Физика(экзамен)

Здесь r – расстояние от данного участка Δl до точки наблюдения, α – угол между направлением на точку наблюдения и направлением тока на данном участке, μ0 – магнитная постоянная.

В общем случае сила Ампера выражается соотношением:

Это соотношение принято называть законом Ампера.

Физическая величина, показывающая, во сколько раз индукция магнитного поля в однородной среде отличается по модулю от индукции магнитного поля в вакууме, называется магнитной проницаемостью:

Магнитные свойства веществ определяются магнитными свойствами атомов или элементарных частиц (электронов, протонов и нейтронов), входящих в состав атомов. Магнитные свойства веществ в основном определяются электронами, входящими в состав атомов.

Вещества, способные сильно намагничиваться в магнитном поле, называются ферромагнетиками.

К группе ферромагнетиков относятся четыре химических элемента: железо, никель, кобальт, гадолиний.

Диамагнетики — вещества, намагничивающиеся против направления внешнего магнитного поля.

Парамагнетики — вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении внешнего магнитного поля. Парамагнетики относятся к слабомагнитным веществам, магнитная проницаемость незначительно отличается от единицы μ>1.

Магнитная индукция — векторная величина, показывающая, с какой силой магнитное поле действует на движущийся заряд.

Магнитная индукция - векторная величина, характеризующая магнитное поле и определяющая силу, действующую на движущуюся или смещающуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля в заданной точке. Модуль и направление вектора магнитной индукции определяется по влиянию магнитного поля на рамку с током, помещаемую в заданную точку магнитного поля.

Поток магнитной индукции - поток вектора магнитной индукции через некоторую поверхность; величина, равная произведению:

- модуля вектора магнитной индукции; на

- площадь поверхности; и на

- косинус угла между вектором магнитной индукции и нормалью к поверхности.

В СИ единицей магнитного потока является вебер.

Магнитное поле Земли — магнитное поле Земли, генерируемое внутриземными источниками.

Магнитное поле Земли - пространство, в котором действуют магнитные силы. Основная часть магнитного поля Земли создается источниками, расположенными внутри Земли. Электрические токи в ионосфере создают свое магнитное поле, но доля его в общем магнитном поле Земли незначительна.

Электромагнитная индукция — возникновение электродвижущей силы (ЭДС) в проводнике, находящемся в изменяющемся магнитном поле или благодаря движению проводника относительно неподвижного магнитного поля.

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея (в системе СИ):

где

— электродвижущая сила, действующая вдоль произвольно выбранного контура,

ΦB — магнитный поток через поверхность, натянутую на этот контур.

Правило Ленца: Индукционный ток возникающий в замкнутом проводящем контуре, имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле противодействует тому изменению магнитного потока, которым был вызван данный ток..

Самоиндукция — явление возникновения ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении протекающего через контур тока.

Величина ЭДС пропорциональна скорости изменения силы тока I и индуктивности контура L:

Магнитная взаимоиндукция – явление возникновения магнитодвижущей силы в контуре магнитной цепи вследствие электромагнитной индукции, вызванной изменением сцепляющегося с контуром потока электрической индукции, обусловленного магнитными токами в других контурах.

Евзаим= - М^l/^t

Индуктивность — физическая величина, характеризующая магнитные свойства электрической цепи.

Энергия магнитного поля - энергия, связанная с магнитным полем и преобразующаяся в другие формы энергии при изменении магнитного поля.

где I — сила тока в контуре.

Переменный ток — это ток, который изменяется по закону синуса с течением времени.

Переменный электрический ток - электрический ток, периодически изменяющий свое направление в цепи так, что среднее значение силы тока за период равно нулю.

Активное сопротивление определяет действительную часть импеданса:

Z = R + iX, где Z — импеданс, R — величина активного сопротивления, X — величина реактивного сопротивления, i — мнимая единица.

Активное сопротивление — сопротивление электрической цепи или её участка, обусловленное необратимыми превращениями электрической энергии в другие виды энергии (в тепловую энергию).

Колебательный контур — электрическая цепь, содержащая параллельно соединённые катушку индуктивности и конденсатор. В такой цепи могут возбуждаться колебания тока (и напряжения).

Формула Томсона. Период собственных колебаний в контуре без активного сопротивления

где L — индуктивность контура; С — его электроемкость.

Ёмкостное сопротивление (XC). Величина ёмкостного сопротивления зависит от ёмкости элемента С и также частоты протекающего тока:

Индуктивное сопротивление (XL) обусловлено возникновением ЭДС самоиндукции. Электрический ток создает магнитное поле. Изменение тока, и как следствие изменение магнитного поля, вызывает ЭДС самоиндукции, которая препятствует изменению тока. Величина индуктивного сопротивления зависит от индуктивности элемента и частоты протекающего тока:

Напряжение.

Отношение работы, совершаемой любым электрическим полем при перемещении положительного заряда из одной точки поля в другую, к значению заряда называется напряжением между этими точками.

Закон Ома для участка электрической цепи имеет вид:

U = RI

где:

U — напряжение или разность потенциалов,

I — сила тока,

R — сопротивление.

Закон Ома для полной цепи

где:

E — ЭДС цепи,

I — сила тока в цепи,

R — сопротивление всех элементов цепи,

r — внутреннее сопротивление источника питания.

Кристаллическая решетка - пространственная структура, которую формируют частицы, образующие кристаллы. Основу кристаллической решетки составляет элементарная решетка определенной геометрической формы, в вершинах (узлах) которой расположены атомы, молекулы или ионы.

Капиллярные явления - явления, вызываемые влиянием сил межмолекулярного взаимодействия на равновесие и движение:

- свободной поверхности жидкости;

- поверхности раздела несмешивающихся жидкостей; и

- границ жидкостей с твердыми телами.

Электрический заряд - физическая величина:

- характеризующая свойство тел или частиц вступать в электромагнитные взаимодействия; и

- определяющая значения сил и энергий при таких взаимодействиях.

Электрические заряды делятся на положительные и отрицательные.

Закон Кулона - основной закон электростатики, выражающий зависимость силы взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов от расстояния между ними.

Два неподвижных точечных заряда взаимодействуют с силой прямо пропорциональной произведению величин этих зарядов и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними и диэлектрической проницаемости среды, в которой находятся заряды..

Формулировка

Сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме направлена вдоль прямой, соединяющей заряды, прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними..

Электрическое поле Земли, естественное электрическое поле Земли как планеты, которое наблюдается в твёрдом теле Земли, в морях, в атмосфере и магнитосфере. Э. п. 3. обусловлено сложным комплексом геофизических явлений. Распределение потенциала поля несёт в себе определённую информацию о строении Земли, о процессах, протекающих в нижних слоях атмосферы, в ионосфере, магнитосфере, а также в ближнем межпланетном пространстве и на Солнце.

формула Майера:

Cp = CV + R.

Законы геометрической оптики

Геометрическая оптика - это раздел оптики, изучающий законы распространения света в прозрачных средах и отражения света от зеркальных или полупрозрачных поверхностей.

Закон прямолинейного распространения света.

В оптически однородной среде (в частности, в вакууме) лучи света распространяются прямолинейно.

Прямолинейностью распространения света объясняется образование тени, т.е. области, куда не поступает световая энергия. При малых размерах источника (светящаяся точка) получается резко очерченная тень.

Закон независимости световых пучков.

Энергия в каждом пучке распространяется независимо от других пучков; освещенность поверхности, на которую падает несколько пучков, равна сумме освещенностей, создаваемых каждым пучком в отдельности.

Закон отражения света: падающий и отраженный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости (плоскость падения). Угол отражения γ равен углу падения α.

Закон преломления света: падающий и преломленный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления β есть величина, постоянная для двух данных сред:

Линза — диск из прозрачного однородного материала, ограниченный двумя полированными поверхностями — сферическими или плоской и сферической.

Главная оптическая ось линзы - прямая, проходящая через центры сферических поверхностей, ограничивающих линзу.

Каждая двояковыпуклая сферическая линза имеет одну главную оптическую ось.

Главный фокус линзы - точка, в которой пересекаются:

- лучи, падающие на линзу параллельно главной оптической оси; или

- продолжения этих лучей.

Каждая линза имеет два главных фокуса.

Фокальная плоскость линзы - плоскость, проходящая через главный фокус линзы перпендикулярно главной оптической оси.

Оптический центр линзы - точка: расположенная в центре линзы на ее главной оптической оси. При прохождении через оптический центр линзы лучи света не преломляются.

Формула тонкой линзы - соотношение, связывающее:

- оптическую силу линзы (F);

- с расстоянием от оптического центра линзы до предмета (d); и

- с расстоянием от оптического центра линзы до изображения предмета(f).

1/F = 1/d + 1/f

Оптическая сила линзы - величина, обратная фокусному расстоянию линзы.

Оптическая сила линзы = 1 / Фокусное расстояние

D=1/F

Увеличение линзы - отношение:

- линейных размеров изображения; к

- линейным размерам предмета.

Построение изображения в линзах

Для построения изображения предмета необходимо построить изображение каждой его точки.

Для построения изображения точки достаточно найти точки пересечение двух любых лучей идущих из заданной точки.

Удобнее всего использовать в качестве одного из этих лучей луч, идущий через оптический центр, он идет через линзу не отклоняясь:

Другой удобный луч - идущий параллельно оптической оси. Он, преломляясь в линзе, проходит через фокус, если линза собирающая:

Если линза рассеивающая, то через фокус проходит продолжение луча:

И, если луч шел через фокус собирающей линзы, то после преломления он пойдет параллельно оптической оси:

Для рассеивающей линзы параллельно оптической оси пойдет после преломления луч, продолжение которого проходит через фокус:

Сферическая аберрация - аберрация оптических систем, проявляющаяся в том, что отдельные кольцевые зоны оптической системы дают изображение точки, лежащей на оптической оси, в различных точках оси. В результате изображение светящейся точки выглядит в виде кружка с ярким центром и постепенно ослабевающим ореолом, окружающим центральную часть. Сферическая аберрация наблюдается при использовании широких световых пучков.

Хроматическая аберрация - аберрация оптических систем, связанная с зависимостью показателя преломления прозрачных сред от длины световой волны. Различают два типа хроматической аберрации: хроматизм положения и хроматизм увеличения.

Астигматизм - аберрация оптических систем, при которой изображение точечного источника света представляет собой два взаимно перпендикулярных отрезка прямой линии, но лежащих в одной плоскости.

Дисторсия - аберрация оптических систем, при которой изображение различных частей предмета происходит с различным увеличением. При дисторсии нарушается геометрическое подобие между объектом и его изображением. Различают подушкообразную и бочкообразную дисторсии.

Кома - в оптике - аберрация оптических систем, проявляющаяся в том, что изображение точки, создаваемое косым пучком, имеет вид несимметричного пятна. Кома вызывается неодинаковым преломлением лучей различными участками линзы.

Электроемкостью конденсатора называют величину, равную отношению величины заряда одной из пластин к напряжению между ними. Электроемкость обозначается С.

По определению С = q/U. Единицей электроемкости является фарад (Ф).

Конденсатор — это система двух проводников (обкладок), разделенных слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников.

Под энергией электрического поля конденсатора понимают энергию одной его обкладки, находящейся в поле, созданном другой обкладкой.

Параллельное соединение конденсаторов

Обкладки конденсаторов соединяют попарно, т.е. в системе остается два изолированных проводника, которые и представляют собой обкладки нового конденсатора

Последовательное соединение конденсаторов

Производят только одно соединение, а две оставшиеся обкладки - одна от конденсатора С1 другая от конденсатора С2 - играют роль обкладок нового конденсатора.

Переме́нный ток — это ток, который изменяется по закону синуса с течением времени.

Характеристики переменного тока

Средняя мощность переменного тока за период T равна:

Pср. = Im*Umcos(f)/2,

где f - сдвиг фаз между током и напряжением,

Um и Im - максимальные (амплитудные) значения напряжения и силы тока.

Мгновенная мощность в цепи переменного тока с активным сопротивлением равна: P = I*U.

Среднее значение мощности будет равно:

Активное сопротивление — сопротивление электрической цепи или её участка, обусловленное необратимыми превращениями электрической энергии в другие виды энергии (в тепловую энергию).

ЁМКОСТНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ - реактивное сопротивление, обусловленное ёмкостью цепи переменного синусоидального тока.

Величина ёмкостного сопротивления

Хс = 1 / 6.28 * f * C,

где 6.28 - удвоенное число Пи, f - частота тока, С - ёмкость.

Если выражать f в герцах и С в фарадах, то Хс - в омах.

Индуктивное сопротивление - физическая величина, характеризующая сопротивление, оказываемое переменному току участком электрической цепи, включающем только индуктивность. Индуктивное сопротивление измеряется в омах.

IR = U12 = φ1 – φ2 + = Δφ12 + - Это соотношение принято называть обобщенным законом Ома

Колебательный контур — электрическая цепь, содержащая параллельно соединённые катушку индуктивности и конденсатор.

Формула Томсона - формула, выражающая зависимость периода незатухающих собственных колебаний, возникающих в колебательном контуре, от индуктивности и емкости этого контура.

Колебательные движения.

Колебательные процессы широко известны в природе и технике. Природа колебаний и сам колеблющийся объект могут быть различны: температура, атомы твердого тела, центр тяжести маятника, электрическое и магнитное поля и т.д. Среди них особое место занимают механические колебания.

Механическим колебанием называется процесс, при котором характеристики движения принимают одни и те же значения через некоторые промежутки времени. Колебания, при которых значения физических величин, описывающих данный процесс, повторяются через равные промежутки времени называются периодическими. Минимальное значение этого промежутка времени называется периодом колебаний.

Виды:

Колебания, возникающие в системе, не подвергающейся переменным внешним воздействиям после первоначального толчка, называются свободными. Примером свободных колебаний являются колебания математического маятника.

Если в процессе движения маятник не испытывает сил трения и сопротивления, то его малые колебания (угол отклонения от положения равновесия q < 6 градусов) можно считать гармоническими.

При наличии в системе сил трения или сопротивления свободные колебания будут затухающими.

Колебания, возникающие в системе под воздействием переменной внешней силы, называются вынужденными.

Гармоническое колебание — явление периодического изменения какой-либо величины, при котором зависимость от аргумента имеет характер функции синуса или косинуса. Например, гармонически колеблется величина, изменяющаяся во времени следующим образом:

или

, где х — значение изменяющейся величины, t — время, А — амплитуда колебаний, ω — циклическая частота колебаний, — полная фаза колебаний, — начальная фаза колебаний.

Закон Дальтона.

При постоянной температуре растворимость в данной жидкости каждого из компонентов газовой смеси, находящейся над жидкостью, пропорциональна их парциальному давлению.

Закон Авогадро — одно из важных основных положений химии, гласящее, что «в одинаковых объёмах различных паров и газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) находится одинаковое число частиц».

Основное уравнение кинетической теории газов

где k является отношением газовой постоянной R к числу Авогадро, а i - число степеней свободы молекул.

Основное уравнение МКТ связывает макроскопические параметры (давление, объём, температура) газовой системы с микроскопическими (масса молекул, средняя скорость их движения).

Параметры газа - плотность газа (в случае использования поточного

густотомера), давление и температура газа.

Уравнение состояния идеального газа— формула, устанавливающая зависимость между давлением, молярным объёмом и абсолютной температурой идеального газа. Уравнение имеет вид:

, где:

p — давление,

Vμ — молярный объём,

T — абсолютная температура,

R — универсальная газовая постоянная.

Уравнение (закона) Менделеева — Клапейрона.

Так как , где ν — количество вещества, а , где m — масса, μ — молярная масса, уравнение состояния можно записать:

Эта форма записи носит имя уравнения (закона) Менделеева — Клапейрона.

Барометрическая формула — зависимость давления или плотности газа от высоты в поле тяжести. Для идеального газа, имеющего постоянную температуру T и находящегося в однородном поле тяжести (во всех точках его объёма ускорение свободного падения g одинаково), Б. ф. имеет следующий вид:

,где p — давление газа в слое, расположенном на высоте h, p0 — давление на нулевом уровне (h = h0), M — молярная масса газа, R — газовая постоянная, T — абсолютная температура.

Вязкость газов

В кинетической теории газов коэффициент внутреннего трения вычисляется по формуле

где < u > — средняя скорость теплового движения молекул, λ − средняя длина свободного пробега.

Теплопроводность характеризует способность тела передавать тепловую энергию от одной его точки к другой, если между ними возникает разница температур.

Теплопроводность жидкостей находится в пределах от К = 0,08 до К = 0,6 ккал/м • час ° С.

Теплопроводность жидкостей, за исключением ртути, небольшая.

Теплопроводность твёрдых тел имеет различную природу в зависимости от типа твёрдого тела.

Уравнение (законом) Фурье:

dQ = – l(dT / dn)dsdt, количество теплоты dQ, переносимое за время dt через площадку ds в направлении нормали к этой площадке в сторону убывания температуры, пропорционально градиенту температуры ÑT .

Закон Стокса, закон, определяющий силу сопротивления F, испытываемую твёрдым шаром при его медленном поступательном движении в неограниченной вязкой жидкости: , где m — коэффициент вязкости жидкости, r — радиус шара и u — его скорость.

Пуазейля Закон:

при течении вязкой жидкости через тонкую цилиндрическуютрубку ее объем - протекающий через поперечное сечение трубки в 1 с,пропорционален разности давлений на единицу длины трубки и 4-й степени еедиаметра и обратно пропорционален коэффициенту вязкости. Пуазейля законсправедлив только для ламинарного течения.

Первое начало термодинамики — одно из основных положений термодинамики, являющееся, по существу, законом сохранения энергии в применении к термодинамическим процессам.

Первый закон (первое начало) термодинамики можно сформулировать так:

«Изменение полной энергии системы в квазистатическом процессе равно количеству теплоты Q, сообщённого системе, в сумме с изменением энергии, связанной с количеством вещества N при химическом потенциале μ, и работы A', совершённой над системой внешними силами и полями, за вычетом работы A, совершённой самой системой против внешних сил» :

ΔU = Q − A + μΔN + A'.

Формулировка

1) Количество теплоты, полученное системой, идёт на изменение её внутренней энергии и совершение работы против внешних сил.

2) Изменение внутренней энергии системы при переходе её из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе и не зависит от способа, которым осуществляется этот переход.

Термодинамические параметры - температура, плотность, давление, объем, удельное электрическое сопротивление и другие физические величины:

- однозначно определяющие термодинамическое состояние системы;

- не учитывающие молекулярное строение тел; и

- описывающие их макроскопическое строение.

Теплота - форма проявления внутренней энергии тела без совершения работы. Теплота может быть преобразована в другие виды энергии.

Работа - в термодинамике - способ изменения внутренней энергии тела или системы тел, при котором энергия передается в процессе силового взаимодействия макроскопических тел.

Сила электрического тока - физическая величина, равная отношению заряда, который переносится через поперечное сечение проводника за определенное время, к этому времени. Сила электрического тока измеряется в амперах.

Плотность электрического тока - сила тока, приходящаяся на 1 кв.м площади поперечного сечения проводника при условии, что ток направлен перпендикулярно этому сечению и равномерно по нему распределен.

Электрические колебания - периодические или почти периодические изменения заряда, силы тока, напряжения и других электрических величин.

Электрический резонанс - резкое возрастание амплитуды установившихся вынужденных колебаний при приближении частоты внешнего гармонического воздействия к частоте одного из собственных колебаний системы.