей с разностью фаз интерферирующих

лучей - r	2 r .
V
Условие интерференционного максимума и минимума через раз-
ность фаз и разность хода лучей: φ = 2 n ;		φ = 2n 1 ;	r n ,

r 2n 1 2 .

Полосы равного наклона – интерференционная картина в тонкой пленке, на которую падают параллельные лучи или в плоскопараллельной тонкой пленке.

Полосы равной толщины – интерференционная картина в тонкой пленке, на которую падают лучи от протяженного источника, рассеянные лучи, или в тонкой пленке переменной толщины.

Разность хода для интерферирующих лучей в тонких пленках:

r 2dn cos 2d n2 sin2

Кольца Ньютона – оптическая система, состоящая из плоскопараллельной пластины и длиннофокусной линзы, в которой наблюдаются полосы равной толщины. Формула для расчета радиуса светлого и темного

кольца в отраженном свете с учетом потери полуволны: rm	(m	1) 0 R ,
		2

где (m = 1,2,3, …) и rm m R .

Дифракцией света называется явление огибания волнами резких неоднородностей среды.

Принцип Гюйгенса: каждая точка, до которой доходит волна, является центром вторичных волн. Их огибающая дает положение волновой поверхности в следующий момент времени.

Принцип Гюйгенса – Френеля: каждая точка, до которой доходит волна, является центром вторичных когерентных волн. Их интерференция дает положение волновой поверхности в следующий момент времени.

Условие дифракции: d 2 L , где d размер преграды, L – расстояние от источника света до преграды.

Условие дифракционного максимума на щели шириной а: a sin 2n 1 2 ;

20