Общая Физика, 2011 год

Составитель – Цирлин Е.В, гр.ПО-913

Вопросы к экзамену по общей физике:

1. Классическая теория электропроводности металлов.

2. Вывод закона Ома в дифференциальной форме из электронной теории.

3. Работа выхода электрона из металла. Поверхностный скачок потенциала.

4. Термоэлектронная эмиссия и её практическое применение.

5. Ионизация газов.

6. Самостоятельный и несамостоятельный газовые разряды.

7. Электропроводность электролитов.

8. Законы электролиза.

9. Магнитное взаимодействие токов. Закон взаимодействия параллельных токов.

10. Магнитный момент кругового тока. Магнитное поле тока.

11. Вектор магнитной индукции.

12. Графическое изображение магнитного поля.

13. Закон Био-Савара-Лапласа-Ампера и его применение к расчету поля.

14. Магнитное поле прямолинейного проводника с током, кругового тока.

15. Магнитный поток. Теорема Гаусса для вектора магнитной индукции.

16. Циркуляция вектора магнитной индукции.

17. Вихревой характер магнитного поля. Поле соленоида.

18. Сила, действующая на движущийся заряд в магнитном поле.

19. Характер и траектория движения заряженной части в магнитном поле.

20. Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле.

21. Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле.

22. Опыты Фарадея для электромагнитной индукции.

23. Закон электромагнитной индукции.

24. Правило Ленца для электромагнитной индукции.

25. Индуктивность. Явление самоиндукции.

26. Вращение рамки в магнитном поле.

27. Явление взаимной индукции.

28. Токи при замыкании и размыкании цепи.

29. Энергия магнитного поля. Объёмная плотность энергии магнитного поля.

30. Типы магнетиков.

31. Намагниченность. Токи намагничивания.

32. Магнитная проницаемость. Закон полного тока для магнитного поля в веществе.

33. Напряжённость магнитного поля.

34. Гармонические колебания и их характеристики.

35. Дифференциальное уравнение свободных незатухающих гармонических колебаний и его решение.

36. Пружинный, физический и математический маятники.

37. Гармонический осциллятор. Энергия гармонического осциллятора.

38. Затухающие колебания. Дифференциальное уравнение затухающих колебаний и его решение. Добротность колебательной системы.

39. Вынужденные колебания. Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний и его решение.

40. Явление резонанса. Резонансные кривые.

41. Сложение гармонических колебаний одного направления и одинаковой частоты.

42. Биения

43. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний.

44. Волновые процессы. Механизм образования механических волн в упругой среде.

45. Продольные и поперечные волны. Синусоидальные волны.

46. Уравнение плоской монохроматической волны. Длина волны. Волновое число.

47. Волновое уравнение. Фазовая скорость распространение волны.

48. Энергия волны. Объёмная плотность энергии.

49. Интенсивность волн. Вектор Умова.

50. Звуковые волны. Характеристика звука: интенсивность, частота, акустические спектры.

51. Эффект Доплера для звуковых волн.

1. Классическая теория электропроводности металлов.

Ионы металла не участвуют в переносе электричества, а перенос заряда в металлах осуществляется частицами, которые являются общими для всех металлов.

В 1913 году началась серия опытов Мандельштама и Папалекси. Цель экспериментов: определить знак и величину удельного заряда носителей тока. (Удельный заряд – )

В 1916 году установка была усовершенствована Толменом и Стюартом. В результате экспериментов было установлено: в металлах носители тока заряжены отрицательно, а их удельный заряд приблизительно одинаков для всех исследованных металлов и равен заряду электрона.

Таким образом, носителями тока в металле являются свободные электроны.

В металлической кристаллической решетке в узлах располагаются ионы, а между ними движутся свободные электроны, образуя электронный газ. Этот газ обладает свойствами идеального газа.

– постоянная Больцмана

Электроны обладают такой же энергией теплового движения, как и молекулы одноатомного газа.

(i = 3 для одноатомного газа)

Движение электронов не может привести к возникновению тока.

2. Вывод закона Ома в дифференциальной форме из электронной теории

Пусть в металлическом проводнике существует однородное электрическое поле ().

– закон Ома в дифференциальной форме

3. Работа выхода электрона из металла. Поверхностный скачок потенциала.

Электрон при обычных температурах не покидает металл, следовательно, в поверхностном слое существует электрическое поле препятствующее выходу электрона из металла в среду.

Работа выхода – это работа, которую нужно затратить для удаления электрона из металла в вакуум.

Причины появления работы выхода:

На месте удаленного электрона возникает избыточный положительный заряд, и электрон притягивается к индуцированному им самим положительному заряду:

• Создание над поверхностью металла «электронного облака». Это облако вместе с наружным слоем положительных ионов решетки образует двойной электрический слой, поле которого подобно полю плоского конденсатора, причем толщина слоя составляет ~ 10^-10 – 10^-9 м.

• Слой не создает электрическое поле во внешнем пространстве, но препятствует выходу свободных электронов из металла. Следовательно, электрон при вылете из металла должен преодолеть электрическое поле, где разность потенциалов (поверхностный скачок потенциалов) определяется следующим образом:

Работа выхода в 1эВ – это работа, совершаемая силами поля при перемещении элементарного электрического заряда при прохождении им разности потенциалов в 1 В.

Работа выхода зависит от:

1. химической природы металла;

2. от чистоты его поверхности.

4. Термоэлектронная эмиссия и её практическое применение.

Термоэлектронная эмиссия (ТЭЭ) – это испускание электронов, нагретыми металлами.

– условие для преодоления потенциального барьера

При увеличении температуры увеличивается кинетическая энергия движения и число испущенных электронов, следовательно, ТЭЭ становится заметна.

ТЭЭ можно рассмотреть на примере диода:

Если накалить катод и подать на анод положительное напряжение, то в анодной цепи диода возникнет ток.

ВАХ диода:

– закон трёх вторых

Плотность тока насыщения можно найти следующим образом:

ТЭЭ используется в электронных лампах, рентгеновских трубках, электронных микроскопах, вакуумном диоде и т. д.

Вторичная электронная эмиссия (ВЭЭ)

ВЭЭ – это испускание электронов поверхностью металлов, полупроводников или диэлектриков при бомбардировке их пучком электронов.

Вторичный электронный поток – это электроны, отраженные поверхностью и выбитые из вещества.

Коэффициент вторичной эмиссии зависит:

1. от природы материала поверхности;

2. от энергии бомбардирующих частиц;

3. от угла падения частиц на поверхность.

Фотоэлектронная эмиссия – это эмиссия электронов из металла под действием света, а также коротковолнового электромагнитного излучения.

Автоэлектронная эмиссия – это эмиссия электронов с поверхности металлов под действием сильного внешнего электрического поля.