Supera il test d'ingresso in fisica. Esame di ammissione in fisica

Domande introduttive in fisica per studenti per corrispondenza che entrano SSAU.

1. Traiettoria. Punto materiale. Percorso e movimento.

Traiettoria del corpo si chiama una linea descritta nello spazio da un punto materiale in movimento. Traiettorie di movimento... Una linea immaginaria lungo la quale si muove un punto materiale è chiamata traiettoria. In generale, la traiettoria è una curva tridimensionale complessa. In particolare, può essere una linea retta. Quindi, per descrivere il movimento, è necessario un solo asse di coordinate, diretto lungo la traiettoria del movimento. Va tenuto presente che la forma della traiettoria dipende dalla scelta del sistema di riferimento, ad es. la forma della traiettoria è un concetto relativo. Pertanto, la traiettoria delle estremità dell'elica rispetto al sistema di riferimento associato all'aereo in volo è un cerchio e nel sistema di riferimento associato alla Terra è un'elica.

Un corpo, la cui forma e dimensione in queste condizioni possono essere trascurate, si chiama punto materiale... Questa negligenza può essere fatta quando le dimensioni del corpo sono piccole rispetto alla distanza percorsa o alla distanza del corpo dato da altri corpi. Per descrivere il movimento di un corpo, è necessario conoscerne le coordinate in qualsiasi momento.

Muovendoè detto vettore disegnato dalla posizione iniziale di un punto materiale a quella finale. La lunghezza della sezione attraversata dal punto materiale lungo la traiettoria è chiamata percorso o lunghezza del percorso. Questi concetti non devono essere confusi, poiché lo spostamento è un vettore e il percorso è uno scalare.

In movimento- un vettore che collega i punti di inizio e fine del segmento di traiettoria, percorso nel tempo.

Modo- la lunghezza del tratto di traiettoria dal movimento iniziale a quello finale del punto materiale. Il raggio vettore è un vettore che collega l'origine e un punto nello spazio.

relatività del moto- questo è il movimento e la velocità del corpo rispetto a diversi sistemi di riferimento sono diversi (ad esempio, una persona e un treno). La velocità di un corpo rispetto a un sistema di coordinate stazionario è uguale alla somma geometrica delle velocità di un corpo rispetto a un sistema in movimento e la velocità di un sistema di coordinate in movimento rispetto a uno stazionario. (V 1 è la velocità di una persona nel treno, V 0 è la velocità del treno, quindi V = V 1 + V 0).

Sistema di riferimento. Il movimento meccanico, come segue dalla sua definizione, è relativo. Pertanto, si può parlare di moto dei corpi solo quando è indicato il sistema di riferimento. Il sistema di riferimento comprende: 1) L'organismo di riferimento, ovvero un corpo che si considera immobile e rispetto al quale si considera il moto di altri corpi. Al corpo di riferimento è associato un sistema di coordinate. Il sistema di coordinate cartesiane (rettangolari) più comunemente usato

2) Un dispositivo per misurare il tempo.

2. Movimento uniforme e uniformemente accelerato. Accelerazione, percorso, velocità.

Il movimento con una velocità costante in valore assoluto e direzione è chiamato moto rettilineo uniforme. Un movimento in cui la velocità di un corpo è costante in grandezza e direzione si chiama movimento rettilineo uniforme. La velocità di tale movimento si trova con la formula V= S/ T.

Con moto rettilineo uniforme, il corpo percorre le stesse distanze per intervalli di tempo uguali. Se la velocità è costante, la distanza percorsa viene calcolata come. La classica legge di addizione delle velocità è formulata come segue: la velocità di movimento di un punto materiale rispetto al sistema di riferimento preso come stazionario è uguale alla somma vettoriale delle velocità di un punto in un sistema in movimento e la velocità di un sistema in movimento rispetto a uno stazionario.

Un movimento in cui il corpo compie movimenti disuguali a intervalli di tempo uguali è chiamato movimento irregolare. La velocità di un punto materiale può cambiare nel tempo. La rapidità di questo cambiamento è caratterizzata dall'accelerazione. Lascia che la velocità di variazione della velocità sia praticamente invariata in un breve periodo di tempo At, e la variazione della velocità è uguale a DV. Quindi l'accelerazione si trova con la formula: a = DV / Dt

Quindi, l'accelerazione è la variazione di velocità per unità di tempo, ad es. variazione di velocità per unità di tempo, purché sia ​​costante durante questo tempo. Nelle unità SI, l'accelerazione è misurata in m / s 2.

Se l'accelerazione a è diretta nella stessa direzione della velocità iniziale, allora la velocità aumenterà e il movimento sarà chiamato uniformemente accelerato.

Con un movimento di traslazione irregolare, la velocità del corpo cambia nel tempo. L'accelerazione (vettore) è una grandezza fisica che caratterizza la velocità di variazione della velocità in valore assoluto e in direzione. L'accelerazione istantanea (vettore) è la derivata prima della velocità rispetto al tempo. ... Ugualmente accelerato è un movimento con un'accelerazione costante in grandezza e direzione. La velocità uniformemente accelerata è calcolata come.

Quindi, la formula per il percorso con moto uniformemente accelerato è derivata come:

Sono valide anche le formule derivate dalle equazioni di velocità e percorso per moto uniformemente accelerato.

Velocità– quantità fisica che caratterizza la velocità e la direzione del movimento in un dato momento. La velocità media è determinata

come. Velocità media al suolo è uguale al rapporto tra il percorso percorso dal corpo durante il periodo di tempo a questo intervallo. . Velocità istantanea (vettore)- la derivata prima del raggio vettore del punto in movimento. ... Velocità istantaneaè diretto tangenzialmente alla traiettoria, quella centrale - lungo la secante. Velocità al suolo istantanea (scalare) - la prima derivata del percorso rispetto al tempo, in grandezza uguale alla velocità istantanea

Le velocità sono: istantanea e media. La velocità istantanea è la velocità in un dato momento in un dato punto della traiettoria. La velocità istantanea è tangenziale. (V =DS /DT,Dt → 0). Velocità media - la velocità determinata dal rapporto tra lo spostamento durante il movimento irregolare e l'intervallo di tempo durante il quale si è verificato questo movimento.

3. Movimento uniforme attorno al cerchio. Velocità lineare e angolare.

Qualsiasi movimento su una sezione sufficientemente piccola della traiettoria può essere approssimativamente considerato come un movimento uniforme lungo un cerchio. Nel processo di movimento uniforme attorno alla circonferenza, il valore della velocità rimane costante e la direzione del vettore di velocità cambia. ... ... Il vettore di accelerazione quando ci si sposta lungo un cerchio è diretto perpendicolarmente al vettore di velocità (diretto tangenzialmente) al centro del cerchio. Il periodo di tempo durante il quale il corpo compie un giro completo in un cerchio è chiamato periodo. ... Il reciproco del periodo, che mostra il numero di giri per unità di tempo, è chiamato frequenza. Applicando queste formule, puoi dedurre che, o. Velocità angolare(velocità di rotazione) è definita come. La velocità angolare di tutti i punti del corpo è la stessa e caratterizza il movimento del corpo rotante nel suo insieme. In questo caso velocità della linea il corpo è espresso come e l'accelerazione come.

Il principio di indipendenza dei movimenti considera il movimento di qualsiasi punto del corpo come la somma di due movimenti: traslazionale e rotazionale.

4. Accelerazione con movimento uniforme del corpo lungo la circonferenza.

5. Prima legge di Newton. Sistema di riferimento inerziale.

Il fenomeno del mantenimento della velocità di un corpo in assenza di influenze esterne è chiamato inerzia. La prima legge di Newton, nota anche come legge dell'inerzia, dice: “esistono tali sistemi di riferimento, rispetto ai quali corpi che si muovono progressivamente mantengono costante la loro velocità, se altri corpi non agiscono su di essi”. Si chiamano sistemi di riferimento relativi ai quali i corpi in assenza di influenze esterne si muovono in modo rettilineo e uniforme sistemi di riferimento inerziali... I sistemi di riferimento relativi alla terra sono considerati inerziali, a condizione che si trascuri la rotazione della terra.

La ragione di un cambiamento nella velocità di un corpo è sempre la sua interazione con altri corpi. Quando due corpi interagiscono, le velocità cambiano sempre, ad es. Si acquisiscono accelerazioni. Il rapporto delle accelerazioni di due corpi è lo stesso per qualsiasi interazione. La proprietà di un corpo, da cui dipende la sua accelerazione quando interagisce con altri corpi, è chiamata inerzia. Una misura quantitativa dell'inerzia è massa corporea.

6. Forza. L'aggiunta di forze. Momento di potere. Condizioni di equilibrio per i corpi. Centro di Massa.

La seconda legge di Newton stabilisce una connessione tra la caratteristica cinematica del moto - accelerazione, e le caratteristiche dinamiche dell'interazione - forze... , o, più precisamente, i.e. ... la velocità di variazione della quantità di moto di un punto materiale è uguale alla forza che agisce su di esso... Con azione simultanea su un corpo diverse forze il corpo si muove con l'accelerazione, che è la somma vettoriale delle accelerazioni che si avrebbero sotto l'azione di ciascuna di queste forze separatamente. Le forze agenti sul corpo, applicate in un punto, si sommano secondo la regola di addizione vettoriale... Questa disposizione è chiamata il principio dell'indipendenza dell'azione delle forze. Centro di Massa si chiama un punto di un corpo rigido o di un sistema di corpi rigidi che si muove allo stesso modo di un punto materiale avente massa uguale alla somma delle masse dell'intero sistema nel suo insieme, sul quale agisce la stessa forza risultante sul corpo. ... Centro di gravità- il punto di applicazione della risultante di tutte le forze gravitazionali che agiscono sulle particelle di questo corpo in qualsiasi posizione nello spazio. Se le dimensioni lineari del corpo sono piccole rispetto alle dimensioni della Terra, il centro di massa coincide con il centro di gravità. La somma dei momenti di tutte le forze di gravità elementare relative a qualsiasi asse passante per il baricentro è uguale a zero.

7. Seconda legge di Newton. Terza legge di Newton.

La seconda legge di Newton stabilisce una connessione tra le caratteristiche cinematiche del moto - accelerazione, e le caratteristiche dinamiche dell'interazione - forze. , o, più precisamente, i.e. ... la velocità di variazione della quantità di moto di un punto materiale è uguale alla forza che agisce su di esso... Con azione simultanea su un corpo diverse forze il corpo si muove con l'accelerazione, che è la somma vettoriale delle accelerazioni che si avrebbero sotto l'azione di ciascuna di queste forze separatamente.

Per ogni interazione di due corpi, il rapporto dei moduli delle accelerazioni acquisite è costante e uguale al rapporto inverso delle masse. Perché quando i corpi interagiscono, i vettori di accelerazione hanno la direzione opposta, possiamo scriverlo. Di Seconda legge di Newton la forza che agisce sul primo corpo è uguale, e sul secondo. Così, . Terza legge di Newton collega le forze con cui i corpi agiscono gli uni sugli altri. Se due corpi interagiscono tra loro, le forze che sorgono tra loro vengono applicate a corpi diversi, sono uguali in grandezza, opposti nella direzione, agiscono lungo una linea retta, hanno la stessa natura.

8. Forze di elasticità. La legge di Hooke. Forze di attrito. Coefficiente di attrito radente.

La forza risultante dalla deformazione del corpo e diretta nella direzione opposta agli spostamenti delle particelle del corpo durante questa deformazione è chiamata forza di elasticità... Esperimenti con un'asta hanno mostrato che per piccole deformazioni rispetto alle dimensioni del corpo, il modulo della forza elastica è direttamente proporzionale al modulo del vettore spostamento dell'estremità libera dell'asta, che in proiezione assomiglia. Questa connessione è stata stabilita R. Hooke, la sua legge è formulata come segue: la forza elastica che si genera durante la deformazione del corpo è proporzionale all'allungamento del corpo nella direzione opposta alla direzione di movimento delle particelle del corpo durante la deformazione. Coefficiente K si chiama rigidità del corpo e dipende dalla forma e dal materiale del corpo... Espresso in newton per metro. Le forze elastiche sono causate da interazioni elettromagnetiche.

La forza che sorge all'interfaccia tra i corpi in assenza di moto relativo dei corpi è chiamata Frizione statica... La forza di attrito statico è uguale in grandezza alla forza esterna diretta tangenzialmente alla superficie di contatto dei corpi ed è ad essa opposta in direzione. Con il movimento uniforme di un corpo sulla superficie di un altro, sotto l'influenza di una forza esterna, una forza agisce sul corpo, uguale in grandezza alla forza motrice e di direzione opposta. Questo potere si chiama attrito radente... Il vettore della forza di attrito radente è diretto contro il vettore velocità, quindi questa forza porta sempre ad una diminuzione della velocità relativa del corpo. Le forze di attrito, così come la forza elastica, sono di natura elettromagnetica, e derivano dall'interazione tra le cariche elettriche degli atomi dei corpi a contatto. È stato sperimentalmente stabilito che il valore massimo del modulo della forza di attrito statico è proporzionale alla forza di pressione. Inoltre, il valore massimo della forza di attrito statico e della forza di attrito radente sono approssimativamente uguali, così come i coefficienti di proporzionalità tra le forze di attrito e la pressione del corpo sulla superficie.

9 La legge di gravitazione universale. Gravità. Peso corporeo.

Dal fatto che i corpi, indipendentemente dalla loro massa, cadono con la stessa accelerazione, ne consegue che la forza che agisce su di essi è proporzionale alla massa del corpo. Questo la forza di gravità che agisce su tutti i corpi dal lato della Terra è chiamata forza di gravità... La gravità agisce a qualsiasi distanza tra i corpi. Tutti i corpi sono attratti l'uno dall'altro, la forza di gravitazione universale è direttamente proporzionale al prodotto delle masse e inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra loro. I vettori delle forze di gravitazione universale sono diretti lungo la retta che collega i centri di massa dei corpi. , G - costante gravitazionale, uguale. Peso corporeo si chiama la forza con cui il corpo, per effetto della forza di gravità, agisce sul supporto o tende la sospensione. Peso corporeo uguale in modulo e opposto in direzione alla forza elastica del supporto secondo la terza legge di Newton. Secondo la seconda legge di Newton, se nessuna forza agisce più sul corpo, la gravità del corpo è bilanciata dalla forza elastica. Di conseguenza, il peso del corpo su un supporto orizzontale fisso o in movimento uniforme è uguale alla forza di gravità. Se il supporto si muove con accelerazione, allora secondo la seconda legge di Newton, da dove deriva. Ciò significa che il peso di un corpo, la cui direzione di accelerazione coincide con la direzione di accelerazione di gravità, è inferiore al peso di un corpo a riposo.

10. Impulso corporeo. Legge di conservazione degli impulsi. Seconda legge di Newton.

Secondo la seconda legge di Newton indipendentemente dal fatto che il corpo fosse a riposo o in movimento, un cambiamento nella sua velocità può verificarsi solo quando interagisce con altri corpi. Se su un corpo con una massa m per un periodo T la forza agisce e la velocità del suo movimento cambia da a, quindi l'accelerazione del corpo è uguale. In base alla seconda legge di Newton, la forza può essere scritta. La quantità fisica uguale al prodotto della forza per il tempo della sua azione è chiamata impulso della forza. L'impulso della forza mostra che c'è una quantità che cambia allo stesso modo per tutti i corpi sotto l'influenza delle stesse forze, se il tempo di azione della forza è lo stesso. Questo valore, pari al prodotto della massa del corpo per la velocità del suo movimento, è chiamato impulso del corpo. La variazione della quantità di moto del corpo è uguale alla quantità di moto della forza che ha causato questa variazione. Prendiamo due corpi, masse e, che si muovono con velocità e. Secondo la terza legge di Newton, le forze che agiscono sui corpi durante la loro interazione sono uguali in grandezza e opposte in direzione, cioè possono essere indicati come e. Per i cambiamenti negli impulsi durante l'interazione, puoi scrivere. Da queste espressioni si ricava che, cioè, la somma vettoriale degli impulsi di due corpi prima dell'interazione è uguale alla somma vettoriale degli impulsi dopo l'interazione. In una forma più generale, la legge di conservazione della quantità di moto suona così: Se, allora.

11. Lavoro meccanico. Potenza. Efficienza.

Lavoro MA la forza costante è chiamata una quantità fisica uguale al prodotto dei moduli di forza e spostamento, moltiplicato per il coseno dell'angolo tra i vettori e. ... Il lavoro è un valore scalare e può avere un valore negativo se l'angolo tra i vettori spostamento e forza è maggiore. Un'unità di lavoro è chiamata joule, 1 joule è uguale al lavoro svolto da una forza di 1 newton quando si sposta il punto della sua applicazione di 1 metro. La potenza è una quantità fisica pari al rapporto tra il lavoro e il periodo di tempo durante il quale questo lavoro è stato eseguito. ... La potenza unificata è chiamata watt, 1 watt è uguale alla potenza alla quale viene eseguito il lavoro di 1 joule in 1 secondo. L'efficienza è uguale al rapporto tra lavoro utile e lavoro speso o energia.

12. Energia cinetica e potenziale. Legge di conservazione dell'energia.

Una grandezza fisica pari alla metà del prodotto della massa del corpo per il quadrato della velocità è detta energia cinetica. Il lavoro delle forze risultanti applicate al corpo è uguale alla variazione di energia cinetica. La quantità fisica pari al prodotto della massa del corpo per il modulo di accelerazione gravitazionale e l'altezza a cui il corpo viene sollevato sopra la superficie con potenziale zero è chiamata energia potenziale del corpo. Il cambiamento di energia potenziale caratterizza il lavoro della gravità mentre il corpo si muove. Questo lavoro è uguale alla variazione di energia potenziale, presa con il segno opposto. Un corpo sotto la superficie terrestre ha energia potenziale negativa. I corpi sollevati non sono gli unici con energia potenziale. Considera il lavoro svolto dalla forza elastica quando la molla è deformata. La forza elastica è direttamente proporzionale alla deformazione, e il suo valore medio sarà uguale, il lavoro è uguale al prodotto della forza per la deformazione, o. Una quantità fisica pari alla metà del prodotto tra la rigidità del corpo e il quadrato della deformazione è chiamata energia potenziale del corpo deformato. Una caratteristica importante dell'energia potenziale è che un corpo non può possederla senza interagire con altri corpi.

L'energia potenziale caratterizza i corpi interagenti, l'energia cinetica - quelli in movimento. Sia l'uno che l'altro sorgono come risultato dell'interazione dei corpi. Se più corpi interagiscono tra loro solo da forze gravitazionali e forze elastiche e nessuna forza esterna agisce su di essi (o la loro risultante è uguale a zero), allora per qualsiasi interazione di corpi, il lavoro delle forze elastiche o forze gravitazionali è uguale a la variazione di energia potenziale presa con il segno opposto... Allo stesso tempo, secondo il teorema dell'energia cinetica (una variazione dell'energia cinetica di un corpo è uguale al lavoro delle forze esterne), il lavoro delle stesse forze è uguale a una variazione dell'energia cinetica.

Da questa uguaglianza segue che la somma delle energie cinetiche e potenziali dei corpi che compongono un sistema chiuso e interagiscono tra loro dalle forze di gravità ed elasticità, rimane costante. La somma delle energie cinetica e potenziale dei corpi è chiamata energia meccanica totale. L'energia meccanica totale di un sistema chiuso di corpi che interagiscono tra loro dalle forze di gravità ed elasticità rimane invariata. Il lavoro delle forze di gravità e di elasticità è uguale, da un lato, a un aumento dell'energia cinetica e dall'altro a una diminuzione del potenziale, cioè il lavoro è uguale all'energia che è cambiata da uno digitare ad un altro.

13. Pressione. Legge di Pascal per liquidi e gas. Vasi comunicanti.

La quantità fisica uguale al rapporto tra il modulo della forza che agisce perpendicolarmente alla superficie rispetto all'area di questa superficie è chiamata pressione. Unità di pressione - pascal uguale alla pressione prodotta dalla forza 1 newton per un'area di 1 metro quadrato... Tutti i liquidi e i gas trasmettono la pressione prodotta su di essi in tutte le direzioni. In un recipiente cilindrico, la forza di pressione sul fondo del recipiente è uguale al peso della colonna di liquido. La pressione sul fondo della nave è uguale a, da cui la pressione in profondità h equivale. La stessa pressione agisce sulle pareti del vaso. L'uguaglianza delle pressioni del fluido alla stessa altezza porta al fatto che nei vasi comunicanti di qualsiasi forma, le superfici libere di un fluido omogeneo a riposo sono allo stesso livello (nel caso di forze capillari trascurabili). Nel caso di un fluido disomogeneo, l'altezza di una colonna di un fluido più denso sarà inferiore all'altezza di un fluido meno denso.

14. Forza di Archimede per liquidi e gas. Condizioni di nuoto tel.

La dipendenza della pressione in un liquido e in un gas dalla profondità porta alla comparsa di una forza di galleggiamento che agisce su qualsiasi corpo immerso in un liquido o in un gas. Questa forza è chiamata forza di Archimede. Se un corpo è immerso in un liquido, le pressioni sulle pareti laterali del recipiente sono bilanciate tra loro e la risultante delle pressioni dal basso e dall'alto è forza di Archimede.

quelli. la forza che spinge fuori un corpo immerso in un liquido (gas) è uguale al peso del liquido (gas) spostato dal corpo. La forza di Archimede è diretta opposta alla forza di gravità, quindi, quando viene pesata in un liquido, il peso corporeo è inferiore a quello nel vuoto. Un corpo in un liquido è influenzato dalla forza di gravità e dalla forza di Archimede. Se la forza di gravità è maggiore in modulo - il corpo affonda, meno - galleggia, uguale - può essere in equilibrio a qualsiasi profondità. Questi rapporti di forze sono uguali ai rapporti delle densità del corpo e del liquido (gas).

15. Le principali disposizioni della teoria della cinetica molecolare e la loro fondatezza sperimentale. moto browniano. Peso e taglia molecole.

La teoria cinetica molecolare è la dottrina della struttura e delle proprietà della materia, utilizzando il concetto dell'esistenza di atomi e molecole come le più piccole particelle della materia. Le principali disposizioni dell'MCT: la sostanza è costituita da atomi e molecole, queste particelle si muovono caoticamente, le particelle interagiscono tra loro. Il movimento di atomi e molecole e la loro interazione obbediscono alle leggi della meccanica. Nell'interazione delle molecole quando si avvicinano l'una all'altra, prevalgono prima le forze di attrazione. Ad una certa distanza tra loro, sorgono forze repulsive, che superano in valore assoluto le forze di attrazione. Molecole e atomi vibrano casualmente intorno a posizioni in cui le forze di attrazione e repulsione si annullano a vicenda. In un liquido, le molecole non solo vibrano, ma saltano anche da una posizione di equilibrio all'altra (fluidità). Nei gas, la distanza tra gli atomi è molto maggiore della dimensione delle molecole (compressibilità ed espandibilità). R. Brown all'inizio del XIX secolo scoprì che le particelle solide si muovono casualmente in un liquido. Questo fenomeno potrebbe essere spiegato solo da MKT. Le molecole che si muovono casualmente di un liquido o di un gas si scontrano con una particella solida e cambiano la direzione e il modulo della sua velocità (mentre, ovviamente, cambiano sia la loro direzione che la loro velocità). Più piccola è la dimensione delle particelle, più evidente diventa il cambiamento di quantità di moto. Qualsiasi sostanza è costituita da particelle, quindi la quantità di una sostanza è considerata proporzionale al numero di particelle. L'unità di misura di una sostanza è chiamata mole. Una mole è uguale alla quantità di una sostanza contenente tanti atomi quanti sono in 0,012 kg di carbonio 12 C. Il rapporto tra il numero di molecole e la quantità di una sostanza è chiamato costante di Avogadro:. La quantità di sostanza può essere trovata come rapporto tra il numero di molecole e la costante di Avogadro. Massa molare m si chiama quantità uguale al rapporto tra la massa di una sostanza m alla quantità di sostanza. La massa molare è espressa in chilogrammi per mole. La massa molare può essere espressa in termini di massa di una molecola m 0 : .

16. Gas ideale. Equazione di stato dei gas perfetti.

Il modello del gas ideale viene utilizzato per spiegare le proprietà di una sostanza allo stato gassoso. Questo modello presuppone quanto segue: le molecole di gas hanno dimensioni trascurabili rispetto al volume del vaso, le forze di attrazione non agiscono tra le molecole e le forze repulsive agiscono quando si scontrano tra loro e le pareti del vaso. Una spiegazione qualitativa del fenomeno della pressione del gas risiede nel fatto che le molecole di un gas ideale, quando si scontrano con le pareti di una nave, interagiscono con esse come corpi elastici. Quando una molecola si scontra con una parete del vaso, la proiezione del vettore velocità su un asse perpendicolare alla parete è invertita. Pertanto, in caso di collisione, la proiezione della velocità cambia da – mv x Prima mv x, e la variazione di quantità di moto è uguale a. Durante l'urto, la molecola agisce sulla parete con una forza pari, secondo la terza legge di Newton, ad una forza di verso opposto. Ci sono molte molecole e il valore medio della somma geometrica delle forze che agiscono da parte delle singole molecole forma la forza della pressione del gas sulle pareti della nave. La pressione del gas è uguale al rapporto tra il modulo della forza di pressione e l'area della parete del vaso: P= F/ S.

Z . L'equazione di base della teoria cinetico-molecolare di un gas ideale è solitamente chiamata la relazione tra la pressione del gas e l'energia cinetica del moto traslatorio delle molecole contenute in un volume unitario Scriviamo l'equazione senza derivazione.

quelli. la pressione del gas è pari a due terzi dell'energia cinetica del moto traslatorio delle molecole in un volume unitario.

17. Processi isotermici, isocore e isobarici.

La transizione di un sistema termodinamico da uno stato all'altro è chiamata processo (o processo) termodinamico. Questo cambia i parametri di stato del sistema. Tuttavia, sono possibili processi, detti isoprocessi, in cui uno dei parametri di stato rimane invariato. Esistono tre isoprocessi: isotermico, isobarico (isobarico) e isocorico (isocorico). L'isoterma è un processo che avviene a temperatura costante (T = const); processo isobarico - a pressione costante (P = const), isocore - a volume costante (V = const).

Un processo isobarico è un processo che avviene a pressione, massa e composizione costanti del gas.

Per il processo isobarico vale la legge di Gay-Lussac. Segue dall'equazione di Mendeleev-Clapeyron. Se la massa e la pressione del gas sono costanti, allora

Il rapporto è chiamato legge di Gay-Lussac: per una data massa di gas a pressione costante, il volume del gas è proporzionale alla sua temperatura. Nella fig. 26.2 mostra un grafico della dipendenza del volume dalla temperatura.

Un processo isocoro è un processo che avviene con volume, massa e composizione costanti del gas.

Nel caso di un processo isocoro vale la legge di Charles. Dall'equazione di Mendeleev - Clapeyron segue che. Se la massa e il volume del gas sono costanti, allora

L'equazione è chiamata legge di Charles: per una data massa di gas a volume costante, la pressione del gas è proporzionale alla sua temperatura.

Grafico: isochora.

18. La quantità di calore. Capacità termica di una sostanza.

Il processo di trasferimento del calore da un corpo all'altro senza fare lavoro è chiamato trasferimento di calore. L'energia trasferita al corpo a seguito dello scambio termico è chiamata quantità di calore. Se il processo di trasferimento del calore non è accompagnato da lavoro, allora sulla base della prima legge della termodinamica. L'energia interna del corpo è proporzionale alla massa del corpo e quindi alla sua temperatura. La quantità INSIEME A chiamato calore specifico, l'unità è. Il calore specifico mostra quanto calore deve essere trasferito per riscaldare 1 kg di una sostanza di 1 grado. Il calore specifico non è una caratteristica univoca e dipende dal lavoro svolto dal corpo durante il trasferimento di calore.

19. Il primo principio della termodinamica, sua applicazione a vari processi.

Quando si effettua lo scambio termico tra due corpi in condizioni di uguaglianza a zero del lavoro delle forze esterne e nell'isolamento termico da altri corpi, secondo la legge di conservazione dell'energia. Se il cambiamento di energia interna non è accompagnato da lavoro, allora, o, da dove ... Questa equazione è chiamata equazione del bilancio termico.

Applicazione del primo principio della termodinamica agli isoprocessi.

Uno dei processi principali che funzionano nella maggior parte delle macchine è il processo di espansione del gas per eseguire il lavoro. Se all'espansione isobarica del gas dal volume V 1 al volume V 2 il movimento del pistone del cilindro era io allora lavora UN il gas perfetto è uguale, o se V è const, allora Δ tu=Δ Q... Se confrontiamo le aree sotto l'isobara e l'isoterma, che sono opere, possiamo concludere che con la stessa espansione di gas alla stessa pressione iniziale nel caso di un processo isotermico, verrà svolto meno lavoro. Oltre ai processi isobarici, isocore e isotermici, esiste un cosiddetto. processo adiabatico.

20. Processo adiabatico. Esponente adiabatico.

L'adiabatico è un processo che avviene in assenza di trasferimento di calore. Il processo di rapida espansione o contrazione di un gas può essere considerato vicino all'adiabatico. In questo processo, il lavoro viene svolto modificando l'energia interna, ad es. , quindi, durante un processo adiabatico, la temperatura diminuisce. Poiché la temperatura del gas aumenta durante la compressione adiabatica del gas, la pressione del gas aumenta più velocemente al diminuire del volume rispetto al processo isotermico.

I processi di scambio termico avvengono spontaneamente in una sola direzione. Il calore viene sempre trasferito a un corpo più freddo. La seconda legge della termodinamica dice che un processo termodinamico è impraticabile, a seguito del quale ci sarebbe un trasferimento di calore da un corpo all'altro, più caldo, senza altri cambiamenti. Questa legge esclude la creazione di una macchina a moto perpetuo del secondo tipo.

Esponente adiabatico. L'equazione di stato ha la forma PVγ = cost.,

dove = Cp / Cv - esponente adiabatico.

Capacità termica del gas dipende dalle condizioni in cui il calore ...

Se il gas viene riscaldato a pressione costante P, la sua capacità termica è indicata con CV.

Se - a V costante, viene indicato Cp.

21. Evaporazione e condensazione. Liquido bollente. Umidità dell'aria.

1. Evaporazione e condensazione . Il processo di transizione di una sostanza da uno stato liquido a uno stato gassoso è chiamato vaporizzazione, il processo inverso di conversione di una sostanza da uno stato gassoso a uno stato liquido è chiamato condensazione. Esistono due tipi di vaporizzazione: vaporizzazione ed ebollizione. Consideriamo prima l'evaporazione di un liquido. L'evaporazione è il processo di vaporizzazione che avviene da una superficie aperta di un liquido a qualsiasi temperatura. Dal punto di vista della teoria cinetica molecolare, questi processi sono spiegati come segue. Le molecole liquide, partecipando al movimento termico, si scontrano continuamente l'una con l'altra. Ciò porta al fatto che alcuni di essi acquisiscono energia cinetica sufficiente per superare l'attrazione molecolare. Tali molecole, essendo sulla superficie del liquido, ne volano fuori, formando vapore (gas) sopra il liquido. Le molecole di vapore ~ ​​muovendosi caoticamente, colpiscono la superficie del liquido. In questo caso, alcuni di essi possono entrare nel liquido. Questi due processi di espulsione delle molecole liquide e ritorno al liquido avvengono simultaneamente. Se il numero di molecole in fuga è maggiore del numero di molecole di ritorno, la massa del liquido diminuisce, ad es. il liquido evapora, se al contrario la quantità di liquido aumenta, es. si osserva la condensazione del vapore. Un caso è possibile quando le masse del liquido e del vapore situato sopra di esso non cambiano. Ciò è possibile quando il numero di molecole che lasciano il liquido è uguale al numero di molecole che vi ritornano. Questo stato è chiamato equilibrio dinamico, e vapore in equilibrio dinamico con il suo fluido, sono chiamati saturato . Se non c'è equilibrio dinamico tra vapore e liquido, allora si chiama insaturo. Ovviamente, il vapore saturo ad una data temperatura ha una certa densità, chiamata equilibrio.

Ciò determina l'invariabilità della densità di equilibrio e, di conseguenza, la pressione del vapore saturo dal suo volume a temperatura costante, poiché una diminuzione o un aumento del volume di questo vapore porta alla condensazione del vapore o all'evaporazione del liquido, rispettivamente. L'isoterma del vapore saturo a una certa temperatura nel piano delle coordinate P, V è una linea retta parallela all'asse V. Con un aumento della temperatura del sistema termodinamico liquido - vapore saturo, il numero di molecole che lasciano il liquido per alcuni il tempo supera il numero di molecole che ritornano dal vapore al liquido. Questo continua fino a quando l'aumento della densità del vapore porta alla creazione di un equilibrio dinamico a una temperatura più elevata. In questo caso aumenta anche la pressione dei vapori saturi. Pertanto, la pressione del vapore saturo dipende solo dalla temperatura. Un aumento così rapido della pressione del vapore saturo è dovuto al fatto che con un aumento della temperatura, vi è un aumento non solo dell'energia cinetica del movimento traslatorio delle molecole, ma anche della loro concentrazione, ad es. numero di molecole per unità di volume

Durante l'evaporazione, le molecole più veloci lasciano il liquido, a seguito della quale diminuisce l'energia cinetica media del moto di traslazione delle molecole rimanenti e, di conseguenza, diminuisce anche la temperatura del liquido (vedi §24). Pertanto, affinché la temperatura del liquido in evaporazione rimanga costante, è necessario fornirgli continuamente una certa quantità di calore.

La quantità di calore che deve essere comunicata a un'unità di massa di un liquido per convertirla in vapore a temperatura costante è chiamata calore specifico di vaporizzazione. Il calore specifico di vaporizzazione dipende dalla temperatura del liquido, decrescendo con il suo aumento. Durante la condensazione viene rilasciata la quantità di calore spesa per l'evaporazione del liquido. La condensazione è il processo di conversione da uno stato gassoso a uno stato liquido.

2. Umidità dell'aria. L'atmosfera contiene sempre una certa quantità di vapore acqueo. Il grado di umidità è una delle caratteristiche essenziali del tempo e del clima e in molti casi è di importanza pratica. Quindi, lo stoccaggio di vari materiali (inclusi cemento, gesso e altri materiali da costruzione), materie prime, prodotti, attrezzature, ecc. dovrebbe avvenire ad una certa umidità. I locali, a seconda della loro destinazione, sono anche soggetti a corrispondenti requisiti di umidità.

Per caratterizzare il contenuto di umidità vengono utilizzate diverse quantità. L'umidità assoluta p è la massa di vapore acqueo contenuta in un volume unitario di aria. Di solito è misurato in grammi per metro cubo (g/m 3). L'umidità assoluta è correlata alla pressione parziale P del vapore acqueo dall'equazione di Mendeleev - Claypeyron, dove V è il volume occupato dal vapore, m, T e m sono la massa, la temperatura assoluta e la massa molare del vapore acqueo, R è la costante universale dei gas (vedi (25.5)) ... La pressione parziale è la pressione esercitata dal vapore acqueo senza tenere conto dell'azione di altri tipi di molecole d'aria. Quindi, poiché p = m / V è la densità del vapore acqueo.

In un certo volume d'aria in determinate condizioni, la quantità di vapore acqueo non può aumentare all'infinito, poiché esiste una certa quantità limite di vapore, dopo la quale inizia la condensazione del vapore. Da qui nasce il concetto di umidità massima. L'umidità massima Pm è la più grande quantità di vapore acqueo in grammi che può essere contenuta in 1 m 3 di aria a una data temperatura (nel senso che si tratta di un caso particolare di umidità assoluta). Abbassando la temperatura dell'aria, è possibile raggiungere una tale temperatura, dalla quale il vapore inizia a trasformarsi in acqua - a condensare. Questa temperatura è chiamata punto di rugiada. Il grado di saturazione dell'aria con il vapore acqueo è caratterizzato dall'umidità relativa. L'umidità relativa b è il rapporto tra l'umidità assoluta p e la massima Pm i.e. b = P / Pm. L'umidità relativa è spesso espressa in percentuale.

Esistono vari metodi per determinare il contenuto di umidità.

1. Il metodo più accurato è il metodo di ponderazione. Per determinare l'umidità dell'aria, viene fatta passare attraverso fiale contenenti sostanze che assorbono bene l'umidità. Conoscendo l'aumento della massa delle fiale e il volume dell'aria passata, si determina l'umidità assoluta.

2. Metodi igrometrici. È stato scoperto che alcune fibre, compresi i capelli umani, cambiano la loro lunghezza a seconda dell'umidità relativa dell'aria. Un dispositivo chiamato igrometro si basa su questa proprietà. Esistono altri tipi di igrometri, compresi quelli elettrici.

H. Il metodo psicrometrico è il metodo di misurazione più comune. La sua essenza è la seguente. Lascia che due termometri identici siano nelle stesse condizioni e abbiano le stesse letture. Se la cartuccia di uno dei termometri è inumidita, ad esempio avvolta in un panno umido, le letture saranno diverse. A causa dell'evaporazione dell'acqua dal tessuto, il cosiddetto termometro a umido mostra una temperatura inferiore a quella a secco. Più bassa è l'umidità relativa dell'aria ambiente, più intensa sarà l'evaporazione e minore sarà la lettura del bulbo umido. La differenza di temperatura è determinata dalle letture del termometro e l'umidità relativa dell'aria è determinata utilizzando una tabella speciale chiamata psicrometrica.

22. Spese elettriche. Legge di Pendente. Legge di conservazione della carica.

L'esperienza con l'elettrificazione delle piastre dimostra che durante l'elettrificazione per attrito si verifica una ridistribuzione delle cariche esistenti tra corpi che sono inizialmente neutri. Una piccola frazione di elettroni viene trasferita da un corpo all'altro. Allo stesso tempo, non compaiono nuove particelle e quelle esistenti in precedenza non scompaiono. Quando i corpi sono elettrizzati, la legge di conservazione della carica elettrica. Questa legge è per sistema chiuso. In un sistema chiuso, la somma algebrica delle cariche di tutte le particelle rimane invariata. Se le cariche delle particelle sono indicate con Q 1 , Q 2, ecc., quindi Q 1 , +Q 2 + Q 3 +…+Q n = cost

La validità della legge di conservazione della carica è confermata dalle osservazioni di un numero enorme di trasformazioni di particelle elementari. Questa legge esprime una delle proprietà più fondamentali della carica elettrica. La ragione per la conservazione della carica è ancora sconosciuta.

Legge di Coulomb. Gli esperimenti di Coulomb portarono alla creazione di una legge che ricorda in modo sorprendente la legge di gravitazione universale. La forza di interazione di due corpi carichi stazionari nel vuoto è direttamente proporzionale al prodotto dei moduli di carica ed inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza. Questo potere si chiama Coulomb.

Se indichiamo i moduli delle cariche con | Q 1 | e | Q 2 |, e la distanza tra loro

attraverso r, quindi Legge di Coulomb si può scrivere nella forma seguente:

dove K - coefficiente di proporzionalità, numericamente uguale alla forza di interazione di cariche unitarie ad una distanza pari ad un'unità di lunghezza. Il suo significato dipende dalla scelta del sistema di unità.

23. Intensità del campo elettrico. Campo di ricarica puntuale. Il principio di sovrapposizione dei campi elettrici.

Proprietà fondamentali del campo elettrico. La proprietà principale di un campo elettrico è il suo effetto sulle cariche elettriche con una certa intensità.

Il campo elettrico delle cariche stazionarie è chiamato elettrostatico. Non cambia nel tempo. Un campo elettrostatico è creato solo da cariche elettriche.

Intensità del campo elettrico. Il campo elettrico viene rilevato dalle forze che agiscono sulla carica.

Se alternativamente mettiamo piccoli corpi carichi nello stesso punto del campo e misuriamo le forze, si troverà che la forza che agisce sulla carica dal lato del campo è direttamente proporzionale a questa carica. In effetti, lascia che il campo sia creato da una carica puntiforme Q 1 . Secondo la legge di Coulomb, la carica Q 2 esiste una forza proporzionale alla carica Q 2 . Perciò il rapporto tra la forza che agisce sulla carica posta in un dato punto del campo e questa carica per ogni punto del campo non dipende dalla carica e può essere considerata una caratteristica del campo. Questa caratteristica si chiama l'intensità del campo elettrico. Come la forza, l'intensità del campo- quantità vettoriale;è indicato con la lettera e. Se la carica posta nel campo è indicata con Q

invece di Q 2 poi la tensione sarà pari a:

L'intensità del campo è uguale al rapporto tra la forza con cui il campo agisce su una carica puntiforme rispetto a questa carica.

Quindi la forza che agisce sulla carica Q dal lato del campo elettrico è uguale a:

L'intensità del campo in unità SI può essere espressa in newton per coulomb (N/C).

Il principio di sovrapposizione dei campi.

Se più forze agiscono sul corpo, quindi secondo le leggi della meccanica, la forza risultante è uguale alla somma geometrica delle forze:

Le cariche elettriche sono influenzate dalle forze del campo elettrico. Se, quando si sovrappongono campi di più cariche, questi campi non hanno alcun effetto l'uno sull'altro, allora la forza risultante da tutti i campi dovrebbe essere uguale alla somma geometrica delle forze di ciascun campo. L'esperienza mostra che questo è esattamente ciò che accade nella realtà. Ciò significa che le intensità di campo si sommano geometricamente.

Questo è principio di sovrapposizione del campo che è così formulato: se in un dato punto dello spazio si creano varie particelle cariche

campi elettrici, la cui forza

ecc., allora l'intensità di campo risultante a questo punto è:

24. Conduttori e dielettrici in un campo elettrico.

Conduttori- corpi in cui sono presenti cariche libere che non sono associate agli atomi. Sotto l'influenza della posta elettronica. campi di cariche possono muoversi, generando una corrente elettrica. Se un conduttore viene introdotto in un campo elettrico, le cariche positive si muovono nella direzione del vettore di intensità e le cariche negative nella direzione opposta. Di conseguenza, sulla superficie del corpo compaiono cariche induttive:

L'intensità del campo all'interno del conduttore = 0. Il conduttore, per così dire, rompe le linee di forza dell'intensità del campo elettrico.

dielettrici- sostanze in cui le cariche positive e negative sono interconnesse e non ci sono cariche libere. In un campo elettrico, il dielettrico è polarizzato.

C'è un campo elettrico all'interno del dielettrico, ma è inferiore al campo elettrico del vuoto E in ε una volta. Costante dielettrica del mezzo ε è uguale al rapporto tra l'intensità del campo elettrico nel vuoto e la direzione del campo elettrico nel dielettrico ε= E0/ E

25. Potenziale. Potenziale del campo di una carica puntiforme.

Lavoro quando si sposta una carica in un campo elettrostatico uniforme. Un campo uniforme è creato, ad esempio, da grandi piastre metalliche aventi cariche di segno opposto. Questo campo agisce su una carica con una forza costante F= qE.

Lascia che i piatti siano disposti verticalmente piatto sinistro IN carica negativamente, e il diritto D - positivamente. Calcoliamo il lavoro svolto dal campo quando si sposta una carica positiva Q dal punto 1 situato a distanza D 1 dal piatto IN, al punto 2 situato a distanza D 2 < D 1 dallo stesso piatto.

Punti 1 e 2 giacere sulla stessa linea di forza. Sulla strada ∆ D= D 1 - D 2 il campo elettrico farà un lavoro positivo: UN= qE(D 1 - D 2 ). Questo lavoro non dipende dalla forma della traiettoria.

Il potenziale del campo elettrostatico è il rapporto

energia potenziale della carica nel campo a questa carica.

(Differenza di potenziale. Come l'energia potenziale, il valore del potenziale in un dato punto dipende dalla scelta del livello zero per la lettura del potenziale. Valore pratico

non ha il potenziale stesso al punto, ma cambiamento di potenziale, che non dipende dalla scelta potenziale di livello di riferimento zero. Poiché l'energia potenziale

W p= qφ allora il lavoro è uguale a:

La differenza di potenziale è pari a:

La differenza di potenziale (tensione) tra due punti è uguale al rapporto del lavoro del campo quando la carica si sposta dal punto iniziale al punto finale a questa carica. P La differenza di potenziale tra due punti è uguale all'unità, se, quando la carica si sposta in 1 cl da un punto all'altro il campo elettrico funziona in 1 J. Questa unità è chiamata volt (V).

26. Capacità elettrica. Condensatori. Capacità di un condensatore piatto.

La tensione tra due conduttori è proporzionale alle cariche elettriche che sono sui conduttori... Se le cariche vengono raddoppiate, l'intensità del campo elettrico diventerà 2 volte superiore, quindi anche il lavoro svolto dal campo quando la carica si muove aumenterà di 2 volte, ovvero la tensione aumenterà di 2 volte. Perciò rapporto di carica di uno dei conduttori alla differenza di potenziale tra questo conduttore e quello vicino non dipende dalla carica. È determinato dalle dimensioni geometriche dei conduttori, dalla loro forma e disposizione reciproca, nonché dalle proprietà elettriche dell'ambiente (costante dielettrica ε). Questo ci permette di introdurre il concetto di capacità elettrica di due conduttori.

La capacità elettrica di due conduttori è il rapporto tra la carica di uno dei conduttori e la differenza di potenziale tra questo conduttore e quello vicino:

A volte parlano della capacità elettrica di un conduttore. Ciò ha senso se il conduttore è isolato, ovvero si trova a una grande distanza dagli altri conduttori rispetto alle sue dimensioni. Quindi dicono, ad esempio, della capacità di una palla conduttrice. Ciò implica che il ruolo di un altro conduttore è svolto da oggetti distanti situati attorno alla palla.

La capacità elettrica di due conduttori è uguale a uno se, quando impartisce loro una carica± 1 Cl sorge una potenziale differenza tra loro 1B. Questa unità si chiama farad.(F);

Condensatore. Sistemi di due conduttori, chiamati condensatori. Un condensatore è costituito da due conduttori separati da uno strato dielettrico, il cui spessore è ridotto rispetto alle dimensioni dei conduttori. I conduttori in questo caso sono chiamati piastre del condensatore.

2.Capacità di un condensatore piatto. Considera un condensatore piatto riempito con un dielettrico isotropo omogeneo con una costante dielettrica e, in cui l'area di ciascuna piastra è S e la distanza tra loro è d. La capacità di un tale condensatore si trova dalla formula:

dove ε –Costante dielettrica del mezzo,S - l'area delle piastre,D È la distanza tra le piastre.

Ne consegue che per la produzione di condensatori ad alta capacità è necessario aumentare l'area delle piastre e ridurre la distanza tra loro.

Energia W di un condensatore carico: o

I condensatori vengono utilizzati per accumulare elettricità e utilizzarla durante una scarica rapida (torcia), per separare circuiti CC e CA, raddrizzatori, circuiti oscillatori e altri dispositivi radio-elettronici. A seconda del tipo di dielettrico, i condensatori sono aria, carta, mica.

L'uso di condensatori. L'energia di un condensatore di solito non è molto alta, non più di centinaia di joule. Inoltre, non dura a lungo a causa dell'inevitabile perdita di carica. Pertanto, i condensatori carichi non possono sostituire, ad esempio, le batterie come fonti di energia elettrica.

Hanno una proprietà: i condensatori possono immagazzinare energia per un tempo più o meno lungo, e quando vengono scaricati attraverso un circuito a bassa resistenza, cedono energia quasi istantaneamente. Questa proprietà è ampiamente utilizzata nella pratica.

La lampada flash utilizzata nella fotografia è alimentata da una corrente elettrica a scarica di condensatori.

27. Corrente elettrica. Forza attuale. Legge di Ohm per una sezione di una catena.

Quando le particelle cariche si muovono in un conduttore, una carica elettrica viene trasferita da un luogo all'altro. Tuttavia, se le particelle cariche sono in un movimento termico disordinato, come elettroni liberi nel metallo, quindi non c'è trasferimento di carica. La carica elettrica si muove attraverso la sezione trasversale del conduttore solo se, insieme al moto casuale, gli elettroni partecipano ad un q ordinato in e zenia.

Il movimento ordinato (diretto) di particelle cariche è chiamato corrente elettrica.

La corrente elettrica deriva dal movimento ordinato di elettroni o ioni liberi. Se muovi un corpo neutro nel suo insieme, quindi, nonostante il movimento ordinato di un numero enorme di elettroni e nuclei atomici, non si verificherà una corrente elettrica. La carica totale trasferita attraverso qualsiasi sezione del conduttore sarà uguale a zero, poiché cariche di segno diverso si muovono alla stessa velocità media.

La corrente elettrica ha una certa direzione. La direzione del moto delle particelle cariche positivamente è presa come direzione della corrente. Se la corrente è formata dal movimento di particelle cariche negativamente, la direzione della corrente è considerata opposta alla direzione di movimento delle particelle.

Forza attuale - quantità fisica che determina la quantità di carica elettrica spostata nell'unità di tempo attraverso la sezione trasversale del piombo

Se la forza attuale non cambia nel tempo, la corrente viene chiamata costante.

La forza della corrente, come una carica, è una quantità scalare. Può essere come positivo, così e negativo. Il segno della forza attuale dipende da quale delle direzioni lungo il conduttore è presa come positiva. La forza della corrente I> 0, se la direzione della corrente coincide con la direzione positiva condizionatamente scelta lungo il conduttore. Altrimenti io<0.

La forza della corrente dipende dalla carica trasportata da ciascuna particella, dalla concentrazione delle particelle, dalla velocità del loro movimento diretto e dall'area della sezione trasversale del conduttore. Misurato in (A).

Per l'emergere e l'esistenza di una corrente elettrica costante in una sostanza, è necessaria, in primo luogo, la presenza di particelle cariche libere. Se le cariche positive e negative sono collegate tra loro in atomi o molecole, il loro movimento non porterà alla comparsa di una corrente elettrica.

Per creare e mantenere il movimento ordinato delle particelle cariche, è necessaria, in secondo luogo, una forza che agisca su di esse in una certa direzione. Se questa forza cessa di agire, il movimento ordinato delle particelle cariche cesserà a causa della resistenza offerta al loro movimento dagli ioni del reticolo cristallino dei metalli o dalle molecole di elettroliti neutri.

Come sappiamo, le particelle cariche subiscono l'azione di un campo elettrico con una forza F= qE. Di solito è il campo elettrico all'interno del conduttore che provoca e mantiene il movimento ordinato delle particelle cariche. Solo nel caso statico, quando le cariche sono a riposo, il campo elettrico all'interno del conduttore è nullo.

Se c'è un campo elettrico all'interno del conduttore, allora c'è una differenza di potenziale tra le estremità del conduttore. Quando la differenza di potenziale non cambia nel tempo, nel conduttore si stabilisce una corrente elettrica costante.

Legge di Ohm. La caratteristica corrente-tensione dei conduttori metallici e delle soluzioni elettrolitiche ha la forma più semplice. Per la prima volta (per i metalli) è stato stabilito dallo scienziato tedesco Georg Ohm, quindi viene chiamata la dipendenza della forza attuale dalla tensione Legge di Ohm.

Legge di Ohm per una sezione di un circuito: la corrente è direttamente proporzionale

tensione ed è inversamente proporzionale alla resistenza:

È difficile provare sperimentalmente la validità della legge di Ohm.

28. Resistenza dei conduttori. Collegamento seriale e parallelo di conduttori.

Resistenza. La principale caratteristica elettrica di un conduttore è la resistenza. La forza della corrente nel conduttore ad una data tensione dipende da questo valore. La resistenza di un conduttore è, per così dire, una misura della resistenza del conduttore all'instaurarsi di una corrente elettrica in esso.

Usando la legge di Ohm, puoi determinare la resistenza del conduttore:,

per questo è necessario misurare la tensione e la corrente.

sezione S La resistenza dipende dal materiale del conduttore e dalle sue dimensioni geometriche. La resistenza di un conduttore di lunghezza l con area trasversale costante è pari a:

dove R- un valore che dipende dal tipo di sostanza e dal suo stato (principalmente dalla temperatura). Il valore R sono chiamati la resistenza specifica del conduttore. La resistività è numericamente uguale alla resistenza di un conduttore cubico con bordo di 1 m, se la corrente è diretta lungo la normale a due facce opposte del cubo.

Il conduttore ha resistenza 1 Ohm, se alla differenza di potenziale 1 pollice forza attuale in esso 1 A.

L'unità di misura della resistività è 1 Ohm-m.

Collegamento in serie dei conduttori... Quando è collegato in serie, il circuito elettrico non ha rami. Tutti i conduttori si collegano uno ad uno al circuito. per amico.

La corrente in entrambi i conduttori è la stessa, ad es. I 1 = I 2 = I poiché nei conduttori la carica elettrica in caso di corrente continua non si accumula e la stessa carica attraversa per un certo tempo una qualsiasi sezione del conduttore.

La tensione ai capi della sezione considerata del circuito è la somma delle tensioni sul primo e sul secondo conduttore: U = U 1 + U 2

La resistenza totale dell'intera sezione del circuito quando collegata in serie è:R= R 1 + R 1

Collegamento in parallelo di conduttori.

29. Forza elettromotrice. Legge di Ohm per un circuito completo.

La forza elettromotrice in un circuito chiuso è il rapporto tra il lavoro delle forze esterne quando la carica si sposta lungo il circuito verso la carica:

La forza elettromotrice è espressa in volt.

Forza elettromotrice di una cella galvanica c'è lavoro da parte di terzi

forze quando si sposta una singola carica positiva all'interno dell'elemento da un polo all'altro.

La resistenza alla sorgente viene spesso definita resistenza interna rispetto alla resistenza esternaRCatene. Nel generatore r - questa è la resistenza degli avvolgimenti e nella cella galvanica - la resistenza della soluzione elettrolitica e degli elettrodi. Legge di Ohm per un circuito chiuso collega la corrente nel circuito, EMF e impedenza R + R Catene.

Il prodotto della forza attuale e la resistenza di una sezione del circuito è spesso chiamato caduta di tensione in questa zona. Pertanto, l'EMF è uguale alla somma delle cadute di tensione nelle sezioni interna ed esterna del circuito chiuso. Di solito la legge di Ohm per un circuito chiuso è scritta nella forma:

dove R - resistenza al carico, ε –Emp , R- resistenza interna.

La corrente nel circuito completo è uguale al rapporto tra l'EMF del circuito e la sua impedenza.

La forza attuale dipende da tre grandezze: EMF ε, resistenze R e r delle sezioni esterna ed interna della catena. La resistenza interna della sorgente di corrente non ha alcun effetto evidente sulla forza della corrente se è piccola rispetto alla resistenza della parte esterna del circuito (R >> r). In questo caso, la tensione ai terminali della sorgente è approssimativamente uguale all'EMF:

U = IR≈ε.

Nel caso di un cortocircuito, quando R → 0, la corrente nel circuito è determinata proprio dalla resistenza interna della sorgente e con una forza elettromotrice di diversi volt può risultare molto grande se r è piccolo (per esempio, per una batteria r ≈ 0,1-0,001 Ohm). I fili possono fondersi e la sorgente stessa può essere danneggiata.

elementi collegati in serie con EMF ε 1 , ε 2 , ε 3, ecc., quindi l'EMF totale del circuito è uguale alla somma algebrica dell'EMF dei singoli elementi.

Se, quando si bypassa il circuito, passano dal polo negativo della sorgente a quello positivo, allora l'EMF> 0.

30. Lavoro e potenza della corrente. Legge di Joule-Lenz.

Corrente di lavoroè uguale a: A = IU∆t o A = qU, se la corrente è costante, allora dalla legge di Ohm:

Il lavoro della corrente nella sezione del circuito è uguale al prodotto dell'intensità della corrente, della tensione e del tempo durante il quale è stato eseguito il lavoro.

Il riscaldamento si verifica se la resistenza del filo è elevata

Potenza attuale. Qualsiasi dispositivo elettrico (lampada, motore elettrico) è progettato per consumare una certa quantità di energia per unità di tempo.

La potenza della corrente è uguale al rapporto del lavoro della corrente per il tempo ∆ Ta questo intervallo di tempo . Secondo questa definizione:

La quantità di calore è determinata dalla legge di Joule-Lenz:

Se una corrente elettrica scorre in un circuito dove la chimica. Le reazioni e il lavoro meccanico non vengono eseguiti, quindi l'energia del campo elettrico viene convertita nell'energia interna del conduttore e la sua temperatura aumenta. Mediante lo scambio di calore, questa energia viene trasferita ai corpi circostanti più freddi. Dalla legge di conservazione dell'energia segue che la quantità di calore è uguale al lavoro della corrente elettrica:

(formula)

Questa legge si chiama legge Joule-Lenz.

31. Campo magnetico. Induzione del campo magnetico. Legge di Ampere.

Le interazioni tra i conduttori con la corrente, cioè le interazioni tra le cariche elettriche in movimento, sono chiamate magnetico. Le forze con cui i conduttori con corrente agiscono l'uno sull'altro sono chiamate forze magnetiche.

Un campo magnetico. Secondo la teoria dell'azione a corto raggio, la corrente in uno dei conduttori non può direttamente agire sulla corrente nell'altro conduttore.

Nello spazio che circonda le cariche elettriche stazionarie, si forma un campo elettrico, nello spazio che circonda le correnti appare un campo chiamato magnetico.

Una corrente elettrica in uno dei conduttori crea attorno a sé un campo magnetico, che agisce sulla corrente nel secondo conduttore. E il campo creato dalla corrente elettrica del secondo conduttore agisce sul primo.

Un campo magnetico è una forma speciale di materia attraverso la quale viene effettuata l'interazione tra particelle cariche elettricamente in movimento.

Proprietà del campo magnetico:

1. Il campo magnetico è generato dalla corrente elettrica (cariche in movimento).

2. Un campo magnetico viene rilevato dall'azione su una corrente elettrica (cariche in movimento).

Come un campo elettrico, esiste davvero un campo magnetico, indipendentemente da noi, dalle nostre conoscenze al riguardo.

Induzione magnetica: la capacità di un campo magnetico di esercitare un effetto di forza su un conduttore con una corrente (valore vettoriale). Misurato btl.

La direzione del vettore di induzione magnetica è presa come la direzione dal polo sud S al polo nord N dell'ago magnetico, che è installato liberamente nel campo magnetico. Questa direzione coincide con la direzione della normale positiva all'anello chiuso con corrente.

La direzione del vettore di induzione magnetica è impostata con usando la regola del gimbal:

se la direzione del movimento di traslazione del gimbal coincide con la direzione della corrente nel conduttore, allora la direzione di rotazione della maniglia del gimbal coincide con la direzione del vettore di induzione magnetica.

Linea magnetica induzione.

Una linea in un punto qualsiasi del quale il vettore di induzione magnetica è tangenziale - linee di induzione magnetica. Campo omogeneo - linee parallele, campo non uniforme - linee curve. Più linee, maggiore è la forza di questo campo. Campi con linee di forza chiuse chiamato vortice. Il campo magnetico è un campo di vortice.

Flusso magnetico- un valore pari al prodotto del modulo del vettore di induzione magnetica per l'area e per il coseno dell'angolo tra il vettore e la normale alla superficie.

La forza di Ampere è uguale al prodotto del vettore di induzione magnetica per l'intensità della corrente, la lunghezza della sezione del conduttore e il seno dell'angolo tra l'induzione magnetica e la sezione del conduttore.

dove io - lunghezza del conduttore, B È il vettore dell'induzione magnetica.

La forza dell'ampere viene utilizzata negli altoparlanti, negli altoparlanti.

Principio di funzionamento: Una corrente elettrica alternata scorre attraverso la bobina con una frequenza pari alla frequenza del suono proveniente dal microfono o dall'uscita del radioricevitore. Sotto l'azione della forza dell'Ampere, la bobina oscilla lungo l'asse dell'altoparlante a tempo con le fluttuazioni di corrente. Queste vibrazioni vengono trasmesse al diaframma e la superficie del diaframma emette onde sonore.

32. L'azione di un campo magnetico su una carica in movimento. Forza di Lorentz.

La forza che agisce su una particella carica in movimento dal lato del campo magnetico è chiamata forza di Lorentz.

forza di Lorentz... Poiché la corrente è un movimento ordinato di cariche elettriche, è naturale assumere che la forza di Ampere sia le forze risultanti che agiscono sulle singole cariche che si muovono nel conduttore. È stato stabilito sperimentalmente che una forza agisce realmente su una carica che si muove in un campo magnetico. Questa forza è chiamata forza di Lorentz. Il modulo F L della forza si trova con la formula

dove B è il modulo di induzione del campo magnetico in cui si muove la carica, q e v sono il valore assoluto della carica e la sua velocità, a è l'angolo tra i vettori v e B. Questa forza è perpendicolare ai vettori v e B, la sua direzione si trova secondo la regola della mano sinistra: se la mano è posizionata in modo che le quattro dita distese coincidano con la direzione di movimento della carica positiva, le linee del campo magnetico entrano nel palmo, quindi il pollice, messo da parte per 90 0, mostra la direzione della forza. Nel caso di una particella negativa, la direzione della forza è opposta.

Poiché la forza di Lorentz è perpendicolare alla velocità delle particelle, allora. lei non sta facendo il lavoro.

forza di Lorentz utilizzato nei televisori, spettrografo di massa.

Principio di funzionamento: La camera a vuoto del dispositivo è posta in un campo magnetico. Le particelle cariche (elettroni o ioni) accelerate dal campo elettrico, descrivendo l'arco, cadono sulla lastra fotografica, dove lasciano una traccia, che permette di misurare con grande precisione il raggio della traiettoria . Questo raggio viene utilizzato per determinare la carica specifica dello ione. Conoscendo la carica di uno ione, è facile determinarne la massa.

33. Proprietà magnetiche della materia. Permeabilità magnetica. Ferromagnetismo.

Permeabilità magnetica. I magneti permanenti possono essere costituiti solo da poche sostanze, ma tutte le sostanze poste in un campo magnetico sono magnetizzate, cioè creano esse stesse un campo magnetico. A causa di ciò, il vettore di induzione magnetica B in mezzo omogeneo differisce dal vettore Nel nello stesso punto nello spazio nel vuoto.

Atteggiamento che caratterizza le proprietà magnetiche del mezzo, è chiamata permeabilità magnetica del mezzo.

In un ambiente omogeneo, l'induzione magnetica è uguale a: dove m - la permeabilità magnetica di un dato mezzo è una quantità adimensionale che mostra quante volte μ in un dato ambiente, più μ nel vuoto.

Le proprietà magnetiche di qualsiasi corpo sono determinate da correnti elettriche chiuse al suo interno.

I paramagneti sono sostanze che creano un debole campo magnetico, nella direzione coincidente con il campo esterno. La permeabilità magnetica dei paramagneti più potenti differisce poco dall'unità: 1.00036 per il platino e 1.00034 per l'ossigeno liquido. I diamagneti sono sostanze che creano un campo che indebolisce un campo magnetico esterno. Argento, piombo, quarzo hanno proprietà diamagnetiche. La permeabilità magnetica dei diamagneti differisce dall'unità di non più di dieci millesimi.

Ferromagneti e loro applicazione. Inserendo un nucleo di ferro o acciaio in una bobina, è possibile amplificare il campo magnetico che crea molte volte senza aumentare la corrente nella bobina. Ciò consente di risparmiare energia. I nuclei di trasformatori, generatori, motori elettrici, ecc. sono realizzati in ferromagneti.

Quando il campo magnetico esterno viene spento, il ferromagnete rimane magnetizzato, cioè crea un campo magnetico nello spazio circostante. L'orientamento ordinato delle correnti elementari non scompare quando il campo magnetico esterno viene disattivato. Per questo motivo esistono magneti permanenti.

I magneti permanenti sono ampiamente utilizzati negli strumenti di misura elettrici, altoparlanti e telefoni, registratori di suoni, bussole magnetiche, ecc.

Le ferriti sono ampiamente utilizzate: materiali ferromagnetici che non conducono corrente elettrica. Sono composti chimici di ossidi di ferro con ossidi di altre sostanze. Il primo materiale ferromagnetico noto alle persone - il minerale di ferro magnetico - è la ferrite.

Temperatura di Curie. A una temperatura superiore a una certa per un dato ferromagnete, le sue proprietà ferromagnetiche scompaiono. Questa temperatura è chiamata Temperatura di Curie. Se scaldi troppo un'unghia magnetizzata, perderà la capacità di attrarre oggetti di ferro su se stessa. La temperatura di Curie per il ferro è 753 ° С, per il nichel è 365 ° e per il cobalto è 1000 ° С. Esistono leghe ferromagnetiche in cui la temperatura di Curie è inferiore a 100°C.

34. Induzione elettromagnetica. Flusso magnetico.

Induzione elettromagnetica. La legge dell'induzione elettromagnetica. La regola di Lenz Sappiamo che una corrente elettrica crea un campo magnetico. La domanda sorge spontanea: "È possibile che una corrente elettrica appaia con l'aiuto di un campo magnetico?" Questo problema è stato risolto da Faraday, che ha scoperto il fenomeno dell'induzione elettromagnetica, che è il seguente: con qualsiasi cambiamento nel flusso magnetico che penetra nell'area coperta dal circuito conduttore, in esso sorge una forza elettromotrice, chiamata fem. induzione. Se il circuito è chiuso, allora sotto l'azione di questa fem. esiste una corrente elettrica chiamata induzione. Faraday ha scoperto che l'emf l'induzione non dipende dal metodo di modifica del flusso magnetico ed è determinata solo dalla velocità del suo cambiamento, ad es.

L'EMF può verificarsi quando cambia l'induzione magnetica IN, quando il piano del contorno viene ruotato rispetto al campo magnetico. Il segno meno nella formula è spiegato secondo la regola di Lenz: la corrente induttiva è diretta in modo tale che il suo campo magnetico impedisca un cambiamento nel flusso magnetico esterno che genera corrente di induzione. Il rapporto è chiamato legge dell'induzione elettromagnetica: l'EMF di induzione in un conduttore è uguale alla velocità di variazione del flusso magnetico che penetra nell'area coperta dal conduttore.

Flusso magnetico . Il flusso magnetico attraverso una certa superficie è il numero di linee di induzione magnetica che la penetrano. Lascia che in un campo magnetico uniforme ci sia un'area piatta dell'area S, perpendicolare alle linee di induzione magnetica. (Un campo magnetico omogeneo è un campo in ogni punto del quale l'induzione del campo magnetico è la stessa in grandezza e direzione). In questo caso, la normale n al sito coincide con la direzione del campo. Poiché il numero di linee di induzione magnetica, pari al modulo B dell'induzione di campo, passa attraverso l'area unitaria del sito, il numero di linee che penetrano in questo sito sarà S volte maggiore. Il flusso magnetico è quindi:

Consideriamo ora il caso in cui in un campo magnetico uniforme sia presente un'area piana avente la forma di un parallelepipedo rettangolare di lati aeb, la cui area è S = ab. La normale n al sito forma un angolo a con la direzione del campo, ad es. con il vettore di induzione B. Il numero di linee di induzione che passano attraverso l'area S e la sua proiezione Sпр sul piano perpendicolare a queste linee è lo stesso. Di conseguenza, il flusso dell'induzione del campo magnetico attraverso di loro è lo stesso. Usando l'espressione, troviamo Ф = ВSпр Dalla Fig. si vede che Sпр = ab * cos a = Scosa. Perciò f = Bscos un .

Nelle unità SI, il flusso magnetico è misurato in Weber (Wb). Dalla formula segue che 1 Wb è il flusso magnetico attraverso un'area di 1 m2 situata perpendicolarmente alle linee di induzione magnetica in un campo magnetico uniforme con un'induzione di 1 T. Troviamo la dimensione di Weber:

È noto che il flusso magnetico è una grandezza algebrica. Supponiamo che il flusso magnetico che penetra nell'area del contorno sia positivo. Con un aumento di questo flusso, un s.f. induzione, sotto l'influenza della quale appare una corrente di induzione, che crea il proprio campo magnetico diretto verso il campo esterno, ad es. il flusso magnetico della corrente di induzione è negativo.

Se il flusso che penetra nell'area del contorno diminuisce (), quindi, ad es. la direzione del campo magnetico della corrente di induzione coincide con la direzione del campo esterno.

35. La legge dell'induzione elettromagnetica. La regola di Lenz.

Se il circuito è chiuso, allora sotto l'azione di questa fem. esiste una corrente elettrica chiamata induzione. Faraday ha scoperto che l'emf l'induzione non dipende dal metodo di modifica del flusso magnetico ed è determinata solo dalla velocità del suo cambiamento, ad es.

Il rapporto è chiamato legge dell'induzione elettromagnetica: l'EMF di induzione in un conduttore è uguale alla velocità di variazione del flusso magnetico che penetra nell'area coperta dal conduttore. Il segno meno nella formula è l'espressione matematica per la regola di Lenz. È noto che il flusso magnetico è una grandezza algebrica. Supponiamo che il flusso magnetico che penetra nell'area del contorno sia positivo. Con un aumento di questo flusso

c'è un w.d. induzione, sotto l'influenza della quale appare una corrente di induzione, che crea il proprio campo magnetico diretto verso il campo esterno, ad es. il flusso magnetico della corrente di induzione è negativo.

Se il flusso che penetra nell'area del contorno diminuisce, quindi, ad es. la direzione del campo magnetico della corrente di induzione coincide con la direzione del campo esterno.

Consideriamo uno degli esperimenti condotti da Faraday per rilevare la corrente di induzione, e quindi la fem. induzione. Se un magnete viene inserito o esteso in un solenoide vicino a un dispositivo di misurazione elettrico molto sensibile (galvanometro), quando il magnete si muove, si osserva una deflessione dell'ago del galvanometro, che indica il verificarsi di una corrente di induzione. Lo stesso si osserva quando il solenoide si muove rispetto al magnete. Se il magnete e il solenoide sono stazionari l'uno rispetto all'altro, la corrente di induzione non si verifica. Dall'esperienza di cui sopra, segue che con il moto reciproco di questi corpi, si verifica una variazione del flusso magnetico attraverso i fili del solenoide, che porta alla comparsa di una corrente di induzione causata dalla fem emergente. induzione.

2. La direzione della corrente di induzione è determinata dalla regola di Lenz: la corrente di induzione ha sempre questo verso. che il campo magnetico da esso creato impedisce la variazione del flusso magnetico, che provoca questa corrente. Da questa regola consegue che con un aumento del flusso magnetico, la corrente di induzione risultante ha una direzione tale che il campo magnetico da essa generato è diretto contro il campo esterno, opponendosi all'aumento del flusso magnetico. Una diminuzione del flusso magnetico, al contrario, porta alla comparsa di una corrente di induzione, che crea un campo magnetico che coincide in direzione con il campo esterno. Supponiamo, ad esempio, che in un campo magnetico uniforme ci sia una cornice metallica perforata da un campo magnetico, supponiamo che il campo magnetico sia crescente. Ciò porta ad un aumento del flusso magnetico attraverso l'area del telaio. Secondo la regola di Lenz, il campo magnetico della corrente di induzione risultante sarà diretto contro il campo esterno, ad es. il vettore B 2 di questo campo è opposto al vettore E. Applicando la regola della vite destra (vedi § 65, punto 3), troviamo il verso della corrente di induzione I io.

36. Il fenomeno dell'autoinduzione. Induttanza. L'energia del campo magnetico.

Fenomeno di autoinduzione . Il fenomeno dell'emergere della forza elettromotrice nello stesso conduttore attraverso il quale scorre una corrente alternata si chiama autoinduzione, e la fem stessa è chiamato emf autoinduzione. Questo fenomeno è spiegato come segue. Una corrente alternata che attraversa un conduttore genera attorno a sé un campo magnetico alternato che, a sua volta, crea un flusso magnetico che cambia nel tempo attraverso l'area delimitata dal conduttore. Secondo il fenomeno dell'induzione elettromagnetica, questo cambiamento nel flusso magnetico porta alla comparsa di una fem. autoinduzione.

Troviamo l'emf autoinduzione. Lascia passare una corrente elettrica attraverso un conduttore di induttanza L. Al tempo t 1, la forza di questa corrente è uguale a I 1 e al tempo t 2 è diventata uguale a I 2. Allora il flusso magnetico creato dalla corrente attraverso l'area delimitata dal conduttore ai tempi t 1 e t 2, rispettivamente, è uguale a Ф1 = LI 1 e Ф 2 = LI 2, e la variazione del flusso magnetico DФ è uguale a DФ = LI 2 - LI 1 = L (I 2 - I 1) = LDI, dove DI = I 2 - I 1 è la variazione dell'intensità di corrente nell'intervallo di tempo Dt = t 2 - t 1. Secondo la legge dell'induzione elettromagnetica, emf l'autoinduzione è uguale a: Sostituendo la formula precedente in questa espressione,

Otteniamo così, e.m.f. l'autoinduzione che si verifica in un conduttore è proporzionale alla velocità di variazione della corrente che lo attraversa. Il rapporto è la legge di autoinduzione.

Sotto l'influenza della forza elettromotrice autoinduzione, si crea una corrente di induzione, chiamata corrente di autoinduzione. Questa corrente, secondo la regola di Lenz, contrasta la variazione della corrente nel circuito, rallentandone l'aumento o la diminuzione.

1... Induttanza. Far fluire in un anello chiuso una corrente costante di forza I. Questa corrente crea attorno a sé un campo magnetico, che penetra nell'area coperta dal conduttore, creando un flusso magnetico. È noto che il flusso magnetico è proporzionale al modulo di induzione del campo magnetico B e il modulo di induzione del campo magnetico che si verifica attorno al conduttore con corrente è proporzionale alla forza della corrente 1. Ne consegue

Il coefficiente di proporzionalità L tra l'intensità della corrente e il flusso magnetico creato da questa corrente attraverso l'area delimitata dal conduttore è chiamato induttanza del conduttore.

L'induttanza di un conduttore dipende dalle sue dimensioni e forma geometriche, nonché dalle proprietà magnetiche dell'ambiente in cui si trova. dentro. Va notato che se la permeabilità magnetica dell'ambiente circostante il conduttore non dipende dall'induzione del campo magnetico creato dalla corrente che scorre attraverso il conduttore, l'induttanza di questo conduttore è costante per qualsiasi corrente che scorre in esso. Ciò si verifica quando il conduttore si trova in un ambiente con proprietà diamagnetiche o paramagnetiche. Nel caso dei ferromagneti, l'induttanza dipende dalla forza della corrente che passa attraverso il conduttore.

Nelle unità SI, l'induttanza è misurata in Henry (H). L = Ф / I e 1 Гн = 1 В6 / 1А, cioè 1 H è l'induttanza di un tale conduttore, quando una corrente di 1A lo attraversa, sorge un flusso magnetico, che penetra nell'area coperta dal conduttore, pari a 1Vb.

Energia del campo magnetico . Quando una corrente elettrica scorre attraverso un conduttore, attorno ad esso si forma un campo magnetico. Ha energia. Si può dimostrare che l'energia del campo magnetico che si genera attorno a un conduttore con induttanza L, attraverso il quale scorre una corrente continua di forza I, è uguale a

37. Vibrazioni armoniche. Ampiezza, periodo e frequenza delle oscillazioni.

Le oscillazioni sono processi caratterizzati da una certa ripetibilità nel tempo. Il processo di propagazione delle vibrazioni nello spazio è chiamato onda. Si può dire senza esagerazione che viviamo in un mondo di vibrazioni e onde. In effetti, un organismo vivente esiste grazie al battito periodico del cuore, i nostri polmoni vibrano quando respiriamo. Una persona ascolta e parla a causa delle vibrazioni dei suoi timpani e delle corde vocali. Le onde luminose (vibrazioni di campi elettrici e magnetici) ci permettono di vedere. La tecnologia moderna fa anche un uso estremamente ampio di processi oscillatori. Basti pensare che molti motori sono associati alle vibrazioni: movimento periodico del pistone nei motori a combustione interna, movimento delle valvole, ecc. Altri esempi importanti sono la corrente alternata, le oscillazioni elettromagnetiche in un circuito oscillante, le onde radio, ecc. Come puoi vedere dagli esempi precedenti, la natura delle vibrazioni è diversa. Tuttavia, si riducono a due tipi: vibrazioni meccaniche ed elettromagnetiche. Si è scoperto che, nonostante la differenza nella natura fisica delle oscillazioni, sono descritte dalle stesse equazioni matematiche. Ciò ci consente di individuare come uno dei rami della fisica la dottrina delle vibrazioni e delle onde, in cui viene svolto un approccio unificato allo studio delle vibrazioni di varia natura fisica.

Qualsiasi sistema che può oscillare o in cui possono verificarsi oscillazioni è chiamato oscillatorio. Le oscillazioni che si verificano in un sistema oscillatorio fuori equilibrio e che si presenta a se stesso sono chiamate oscillazioni libere. Le oscillazioni libere sono smorzate, poiché l'energia impartita al sistema oscillatorio è in costante diminuzione.

Le oscillazioni sono chiamate armoniche quando qualsiasi grandezza fisica che descrive il processo cambia nel tempo secondo la legge del coseno o del seno:

Chiariamo il significato fisico delle costanti A, w, a incluse in questa equazione.

La costante A è detta ampiezza dell'oscillazione. L'ampiezza è il valore più grande che un valore oscillante può assumere... Per definizione, è sempre positivo. L'espressione wt + a sotto il segno del coseno è chiamata fase dell'oscillazione. Consente di calcolare in qualsiasi momento il valore della quantità fluttuante. La costante a è il valore della fase al tempo t = 0 ed è quindi chiamata fase iniziale dell'oscillazione. Il valore della fase iniziale è determinato dalla scelta dell'inizio del cronometraggio. La quantità w è chiamata frequenza ciclica, il cui significato fisico è associato ai concetti di periodo e frequenza delle oscillazioni. Il periodo delle oscillazioni non smorzate è chiamato il più piccolo periodo di tempo dopo il quale il valore fluttuante assume il suo valore precedente, o in breve - tempo di uno swing completo... Il numero di vibrazioni per unità di tempo è chiamato frequenza di vibrazione. La frequenza v è legata al periodo T delle oscillazioni dal rapporto v = 1 / T

La frequenza di oscillazione è misurata in hertz (Hz). 1 Hz è la frequenza di un processo periodico, in cui si verifica un'oscillazione in 1 s. Troviamo la relazione tra la frequenza e la frequenza ciclica dell'oscillazione. Usando la formula, troviamo i valori della quantità fluttuante nei momenti di tempo t = t 1 e t = t 2 = t 1 + T, dove T è il periodo dell'oscillazione.

Secondo la definizione del periodo di oscillazione, Ciò è possibile se, poiché il coseno è una funzione periodica con un periodo di 2p radianti. Da qui. Noi riceviamo. Il significato fisico della frequenza ciclica segue da questo rapporto. Mostra quante oscillazioni vengono eseguite in 2p secondi.

Le vibrazioni libere del sistema oscillante vengono smorzate. Tuttavia, in pratica, è necessario creare oscillazioni non smorzate, quando le perdite di energia nel sistema oscillante sono compensate da fonti energetiche esterne. In questo caso, in un tale sistema si verificano oscillazioni forzate. Le vibrazioni forzate sono chiamate oscillazioni che si verificano sotto l'influenza di un impatto che cambia periodicamente, assi di impatto - forzatura. Le oscillazioni forzate si verificano con una frequenza pari alla frequenza delle influenze forzanti. L'ampiezza delle vibrazioni forzate aumenta quando la frequenza delle influenze forzanti si avvicina alla frequenza naturale del sistema oscillatorio. Raggiunge il suo valore massimo quando le frequenze specificate sono uguali. Il fenomeno di un forte aumento dell'ampiezza delle vibrazioni forzate, quando la frequenza degli effetti di forzatura è uguale alla frequenza naturale del sistema vibrazionale, è chiamato risonanza.

Il fenomeno della risonanza è ampiamente utilizzato nella tecnologia. Può essere sia benefico che dannoso. Quindi, ad esempio, il fenomeno della risonanza elettrica svolge un ruolo utile nella sintonizzazione di un ricevitore radio sulla stazione radio desiderata modificando i valori di induttanza e capacità, è possibile ottenere che la frequenza naturale del circuito oscillatorio coincida con la frequenza delle onde elettromagnetiche emesse da qualsiasi stazione radio. Di conseguenza, nel circuito appariranno oscillazioni risonanti di una data frequenza, mentre le ampiezze delle oscillazioni create da altre stazioni saranno piccole. Ciò porta a sintonizzare la radio sulla stazione desiderata.

38. Pendolo matematico. Il periodo di oscillazione di un pendolo matematico.

39. Oscillazione del carico sulla molla. Conversione di energia durante le vibrazioni.

40. Onde. Onde trasversali e longitudinali. Velocità e lunghezza d'onda.

41. Oscillazioni elettromagnetiche libere nel circuito. Conversione di energia in un circuito oscillatorio. Conversione di energia.

Le variazioni periodiche o quasi periodiche di carica, corrente e tensione sono chiamate oscillazioni elettriche.

Ottenere vibrazioni elettriche è facile quasi quanto far vibrare un corpo appendendolo a una molla. Ma osservare le vibrazioni elettriche non è più così facile. Dopotutto, non vediamo direttamente né il sovraccarico del condensatore né la corrente nella bobina. Inoltre, le oscillazioni di solito si verificano a una frequenza molto elevata.

Osservare e studiare le vibrazioni elettriche utilizzando un oscilloscopio elettronico. Una tensione di scansione alternata Up a forma di "dente di sega" viene applicata alle piastre di deflessione orizzontalmente del tubo a raggi catodici dell'oscilloscopio. La tensione si accumula relativamente lentamente e poi diminuisce molto bruscamente. Il campo elettrico tra le piastre fa sì che il fascio di elettroni viaggi orizzontalmente attraverso lo schermo a una velocità costante e poi rimbalzi quasi istantaneamente. Successivamente, l'intero processo viene ripetuto. Se ora colleghiamo le piastre deviatrici verticalmente al condensatore, le fluttuazioni di tensione durante la sua scarica faranno oscillare il raggio nella direzione verticale. Di conseguenza, sullo schermo si forma una "spazzata" temporale di oscillazioni, del tutto simile a quella disegnata da un pendolo con una sabbiera su un foglio di carta in movimento. Le oscillazioni decadono nel tempo

Queste vibrazioni sono gratuite. Sorgono dopo che una carica viene impartita al condensatore, che porta il sistema fuori equilibrio. La carica del condensatore è equivalente alla deviazione del pendolo dalla posizione di equilibrio.

Vibrazioni elettriche forzate possono essere ottenute anche in un circuito elettrico. Tali oscillazioni compaiono quando c'è una forza elettromotrice periodica nel circuito. Un EMF a induzione variabile sorge in un telaio metallico di diversi giri quando ruota in un campo magnetico (Fig. 19). In questo caso, il flusso magnetico che penetra nel telaio cambia periodicamente, in conformità con la legge dell'induzione elettromagnetica, anche l'EMF risultante dell'induzione cambia periodicamente. Quando il circuito è chiuso, una corrente alternata scorrerà attraverso il galvanometro e la freccia inizierà a oscillare attorno alla posizione di equilibrio.

2.Circuito oscillatorio. Il sistema più semplice, in cui possono verificarsi oscillazioni elettriche libere, è costituito da un condensatore e da una bobina collegata alle armature del condensatore (Fig. 20). Un tale sistema è chiamato circuito oscillante.

Considera perché si verificano oscillazioni nel circuito. Ricarichiamo il condensatore collegandolo per un po' alla batteria tramite un interruttore. In questo caso, il condensatore riceverà energia:

dove qm è la carica del condensatore e C è la sua capacità elettrica. Apparirà una differenza di potenziale Um tra le armature del condensatore.

Spostare l'interruttore in posizione 2. Il condensatore inizierà a scaricarsi e nel circuito apparirà una corrente elettrica. La forza attuale non raggiunge immediatamente il suo valore massimo, ma aumenta gradualmente. Ciò è dovuto al fenomeno dell'autoinduzione. Quando appare una corrente, sorge un campo magnetico alternato. Questo campo magnetico alternato genera un campo elettrico a vortice nel conduttore. Il campo elettrico del vortice con un aumento del campo magnetico è diretto contro la corrente e ne impedisce l'aumento istantaneo.

Quando il condensatore si scarica, l'energia del campo elettrico diminuisce, ma allo stesso tempo aumenta l'energia del campo magnetico della corrente, che è determinata dalla formula: Fig.

dove i è la forza attuale ,. L è l'induttanza della bobina. Nel momento in cui il condensatore è completamente scarico (q = 0), l'energia del campo elettrico diventerà uguale a zero. L'energia della corrente (l'energia del campo magnetico), secondo la legge di conservazione dell'energia, sarà massima. Quindi, in questo momento, anche la corrente raggiungerà il suo valore massimo

Nonostante il fatto che a questo punto la differenza di potenziale alle estremità della bobina diventi zero, la corrente elettrica non può interrompersi immediatamente. Ciò è impedito dal fenomeno dell'autoinduzione. Non appena l'intensità della corrente e il campo magnetico da essa creato iniziano a diminuire, sorge un campo elettrico a vortice, che è diretto lungo la corrente e la supporta.

Di conseguenza, il condensatore viene ricaricato fino a quando la corrente, diminuendo gradualmente, diventa zero. Anche l'energia del campo magnetico in questo momento sarà zero e l'energia del campo elettrico del condensatore tornerà a essere massima.

Successivamente, il condensatore verrà ricaricato nuovamente e il sistema tornerà allo stato originale. Se non ci fossero state perdite di energia, questo processo sarebbe continuato per tutto il tempo desiderato. Le oscillazioni sarebbero continue. Ad intervalli pari al periodo di oscillazione, lo stato del sistema si ripeterebbe.

Ma in realtà, le perdite di energia sono inevitabili. Quindi, in particolare, la bobina ed i fili di collegamento hanno una resistenza R, e questo porta ad una graduale conversione dell'energia del campo elettromagnetico nell'energia interna del conduttore.

Quando si verificano vibrazioni nel circuito, c'è conversione di energia campo magnetico in energia di campo elettrico e viceversa. Pertanto, queste vibrazioni sono chiamate elettromagnetiche. Il periodo del circuito oscillante si trova con la formula:

42. Leggi di riflessione e rifrazione della luce. Indice di rifrazione. Il fenomeno della riflessione interna totale della luce.

43. Diffrazione della luce. Dispersione della luce. Interferenza luminosa.

Diffrazione della luce. In un mezzo omogeneo, la luce si propaga in linea retta. Ciò è evidenziato dalle ombre dure proiettate da oggetti opachi quando illuminati da sorgenti luminose puntiformi. Tuttavia, se le dimensioni degli ostacoli diventano paragonabili alla lunghezza d'onda, viene violata la rettilineità della propagazione dell'onda. Il fenomeno delle onde che si piegano intorno agli ostacoli è chiamato diffrazione. A causa della diffrazione, la luce entra nell'area dell'ombra geometrica. I fenomeni di diffrazione in luce bianca sono accompagnati dalla comparsa di un colore iridescente dovuto alla scomposizione della luce in colori compositi. Ad esempio, il colore della madreperla e delle perle è spiegato dalla diffrazione della luce bianca sulle sue macchie più piccole.

I reticoli di diffrazione, che sono un sistema di strette fenditure parallele della stessa larghezza, situate alla stessa distanza, sono ampiamente utilizzati negli esperimenti e nella tecnologia scientifica. D a parte. Questa distanza è chiamata costante reticolare. Lascia che un raggio parallelo di luce monocromatica (onda luminosa monocromatica piana) cada sul reticolo di diffrazione del DG, perpendicolare ad esso. Per osservare la diffrazione, viene posta dietro di essa una lente collettore L, nel cui piano focale è posto uno schermo E, che mostra una vista in un piano tracciato attraverso le fessure perpendicolari al reticolo di diffrazione, e solo i raggi ai bordi del vengono visualizzati gli slot. A causa della diffrazione, le onde luminose vengono emesse dalle fenditure in tutte le direzioni. Scegliamone una formando un angolo j con la direzione della luce incidente. Questo angolo è chiamato angolo di diffrazione. La luce proveniente dalle fessure del reticolo di diffrazione ad angolo p viene raccolta dalla lente nel punto P (più precisamente in una striscia passante per questo punto). Differenza di corsa geometrica D io tra i raggi corrispondenti uscenti da asole adiacenti, come si vede dalla Fig. 84,1 è uguale ad A! = d ~ sip 9. La luce che passa attraverso l'obiettivo non introduce ulteriori differenze di percorso. Pertanto, se A! uguale a un numero intero di lunghezze d'onda, cioè , quindi nel punto P le onde si amplificano a vicenda. Questo rapporto è una condizione per i cosiddetti massimi maggiori. L'intero m è detto ordine dei massimi principali.

Se la luce bianca cade sul reticolo, allora per tutte le lunghezze d'onda le posizioni dei massimi di ordine zero (m = O) coincideranno; le posizioni dei massimi di ordine superiore sono diverse: più l, ???? // più j ad un dato valore di m. Pertanto, il massimo centrale ha la forma di una stretta striscia bianca e i massimi principali di altri ordini sono strisce multicolori di larghezza finita: lo spettro di diffrazione. Pertanto, un reticolo di diffrazione decompone la luce complessa in uno spettro ed è quindi utilizzato con successo negli spettrometri.

Dispersione della luce. Il fenomeno della dipendenza dell'indice di rifrazione di una sostanza dalla frequenza della luce è chiamato dispersione della luce.È stato scoperto che con un aumento della frequenza della luce, aumenta l'indice di rifrazione della sostanza. Lascia cadere uno stretto raggio parallelo di luce bianca su un prisma triedrico, che mostra la sezione del prisma per il piano del disegno e uno dei raggi). Quando passa attraverso un prisma, si decompone in fasci di luce di diversi colori dal viola al rosso. La barra dei colori sullo schermo è chiamata spettro continuo. I corpi riscaldati emettono onde luminose con tutti i tipi di frequenze che si trovano nella gamma di frequenze da a Hz. Quando questa luce viene decomposta, si osserva uno spettro continuo. L'aspetto di uno spettro continuo è spiegato dalla dispersione della luce. L'indice di rifrazione è più alto per la luce viola e il più basso per il rosso. Ciò porta al fatto che la luce viola sarà rifratta più fortemente e la luce rossa sarà meno rifratta. La decomposizione della luce complessa che passa attraverso un prisma viene utilizzata negli spettrometri

3. Interferenza delle onde. L'interferenza delle onde è il fenomeno di amplificazione e attenuazione delle onde in determinati punti dello spazio quando si sovrappongono. Solo onde coerenti possono interferire. Le onde coerenti sono quelle onde (sorgenti) le cui frequenze sono le stesse e la differenza di fase delle oscillazioni non dipende dal tempo. Il luogo dei punti in cui si verifica l'amplificazione o l'attenuazione delle onde, rispettivamente, è chiamato il massimo di interferenza o il minimo di interferenza e la loro combinazione è chiamata il modello di interferenza. A questo proposito si può dare una diversa formulazione del fenomeno. L'interferenza delle onde è il fenomeno della sovrapposizione di onde coerenti con la formazione di un modello di interferenza.

Il fenomeno dell'interferenza della luce viene utilizzato per controllare la qualità del trattamento superficiale, la chiarificazione ottica, misurare gli indici di rifrazione di una sostanza, ecc.

44. Effetto fotoelettrico e sue leggi. Quanti di luce. L'equazione di Einstein.

1. Effetto fotoelettrico. Il fenomeno dello strappo degli elettroni da una sostanza sotto l'influenza della radiazione elettromagnetica (compresa la luce) è chiamato effetto fotoelettrico. Esistono due tipi di effetto fotoelettrico: esterno e interno. Con un effetto fotoelettrico esterno, gli elettroni strappati lasciano il corpo e con uno interno rimangono al suo interno. Va notato che l'effetto fotoelettrico interno si osserva solo nei semiconduttori e nei dielettrici. Soffermiamoci solo sul fotoeffetto esterno. per studiare l'effetto fotoelettrico esterno, lo schema mostrato in Fig. 87.1. L'anodo A e il catodo K sono posti in un recipiente in cui viene creato un vuoto spinto. Tale dispositivo è chiamato fotocellula. Se nessuna luce cade sulla fotocellula, non c'è corrente nel circuito e l'amperometro mostra zero. Quando è illuminato con luce di frequenza sufficientemente alta, l'amperometro mostra che nel circuito scorre una corrente. Le leggi dell'effetto fotoelettrico sono state stabilite empiricamente:

1. Il numero di elettroni espulsi dalla materia è proporzionale all'intensità della luce.

2. La massima energia cinetica degli elettroni emessi è proporzionale alla frequenza della luce e non dipende dalla sua intensità.

H. Per ogni sostanza è presente un bordo rosso dell'effetto fotoelettrico, cioè la più bassa frequenza di luce alla quale è ancora possibile il fotoeffetto.

La teoria ondulatoria della luce non è in grado di spiegare le leggi dell'effetto fotoelettrico. Le difficoltà nello spiegare queste leggi hanno portato Einstein a creare una teoria quantistica della luce. Arrivò alla conclusione che la luce è un flusso di particelle speciali chiamate fotoni o quanti. L'energia del fotone e è e= hn, dove n è la frequenza della luce, h è la costante di Planck.

È noto che per estrarre un elettrone, gli deve essere assegnata un'energia minima, chiamata funzione di lavoro A dell'elettrone. Se l'energia del fotone è maggiore o uguale alla funzione lavoro, l'elettrone viene espulso dalla sostanza, ad es. c'è un effetto foto. Gli elettroni emessi hanno diverse energie cinetiche. L'energia più alta è posseduta dagli elettroni strappati dalla superficie di una sostanza. Gli elettroni estratti dalle profondità prima di raggiungere la superficie perdono parte della loro energia quando entrano in collisione con gli atomi della sostanza. Troviamo la massima energia cinetica Wk, che l'elettrone acquisisce, usando la legge di conservazione dell'energia,

dove m e Vm sono la massa e la velocità massima dell'elettrone. Questo rapporto può essere scritto in modo diverso:

Questa equazione è chiamata equazione di Einstein per l'effetto fotoelettrico esterno... È formulato: l'energia del fotone assorbito viene spesa per la funzione lavoro dell'elettrone e per l'acquisizione di energia cinetica da parte di esso.

L'equazione di Einstein spiega tutte le leggi dell'effetto fotoelettrico esterno. Lascia che la luce monocromatica cada sulla sostanza. Secondo la teoria dei quanti, l'intensità della luce è proporzionale all'energia trasportata dai fotoni, cioè proporzionale al numero di fotoni. Pertanto, con un aumento dell'intensità della luce, aumenta il numero di fotoni che cadono sulla sostanza e, di conseguenza, il numero di elettroni espulsi. è prima legge fotoeffetto esterno. Dalla formula (87.1) segue che l'energia cinetica massima del fotoelettrone dipende dalla frequenza v della luce e dalla funzione di lavoro A, ma non dipende dall'intensità della luce. Questa è la seconda legge dell'effetto fotoelettrico. E, infine, dall'espressione (87.2) segue che l'effetto fotoelettrico esterno è possibile se hv³ R. L'energia di un fotone dovrebbe essere almeno sufficiente per estrarre un elettrone senza impartirgli energia cinetica. Quindi il bordo rosso v 0 dell'effetto fotoelettrico si trova dalla condizione hv 0 = A o v 0 = A / h. Questo spiega la terza legge dell'effetto fotoelettrico.

45. Modello nucleare dell'atomo. Esperimenti di Rutherford sulla diffusione delle particelle α.

La composizione del nucleo atomico. Gli esperimenti di Rutherford hanno mostrato che gli atomi hanno un nucleo molto piccolo attorno al quale ruotano gli elettroni. Rispetto alla dimensione del nucleo, la dimensione degli atomi è enorme e, poiché quasi tutta la massa di un atomo è contenuta nel suo nucleo, la maggior parte del volume di un atomo è in realtà spazio vuoto. Il nucleo atomico è composto da neutroni e protoni. Le particelle elementari che formano i nuclei (neutroni e protoni) sono chiamate nucleoni. Il protone (il nucleo dell'atomo di idrogeno) ha carica positiva + e, pari alla carica di un elettrone e ha una massa 1836 volte la massa di un elettrone. Un neutrone è una particella elettricamente neutra con una massa approssimativamente uguale a 1839 masse di elettroni.

isotopi vengono chiamati nuclei con lo stesso numero di carica e diverso numero di massa. La maggior parte degli elementi chimici ha più isotopi. Hanno le stesse proprietà chimiche e occupano un posto nella tavola periodica. Ad esempio, l'idrogeno ha tre isotopi: prozio (), deuterio () e trizio (). L'ossigeno ha isotopi con numero di massa A = 16, 17, 18. Nella stragrande maggioranza dei casi, gli isotopi dello stesso elemento chimico hanno quasi le stesse proprietà fisiche (l'eccezione è, ad esempio, gli isotopi di idrogeno)

Le dimensioni approssimative del nucleo sono state determinate negli esperimenti di Rutherford sulla diffusione delle particelle α. I risultati più accurati si ottengono studiando la diffusione degli elettroni veloci da parte dei nuclei. Si è scoperto che i nuclei hanno una forma approssimativamente sferica e il suo raggio dipende dal numero di massa A secondo la formula m.

46. ​​​​Emissione e assorbimento della luce da parte degli atomi. Spettro a riga continua.

Secondo l'elettrodinamica classica, le particelle cariche in movimento accelerato emettono onde elettromagnetiche. In un atomo, gli elettroni, muovendosi attorno al nucleo, hanno un'accelerazione centripeta. Pertanto, dovrebbero emettere energia sotto forma di onde elettromagnetiche. Di conseguenza, gli elettroni si muoveranno lungo percorsi a spirale, avvicinandosi al nucleo e, infine, cadendo su di esso. Dopo di che, l'atomo cessa di esistere. In realtà, tuttavia, gli atomi sono formazioni stabili.

È noto che le particelle cariche, muovendosi in circolo, emettono onde elettromagnetiche con una frequenza pari alla frequenza di rotazione della particella. Gli elettroni in un atomo, muovendosi lungo una traiettoria a spirale, cambiano la frequenza di rotazione. Pertanto, la frequenza delle onde elettromagnetiche emesse cambia gradualmente e l'atomo dovrebbe emettere onde elettromagnetiche in un determinato intervallo di frequenza, ad es. lo spettro dell'atomo sarà continuo. In realtà, è governato. Per eliminare queste carenze, Bohr arrivò alla conclusione che era necessario abbandonare i concetti classici. Ha postulato una serie di principi che sono chiamati postulati di Bohr.

Spettro di linea . Se la luce emessa da un gas riscaldato (ad esempio, un cilindro di idrogeno attraverso il quale viene fatta passare una corrente elettrica) viene scomposta in uno spettro usando un reticolo di diffrazione (o un prisma), allora si scopre che questo lo spettro è costituito da una serie di righe... Pertanto, un tale spettro chiamata governato . Linearità significa che lo spettro contiene solo lunghezze d'onda ben definite, ecc., e non tutto, come nel caso della luce di una lampadina elettrica.

47. Radioattività. Radiazioni alfa, beta, gamma.

1. Radioattività. Il processo di decadimento spontaneo dei nuclei atomici è chiamato radioattività. Il decadimento radioattivo dei nuclei è accompagnato dalla trasformazione di alcuni nuclei instabili in altri e dall'emissione di varie particelle.È stato scoperto che queste trasformazioni nucleari non dipendono da condizioni esterne: illuminazione, pressione, temperatura, ecc. Esistono due tipi di radioattività: naturale e artificiale. La radioattività naturale si osserva negli elementi chimici presenti in natura. Di norma, si svolge in nuclei pesanti situati alla fine della tavola periodica, dietro il piombo. Tuttavia, ci sono anche nuclei radioattivi naturalmente leggeri: isotopo di potassio, isotopo di carbonio e altri. La radioattività artificiale è osservata nei nuclei ottenuti in laboratorio mediante reazioni nucleari. Tuttavia, non c'è alcuna differenza fondamentale tra loro.

È risaputo che la radioattività naturale dei nuclei pesanti è accompagnata dalla radiazione, che consiste di tre tipi:un-, B-, G-raggi. un-raggiè un flusso nuclei di elio ad alta energia, che hanno valori discreti. B-raggi - flusso di elettroni, le cui energie prendono tutti i valori possibili da un valore prossimo allo zero a 1,3 MeV. G- raggi - onde elettromagnetiche con una lunghezza d'onda molto corta.

La radioattività è ampiamente utilizzata nella ricerca scientifica e nella tecnologia. È stato sviluppato un metodo per controllare la qualità dei prodotti o dei materiali: il rilevamento dei difetti. Il rilevamento dei difetti ai raggi gamma consente di stabilire la profondità e la corretta posizione dell'armatura in cemento armato, per identificare cavità, vuoti o aree di calcestruzzo di densità irregolare, casi di contatto lasco del calcestruzzo con l'armatura. L'esame delle cuciture saldate consente di identificare vari difetti. La densità dei vari materiali da costruzione è determinata mediante trasmissione di campioni di spessore noto; la densità raggiunta durante la formazione di prodotti in calcestruzzo o quando si posiziona il calcestruzzo in un monolite deve essere controllata al fine di ottenere la data resistenza dell'intera struttura. Il grado di compattazione dei terreni e delle basi stradali è un indicatore importante della qualità del lavoro. Il grado di assorbimento dei raggi g ad alta energia può essere giudicato dal contenuto di umidità dei materiali. Sono stati costruiti strumenti radioattivi per misurare la composizione del gas e la fonte di radiazione in essi contenuta è una quantità molto piccola di un isotopo che emette raggi g. Un dispositivo di segnalazione radioattiva consente di determinare la presenza di piccole impurità di gas formate durante la combustione di qualsiasi materiale. Dà un allarme quando scoppia un incendio nella stanza.

48. Protoni e neutroni. Energia di legame dei nuclei atomici.

Per studiare le forze nucleari, sembrerebbe, è necessario conoscere la loro dipendenza dalla distanza tra i nucleoni. Tuttavia, lo studio del legame tra nucleoni può essere effettuato anche con metodi energetici.

La forza di una data formazione si giudica da quanto è facile o difficile distruggerla: più è difficile distruggerla, più è forte. Ma distruggere un nucleo significa rompere i legami tra i suoi nucleoni. rompere questi legami, cioè per la scissione di un nucleo nei suoi nucleoni costituenti, è necessario spendere una certa energia, chiamata energia di legame del nucleo.

Stimiamo l'energia di legame dei nuclei atomici. Lascia che la massa a riposo dei nucleoni, da cui è formato il nucleo, sia uguale, Secondo la teoria della relatività speciale, corrisponde all'energia calcolata dalla formula, dove c è la velocità della luce nel vuoto. Una volta formato, il nucleo ha energia. dove M è la massa del nucleo. Le misurazioni mostrano che la massa a riposo del nucleo è sempre inferiore alla massa a riposo delle particelle allo stato libero che compongono il dato nucleo. La differenza tra queste masse è chiamata difetto di massa. Pertanto, quando si forma il nucleo, viene rilasciata energia. Dalla legge di conservazione dell'energia, possiamo concludere che la stessa energia dovrebbe essere spesa per dividere un nucleo in protoni e neutroni. Pertanto, l'energia di legame è uguale a. Se un nucleo con massa M è formato da Z protoni con massa I da N = A - Z neutroni con massa, allora il difetto di massa è

Con questo in mente, l'energia di legame si trova con la formula:

La stabilità dei nuclei è giudicata dall'energia di legame media per nucleone del nucleo, che è chiamata energia di legame specifica... lei è uguale

L'esame di ammissione alla fisica (in forma scritta) mira a valutare la conoscenza della fisica dei candidati.

La complessità delle domande nei compiti d'esame corrisponde alla complessità dei programmi di fisica studiati nelle istituzioni educative dell'istruzione secondaria.

Prima dell'inizio degli esami, i candidati vengono consultati, vengono spiegate la procedura per lo svolgimento degli esami e i requisiti.

Il segretario della commissione giudicatrice, 20 minuti prima dell'inizio dell'esame, consegna i compiti d'esame al presidente della commissione esaminatrice della materia.

All'esame il candidato deve dimostrare di possedere fiducioso le conoscenze e le competenze previste dal programma. Il candidato deve essere in grado di utilizzare il sistema SI nei calcoli e conoscere le unità delle grandezze fisiche di base.

Tutte le registrazioni al momento del completamento dell'incarico vengono effettuate solo su appositi moduli rilasciati al richiedente all'inizio dell'esame.

Il compito di fisica dura 60 minuti. È consentito utilizzare una calcolatrice durante l'esecuzione del lavoro. In tutti i compiti, a meno che la condizione non sia specificatamente indicata, la resistenza dell'aria durante il movimento dei corpi dovrebbe essere trascurata e l'accelerazione di gravità dovrebbe essere considerata pari a 10 m / s 2.

Durante il test di ammissione, i candidati devono rispettare le seguenti regole di comportamento:

fare silenzio;

lavorare indipendentemente;

non utilizzare alcun materiale di riferimento (tutorial, libri di riferimento, ecc., nonché qualsiasi tipo di cheat sheet);

non parlare con altri esaminandi;

non fornire assistenza nel completamento degli incarichi ad altri esaminatori;

non utilizzare i mezzi di comunicazione operativa;

non allontanarsi dal territorio, stabilito dalla commissione giudicatrice per la prova di ammissione.

Per violazione delle regole di condotta, il richiedente viene rimosso dal test di ammissione con 0 punti per il lavoro svolto, indipendentemente dal numero di compiti correttamente completati, sui quali viene redatto un atto, approvato dal presidente del comitato di selezione.

Ogni compito contiene 10 compiti da diverse sezioni della fisica. Il foglio delle attività contiene una tabella in cui è necessario inserire le risposte con l'indicazione delle unità di misura.

SCALA DI VALUTAZIONE DEGLI INCARICHI COMPLETATI

OPZIONI PER ESAMI DI AMMISSIONE

Il numero massimo di punti è 100.

Il numero minimo di punti richiesto è 36.

Opzioni di lavoro di esempio:

Opzione numero 01

1 ... L'auto, muovendosi uniformemente accelerata da uno stato di riposo, ha coperto una distanza di 100 m in 10 secondi. Trova la quantità di accelerazione del veicolo.

Risposte: 1) 2 m/s 2; 2) 0,2 m/s2; 3) 20 m/s 2.

2. Il modulo della risultante di tutte le forze applicate a un corpo che pesa 4 kg è 10 N. Qual è il valore assoluto dell'accelerazione con cui si muove il corpo?

Risposte: 1) 5 m/s 2; 2) 0,2 m/s2; 3) 2,5 m/s 2.

3. Un carico del peso di 1000 kg deve essere sollevato a un'altezza di 12 m in 1 min. Determinare la potenza minima che il motore deve avere per questo scopo.

Risposte: 1) 2 · 10 2 W; 2) 2kW; 3) 2,5kW.

4 ... Con quale forza agisce un campo magnetico con un'induzione di 1,5 T su un conduttore lungo 30 cm, posto perpendicolarmente alle linee di induzione magnetica? Nel conduttore scorre una corrente di 2A.

Risposte: 1) 0,9 N; 2) 9 ore; trenta.

5. Determinare l'entità del flusso magnetico accoppiato al circuito con un'induttanza di 12 mH, quando una corrente di 5 A lo attraversa.

Risposte: 1) 6 Wb; 2) 0,06 Wb; 3) 60 Wb.

6. Il gas, a cui è stata segnalata una quantità di calore di 500J, ha svolto il lavoro di 200J. Determinare la variazione dell'energia interna del gas.

Risposte: 1) 300J; 2) 700J; 3) 350J.

7. Determinare la resistenza totale di un circuito costituito da tre resistenze collegate in parallelo da 30 ohm ciascuna e una resistenza da 20 ohm collegata in serie con esse.

Risposte: 1) 50 Ohm; 2) 30 Ohm; 3) 110 Ohm.

8. Qual è la lunghezza d'onda se la sua velocità è 330 m/s e il periodo è 2 s?

Risposte: 1) 66 metri; 2) 165 mq; 3) 660 mt.

9. L'equazione della vibrazione armonica ha la forma. Determinare la frequenza di vibrazione.

Risposte: 1) 2Hz; 2) 100Hz; 3) 4Hz.

10. Scrivi la designazione mancante nella seguente reazione nucleare:

Risposte: 1) ; 2) ; 3) .

Opzione numero 02

1 ... L'equazione del moto del corpo ha la forma: ... Determina la velocità iniziale del corpo.

Risposte: 1) 5 m/s; 2) 10 m/s; 3) 2,5 m/s.

2. Un corpo del peso di 1 kg viene lanciato verticalmente verso l'alto ad una velocità di 8 m/s. Determinare l'energia cinetica del corpo al momento del lancio?

Risposte: 1) 8J; 2) 32J; 3) 4J.

3. Determinare il lavoro di forza eseguito quando si solleva un corpo del peso di 3 kg a un'altezza di 15 m.

Risposte: 1) 450J; 2) 45J; 3) 250J.

4 ... Il gas in un motore termico ideale fornisce al frigorifero il 70% del calore ricevuto dal riscaldatore. Qual è la temperatura del frigorifero se la temperatura del riscaldatore è di 430 K?

INFORMAZIONI GENERALI SULLE ESAMI DI AMMISSIONE IN FISICA

Alla RTU MIREA l'esame di ammissione a fisica si svolge in forma scritta (per i candidati che non hanno sostenuto l'esame). La scheda d'esame comprende due domande teoriche e cinque compiti. Le domande teoriche dei biglietti d'esame sono formate sulla base del programma tutto russo di esami di ammissione in fisica alle università tecniche. Di seguito è riportato un elenco completo di tali domande.

Va notato che durante l'esame, l'obiettivo principale è la profondità di comprensione del materiale e non la sua riproduzione meccanica. Pertanto, è auspicabile illustrare il più possibile le risposte alle domande teoriche con figure esplicative, grafici, ecc. Nelle espressioni analitiche fornite, deve essere indicato il significato fisico di ciascuno dei parametri. Non dovresti descrivere in dettaglio gli esperimenti e gli esperimenti che confermano questa o quella legge fisica, ma puoi limitarti solo a una dichiarazione delle conclusioni da essi. Se la legge ha un registro analitico, allora dovrebbe essere citata, senza dare una formulazione verbale. Quando si risolvono problemi e si risponde a domande teoriche, le quantità vettoriali dovrebbero essere fornite con segni appropriati e dal lavoro del richiedente l'esaminatore dovrebbe avere una chiara opinione che il richiedente conosce la differenza tra uno scalare e un vettore.

La profondità del materiale presentato è determinata dal contenuto dei libri di testo standard per le scuole secondarie e dei manuali per i candidati alle università.
Quando si risolvono i problemi, si consiglia di:

• fornire un disegno schematico che rifletta le condizioni del problema (per la maggior parte dei problemi fisici questo è semplicemente necessario);
• introdurre designazioni per quei parametri che sono necessari per risolvere questo problema (senza dimenticare di indicare il loro significato fisico);
• annotare le formule che esprimono le leggi fisiche utilizzate per risolvere questo problema;
• effettuare le necessarie trasformazioni matematiche e presentare la risposta in forma analitica;
• se necessario, eseguire calcoli numerici e ottenere la risposta nel sistema SI o nelle unità indicate nella dichiarazione del problema.

Quando si riceve una risposta a un problema in forma analitica, è necessario verificare la dimensione dell'espressione risultante e, naturalmente, è incoraggiato lo studio del suo comportamento in casi evidenti o estremi.

Dagli esempi forniti di attività introduttive, si può vedere che le attività offerte in ciascuna opzione variano molto in termini di complessità. Pertanto, il numero massimo di punti che si possono ottenere per un problema correttamente risolto e una domanda teorica non è lo stesso ed è uguale: domanda teorica - 10 punti, problema n. 3 - 10 punti, problemi n. 4, 5, 6 - 15 punti e problema n. 7 - 25 punti ...

Pertanto, un candidato che ha completato completamente l'attività può ottenere un massimo di 100 punti. Quando viene ricalcolata in un punteggio di 10 punti, che viene riportato sulla scheda d'esame del candidato, è attualmente in vigore la seguente scala: 19 punti o meno - "tre", 20 ÷ 25 punti - "quattro", 26 ÷ 40 punti - " cinque”, 41 ÷ 55 punti - “sei”, 56 ÷ 65 punti - “sette”, 66 ÷ 75 punti - “otto”, 76 ÷ 85 punti - “nove”, 86 ÷ 100 punti - “dieci”. La valutazione minima positiva era un punteggio di "quattro". Si noti che la scala di conversione può cambiare in una direzione o nell'altra.

Quando controlla il lavoro del richiedente, l'insegnante non è obbligato a esaminare la bozza e lo fa in casi eccezionali per chiarire alcune questioni che non sono sufficientemente chiare dalla bozza.

Per l'esame di fisica è ammessa una calcolatrice non programmabile. È severamente vietato utilizzare qualsiasi mezzo di comunicazione e computer tascabili.

L'esame scritto di fisica dura quattro ore astronomiche (240 minuti).

QUESTIONI DEGLI ESAMI DI AMMISSIONE IN FISICA

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Lettore Adobe

Le domande si basano sul programma tutto russo degli esami di ammissione in fisica alle università.

1. Sistema di riferimento. Punto materiale. Traiettoria. Percorso e movimento. Velocità e accelerazione.
2. La legge di addizione delle velocità di un punto materiale in differenti sistemi di riferimento. Dipendenza della velocità e delle coordinate di un punto materiale nel tempo per il caso di moto uniformemente accelerato.
3. Moto circolare uniforme. Velocità lineari e angolari e loro relazione. Accelerazione con movimento uniforme del corpo attorno alla circonferenza (accelerazione centripeta).
4. Prima legge di Newton. Sistemi di riferimento inerziali. Il principio di relatività di Galileo. Peso. Potenza. Le forze risultanti. Seconda legge di Newton. Terza legge di Newton.
5. Spalla di forza. Momento di potere. Condizione di equilibrio per i corpi.
6. Forze elastiche. Legge di Hooke. Forza di attrito. Attrito statico Attrito radente. Coefficiente di attrito radente.
7. La legge di gravitazione universale. Gravità. Peso corporeo. Assenza di peso. Prima velocità spaziale (conclusione).
8. Impulso corporeo. Impulso di potere. La relazione tra un cambiamento nell'impulso corporeo e un impulso di forza.
9. Sistema chiuso di corpi. Legge di conservazione degli impulsi. Il concetto di propulsione a getto.
10. Lavoro meccanico. Potere, potere del potere. Energia cinetica. La connessione tra lavoro e cambiamenti nell'energia cinetica del corpo.
11. Potenziali forze. Energia potenziale. La relazione tra il lavoro delle forze potenziali e l'energia potenziale. Energia potenziale di gravità e forze elastiche. La legge di conservazione dell'energia meccanica.
12. Pressione. Legge di Pascal per liquidi e gas. Vasi comunicanti. Il principio della pressa idraulica. Legge di Archimede per liquidi e gas. La condizione per i corpi di galleggiare sulla superficie di un liquido.
13. Le principali disposizioni della teoria della cinetica molecolare e la loro fondatezza sperimentale. Massa molare. Il numero di Avogadro. La quantità di sostanza. Gas perfetto.
14. L'equazione di base della teoria cinetico-molecolare di un gas ideale. La temperatura e il suo significato fisico. Scala di temperatura assoluta.
15. Equazione di stato dei gas ideali (equazione di Clapeyron-Mendeleev). Processi isotermici, isocore e isobarici.
16. Energia interna. Quantità di calore. Lavoro in termodinamica. La legge di conservazione dell'energia nei processi termici (la prima legge della termodinamica).
17. Capacità termica di una sostanza. Trasformazioni di fase della materia. Calore specifico di vaporizzazione e calore specifico di fusione. Equazione del bilancio termico.
18. Il principio di funzionamento dei motori termici. Efficienza del motore termico e suo valore massimo. Ciclo di Carnot.
19. Evaporazione e condensazione. Liquido bollente. Vapori saturi e insaturi. Umidità dell'aria.
20. Legge di Coulomb. Intensità del campo elettrico. Campo elettrostatico di carica puntiforme. Il principio di sovrapposizione dei campi.
21. Il lavoro di un campo elettrostatico durante lo spostamento di una carica. Differenza potenziale e potenziale. Potenziale del campo di una carica puntiforme. La relazione tra l'intensità di un campo elettrostatico omogeneo e la differenza di potenziale.
22. Capacità elettrica. Condensatori. Capacità di un condensatore piatto. L'energia immagazzinata nel condensatore è l'energia del campo elettrico.
23. Capacità della batteria dei condensatori collegati in serie e in parallelo (uscita).
24. Elettricità. Forza attuale. Legge di Ohm per una sezione di una catena. Resistenza dei conduttori metallici. Collegamento seriale e parallelo dei conduttori (uscita).
25. Forza elettromotrice (EMF). Legge di Ohm per un circuito completo. Opera e potenza della corrente - Legge di Joule-Lenz (conclusione).
26. Induzione del campo magnetico. La forza che agisce su un conduttore percorso da corrente in un campo magnetico. Legge di Ampere.
27. L'azione di un campo magnetico su una carica in movimento. Forza di Lorentz. La natura del movimento di una particella carica in un campo magnetico uniforme (la velocità della particella è orientata perpendicolarmente al vettore di induzione).
28. L'azione di un campo magnetico su una carica in movimento. Forza di Lorentz. La natura del movimento di una particella carica in un campo magnetico uniforme (la velocità della particella forma un angolo acuto con il vettore di induzione del campo magnetico).
29. Il fenomeno dell'induzione elettromagnetica. Flusso magnetico. La legge dell'induzione elettromagnetica. La regola di Lenz.
30. Il fenomeno dell'autoinduzione. CEM di autoinduzione. Induttanza. Energia immagazzinata in un loop di corrente.
31. Oscillazioni elettromagnetiche libere nel circuito LC. Conversione di energia in un circuito oscillatorio. Frequenza naturale delle oscillazioni nel circuito.
32. Corrente elettrica alternata. Ricezione di corrente alternata. Tensione e corrente RMS. Trasformatore, il suo principio di funzionamento.
33. Le leggi della riflessione e della rifrazione della luce. Indice di rifrazione. Riflessione interna totale, angolo limite di riflessione totale. Costruzione di un'immagine in uno specchio piano.
34. Lenti collettrici e diffondenti. Il percorso dei raggi nelle lenti. Formula per lenti sottili. Costruzione di un'immagine in lenti collettive e diffondenti (un caso caratteristico per ogni lente a scelta).
35. Quanti di luce. Il fenomeno dell'effetto fotoelettrico. Equazione di Einstein per l'effetto fotoelettrico.
36. Esperimenti di Rutherford sulla diffusione delle particelle alfa. Modello nucleare dell'atomo. I postulati di Bohr.
37. Modello nucleare dell'atomo. La composizione del nucleo dell'atomo. Isotopi. Radioattività. Radiazioni alfa, beta e gamma.

ESEMPI DI BIGLIETTI D'ESAME

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