Й закон ньютона:материальная точка (тело) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других сил не заставит его изменить это состояние.

Кинематика. Понятие системы отсчета. Путь, траектория, скорость, ускорение при поступательном движении. Уравнение поступательного движения. Графическое изображение различных видов одномерного движения.

Система отсчета – совокупность системы координат и часов, связанных с телом отсчета

Траектория – линия, образуемая телом в процессе движения (прямолинейная или криволинейная)

Длина пути (м) – сумма длин всех участков траектории (скаляр):

Скорость (м/с):

Ускорение (м/с²):

Основное уравнение кинематики
поступательного движения

Для одномерного движения по оси x:

Для движения в произвольном направлении:

 

Графическое изображение различных видов одномерного движения.

2.Понятие инерциальной системы отсчета. 1-й закон Ньютона. Закон сохранения импульса.

Инерциа́льнаясисте́ма отсчёта (ИСО) — система отсчёта, в которой все свободные тела движутся прямолинейно и равномерно, либо покоятся

Й закон Ньютона:Материальная точка (тело) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других сил не заставит его изменить это состояние.

Закон сохранения импульса

Если на тело не действуют сторонние силы (или сумма действующих сил равна нулю), то импульс замкнутой системы не изменяется с течением времени (остается постоянным):

 

3.Сила, масса, импульс. Примеры сил в механике. 2-й закон Ньютона для поступательного движения. Следствия из 2-го закона Ньютона.

• Сила – векторная величина, являющаяся мерой механического воздействия на тело со стороны других тел или полей, в результате чего тело приобретает ускорение. Имеет: значение (абсолютную величину), направление, точку приложения.

• Масса - физическая величина, являющаяся мерой инерции по отношению к приложенной силе

И́мпульс — векторная физическая величина, являющаяся мерой механического движения тела. В классической механике импульс тела равен произведению массы m этого тела на его скорость v, направление импульса совпадает с направлением вектора скорости

 

Сила тяготения (гравитационные силы): 𝑷 =𝒎∙ 𝒈,

где 𝑷 - сила тяжести; 𝒎 – масса тела; а 𝒈 =𝟗,𝟖𝟏 м с 𝟐;

Сила упругости: 𝑭= −𝒌∙∆𝒍,

где 𝒌 – коэффициент упругости; ∆𝒍 – удлинение;

Сила трения: 𝑭 тр. = 𝒌 тр. ∙𝑵,

где 𝒌тр. – коэффициент трения; 𝑵 – сила реакции опоры.

 

 

Й закон Ньютона

 

Ускорение, приобретаемое материальной точкой (телом), пропорционально вызывающей его силе, совпадает с ней по направлению
и обратно пропорционально
массе (мере инертности)
материальной точки (тела)

Барометрическая формула.

В поле тяготения тепловое движение молекул приводит к стационарному состоянию газа:

16.Явления переноса. Теплопроводность. Диффузия. Внутреннее трение.

 

Явлениями переноса называются необратимые процессы в термодинамических системах:

Теплопроводностью называется неравновесный процесс выравнивания температуры (перенос энергии). Плотность теплового потока (закон Фурье):

Где:

– коэффициент теплопроводности;

– градиент температуры.

 

Диффузией называется неравновесный процесс перераспределения массы (перенос массы). Плотность потока массы (уравнение Фика):

Где: – коэффициент диффузии;

– градиент плотности вещества (газа или жидкости).

Внутренним трением называется передача движения между слоями жидкости или газа (перенос импульса). Плотность потока импульса (закон Ньютона):

Где: – динамическая вязкость;

– градиент скорости.

 

17.Основные понятия термодинамики. Термодинамическая температура. Изопроцессы.

 

Термодинамическая система – макроскопическое тело, в котором может быть обмен как внутри системы, так и с внешней средой;

Термодинамические параметры – совокупность физических величин, характеризующих термодинамическую систему;

Термодинамический процесс – изменение параметров термодинамической системы.

Внутренняя энергия ( ) – это энергия хаотического движения микрочастиц (молекул) и энергия их взаимодействия. Является однозначной функцией термодинамического состояния системы (не зависит от того, каким образом система пришла в это состояние).

Нормальные условия:

T₀= 273,15K = 0^oC; p₀ = 101325 Па

Международная практическая шкала (Цельсия):

0^oC – температура замерзания воды;

100^oC – температура кипения воды;

Обе величины измеряются при давлении 101325 Па

Термодинамическая шкала (Кельвина):

За начало отсчета берется тройная точка воды (условия при которых лед, вода и пар находятся в равновесии):

T=273,15K, p=609 Па

 

Изотермический процесс ( )

Из уравнения Менделеева-Клайперона:

Изотермический процесс описывается законом Бойля-Марриота. Внутренняя энергия не изменяется. Все тепло расходуется на совершение работы против внешних сил.

 

Изобарный процесс

Изобарный процесс описывается законом Гей-Люссака. Давление газа постоянно. Работа расходуется на изменение объема газа.

 

Изохорный процесс ( )

Из уравнения Менделеева-Клайперона:

Описывается законом Шарля. Газ не совершает работу.

 

Адиабатический процесс (). Нет обмена с окружающей средой. Работа совершается за счет изменения внутренней
энергии.

)

18.Первое начало термодинамики. Работа газа при расширении. Работа в изопроцессах.

Уравнение Майера

Молярная теплоемкость при постоянном объеме ():

 

Молярная теплоемкость при постоянном давлении ( =const):

 

Теплоемкость при постоянном давлении всегда больше теплоемкости при постоянном объеме:

20.Круговые циклы. Тепловые машины. КПД тепловых машин. Цикл Карно.

 

Круговым процессом (циклом) называется процесс, при котором система, пройдя через ряд состояний, возвращается в исходное состояние.

 

Тепловой двигатель: периодически действующий двигатель, совершающий работу за счет полученной извне теплоты.

Холодильная машина: за счет внешней работы отбирается тепло от рабочего тела.

Термический КПД

Холодильный КПД

 

Теорема Карно: из всех периодических тепловых машин, имеющих одинаковые температуры нагревателя наибольшим КПД обладают обратимые машины. Причем КПД не зависит от природы рабочего тела, а определяется только температурами нагревателя и холодильника.

КПД цикла Карно

21.Электрический заряд. Закон сохранения заряда. Закон Кулона.

 

Электрический заряд – внутреннее свойство частиц материи, характеризующее их способность к электромагнитным взаимодействиям. Единица измерения – Кл (Кулон)=Ас.

Минимальный (элементарный) электрический заряд – 1,6^.10^-19 Кл.

Носители: отрицательного заряда – электрон, положительного – протон.

• Фундаментальные свойства заряда:

ü Существует в двух видах: положительный и отрицательный;

ü Электрический заряд не зависит от системы отсчета;

ü Дискретен – любой заряд составляет число, кратное элементарному заряду;

ü Аддитивен – заряд любой систему равен сумме зарядов входящих в нее частиц.

ü Замкнутая система – система, не обменивающаяся зарядами с внешними телами.

ü Алгебраическая сумма электрических зарядов замкнутой системы остается неизменной, какие бы процессы не происходили внутри данной системы.

ü Заряд имеет минимальное дискретное значение, одинаковое как для положительных, так и для отрицательных носителей элементарных зарядов:

Закон Кулона

Сила взаимодействия между двумя неподвижными зарядами прямо пропорциональна величине зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Если заряды имеют одинаковый знак, то действует сила отталкивания, если разный знак – то притяжения.

Электрическая постоянная:

22.Напряженность электрического поля. Линии напряженности. Принцип суперпозиции. Потенциал электрического поля. Связь между напряженностью и потенциалом электрического поля.

 

Напряженность электростатического поля – векторная величина, равная силе, действующей на единичный положительный заряд. Единица измерения: Н/Кл

Линии напряженности будут касательными к направлению вектора напряженности.

Линии не пересекаются. Направление: от + к –

Густота линий соответствует величине напряженности электрического поля

Закон Джоуля-Ленца Количество теплоты, выделяемое при прохождении постоянного электрического тока по проводнику равно произведению квадрата силы тока на время его прохождения и электрического сопротивления этого участка цепи.

28.Правило Кирхгофа. Использование правил Кирхгофа для расчёта параметров цепей постоянного тока

Метод контурных токов

Метод применяется в тех случаях, когда число уравнений, которые должны быть записаны для электрической цепи на основании II-го закона Кирхгофа, меньше, чем число уравнений, которые должны быть записаны на основании I-го закона Кирхгофа.

При расчёте методом контурных токов полагают, что в каждом независимом контуре схемы течет свой контурный ток. Уравнения составляют и решают относительно контурных токов. Токи в смежных ветвях уточняют по принципу суперпозиции. Число неизвестных в методе равно числу уравнений, которые необходимо было бы составить по II закону Кирхгофа.

29. Электрический ток в вакууме. Термоэлектронная эмиссия. ВАХ вакуумного диода …

Термоэлектронная эмиссия

Потенциал на расстоянии r одиночного заряда q

Электрический ток в газах

Под действием внешнего «ионизатора» (нагрев, излучение и т.д.) молекулы газа расщепляются на ионы (ионизация газа). При этом создаются условия для прохождения тока (газовый разряд).

• Несамостоятельный газовый разряд – возможен только при действии внешнего ионизатора.

• Самостоятельный газовый разряд – существует после прекращения действия внешнего ионизатора.

Ток в вакууме возможен при эл.эмиссии

30. магнитное поле

Основные особенности:

1. Магнитное поле действует на движущиеся электрические заряды и не действует на неподвижные;
2. Движущиеся заряды (электрический ток) порождают магнитное поле
3. Магнитное поле имеет направление (является полярным)
4. Нет (до сих пор не найдено) магнитных зарядов

Вектор магнитной индукции

Магнитная индукция аналогична электростатическому полю и является силовой характеристикой магнитного поля.

Закон Ампера

Сила, с которой магнитное поле действует на элемент проводника, помещенный в магнитное поле равна:

Закон Био-Савара-Лапласа

Принцип суперпозиции магнитного поля электрического тока: вектор магнитной индукции поля, созданного электрическим током, равен векторной сумме магнитных индукций от отдельных элементов этого тока

Для того чтобы происходило возникновение и осуществлялось поддержание тока в какой-либо среде, необходимо чтобы выполнялись следующие условия:
1. необходимо чтобы в среде существовали свободные электрические заряды,
2. необходимо чтобы в среде возникало электрическое поле.

31. Взаимодействие параллельных токов

Эффект Холла

Эффектом Холла называется возникновение электрического поля в проводнике, по которому протекает электрический ток, при помещении его в магнитное поле.

Эффект Холла – следствие действия силы Лоренца на движущиеся заряды.

Где R-постоянная Холла, совпадающая по знаку со знаком носителей заряда

33. Опыты Фарадея

Соленоид подключен к гальванометру. Если в соленоид вдвигать и выдвигать постоянный магнит, то по гальванометру течет ток, причем его направление меняется местами. Если магнит оставить в соленоиде, то тока нет. Если поменять полюса магнита, то ток тоже меняет направление. Отклонение стрелки пропорционально скорости.

Опыт 2

 

 

Один соленоид подключен к источнику тока, а второй к гальванометру. Ток в гальванометре наблюдается при включении или выключении источника или при движении одного соленоида относительно другого. Эти явления называются электромагнитной индукцией.

1. Индукционный ток возникает при изменении обусловленного контуром потока магнитной индукции.
2. Сила индукционного тока не зависит от способа изменения, потока, а зависит лишь от скорости изменения потока.

Индукционный ток порождается вихревым электрическим полем, которое не является электростатическим!

Явление электромагнитной индукции – основной способ преобразования механической энергии в электрическую

При равномерном вращении рамки в однородном магнитном поле в ней возникает переменная ЭДС, изменяющаяся по гармоническому закону:

Принцип работы электрического генератора заключается на электромагнитной индукции

34. Взаимная индукция

Взаимной индукцией называется явление возбуждения ЭДС электромагнитной индукции в одной электрической цепи при изменении электрического тока в другой электрической цепи или при изменении взаимного расположения цепей.

35. Колебания

• Колебаниями называются физические процессы в той или иной степени повторяющиеся во времени.

• Примеры колебаний:

ü Маятник (математический, пружинный, физический)

ü Биение сердца

ü Вращение планет

ü Электрические (колебательный контур, ток в сети и т.д.)

 

Гармонические колебания:

Негармонические колебания:

Амортизатор

Основное уравнение для гармонических колебаний:

Математический маятник

Физический маятник

1. Гармонические колебания маятников возможны только при небольшом отклонении от положения равновесия.
2. Для математического маятника период колебаний не зависит от массы груза.
3. Для физического маятника его период не зависит от массы.
4. Для вычисления момента инерции относительно оси, проходящей через точку подвеса можно использовать теорему Штейнера.

37. Колебательный контур

38.Свободные затухающие колебания. Коэффициент затухания, физический смысл. Зависимость частоты колебаний от коэффициента затухания. Апериодические колебания. Демпфирование. Применение в технике.

 

Свободные затухающие колебания – колебания, амплитуда которых из-за потерь энергии реальной колебательной системой с течением времени уменьшается. Простейшим механизмом уменьшения энергии колебаний является ее превращение в теплоту вследствие трения в механических колебательных системах, а также омических потерь и излучения электромагнитной энергии в электрических колебательных системах.

39.Свободные затухающие колебания в электрическом колебательном контуре. Логарифмический декремент затухания. Добротность контура.

 

Декремент затухания, количественная характеристика быстроты затухания колебаний. Д. з. d равен натуральному логарифму отношения двух последующих максимальных отклонений х колеблющейся величины в одну и ту же сторону:

Д. з. — величина, обратная числу колебаний, по истечении которых амплитуда убывает в е раз. Например, если d = 0,01, то амплитуда уменьшится в е раз после 100 колебаний. Д. з. характеризует число периодов, в течение которых происходит затухание колебаний, а не время такого затухания. Полное время затухания определяется отношением Т/d.

Фигуры Лиссажу

Фигу́ры Лиссажу́ — замкнутые траектории, прочерчиваемые точкой, совершающей одновременно два гармонических колебания в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Впервые изучены французским учёным Жюлем Антуаном Лиссажу.

 

42) Уравнение плоской волны. Фазовая скорость. Волновое уравнение. Решение волнового уравнения для плоской и сферической волны. Принцип суперпозиции.

 

 

Принцип суперпозиции

Если в среде распространяется одновременно несколько волн, то каждая из них распространяется независимо от других.

Метод Юнга

Деление светового потока на два осуществляется с помощью двух параллельных щелей и в непрозрачной перегородке П.

Интерференционная картина И наблюдается в центральной части экрана Э

Поляризация света

Поляризованной называется электромагнитная волна, в которой направление колебания вектора электрического (магнитного) поля каким-либо образом упорядочены:

а, б – плоско поляризованный свет;

в – свет с круговой поляризацией.

 

Закон Малюса

Если естественный свет проходит через поляризатор (P), то он становится плоско поляризованным, а интенсивность:

При прохождении второго поляризатора (анализатора - A) интенсивность зависит от угла по закону Малюса:

Закон Брюстера

Имеет отношение к веществам, которые при взаимодействии со светом проявляют себя как диэлектрики (дело в том, что для химических металлов, при коротких длинах волн используемого света, эффект Брюстера тоже наблюдается, по некоторым причинам).

Сам закон простой:
tg aБр = n.

А означает это то, что при падении света на границу раздела сред под некоторым углом "а" доля линейно поляризованного света в отраженной волне зависит от этого угла. И при некотором угле "аБр" (определяемом этой формулой) отраженный свет оказывается полностью поляризованным (перпендикулярно плоскости падения). Величина "n" - относительный показатель преломления для пары сред, в которой происходит процесс.

На знании об эффекте Брюстера основано применение так называемых "антибликовых" очков - для рыбаков и водителей..

Степень поляризации (не нашёл)

51) Поглощение и рассеяние света

Ослабление пучка света при его распространении в веществе за счёт совместного действия процессов поглощения и рассеяния называется экстинкцией света (от латинского exstinctio – гашение).

Закон Бугера-Ламберта:

Где: – интенсивность света;

– коэффициент экстинции ( - коэффициент поглощения, - коэффициент рассеяния);

– толщина слоя

Виды спектров поглощения

Линейчатый спектр поглощения – одноатомные пары или газы. Очень резкие и узкие линии, которые соответствуют собственным колебаниям электронов в атомах.

Полосы поглощения – молекулы. Колебания атомов приводит к образованию широких полос.

Сплошной спектр поглощения – твердые и жидкие вещества. Например, зеркало (металл) или непрозрачная жидкость.

52) Передача сигнала с помощью электромагнитных волн (модуляция)

Несущая частота – частота электромагнитной волны, распространяющейся в пространстве.

Модулирующий сигнал – передаваемая информация.

Амплитудная модуляция – изменение амплитуды несущего сигнала в соответствии с передаваемой информацией.

Частотная модуляция – изменение частоты несущего сигнала в соответствии с передаваемой информацией.

53) Поляризация света

Поляризованной называется электромагнитная волна, в которой направление колебания вектора электрического (магнитного) поля каким-либо образом упорядочены:

а, б – плоско поляризованный свет;

в – свет с круговой поляризацией.

Принцип стерео кино

При использовании линейной поляризации два изображения накладываются друг на друга на один и тот же экран через ортогональные (расположенные под углом 90 градусов друг к другу) поляризационные фильтры в проекторах. При этом необходимо использование специального посеребрённого экрана, который позволяет избежать деполяризации и компенсировать потерю яркости (поскольку на экран падает только 0,71 света, излученного каждым проектором).

(в 50 вопросе все тоже самое)

54) Абсолютно черное тело (АЧТ)

1. Тело, способное поглощать ВСЁ падающее на него излучение любой частоты называется абсолютно черным телом АЧТ).

2. Спектральная поглощательная способность АЧТ:

Испускательная способность

Энергетическая светимость тела – энергия, испускаемая в единицу времени с единицы поверхности тела во всех направлениях в диапазоне частот от нуля до бесконечности; размерность -Вт/м2

Поглощательная способность

Поглощательной способностью (коэффициентом поглощения) (или , ) называется отношение поглощенной энергии в единицу времени единичной площадью на определенной частоте к падающей. Поглощение неодинаково на разных частотах (длинах волн) и при разных температурах. Часть энергии телом отражается, часть – пропускается, поэтому для реальных тел поглощательная способность всегда меньше единицы.

Закон Киргофа

Отношение испускательной и поглощательной способностей не зависит от природы тела и является для всех тел одинаковой функцией частоты и температуры:

Поскольку 1, то универсальная функция Киргофа является спектральной плотностью энергетической светимости (излучательной способностью) АЧТ.

Закон Стефана-Больцмана

Определяет интегральную энергетическую светимость АЧТ. Закон открыт экспериментально.

Интегральная энергетическая светимость АЧТ пропорциональна 4 степени термодинамической температуры:

Где – = 5,67· 10^-8 Вт/(м²K⁴) – постоянная Стефана-Больцмана

Закон Стефана-Больцмана ничего не говорит о спектральном составе излучения

Й закон Вина

Экспериментально установлено, что с повышением температуры смещается максимум излучения.

Закон смещения Вина: длина волны, при которой излучательная способность АЧТ максимальна, обратно пропорциональна температуре:

Где:

= 2,9 ·10^-3 м·К

- постоянная Вина

Й закон Вина

Максимальное значение испускательной способности абсолютно чёрного тела прямо пропорционально пятой степени его термодинамической температуры:

Однако эта формула не работает при малых частотах

 

55) Квантовая гипотеза Планка

Макс Планк в 1900 году предположил, что энергия в атомах излучается не непрерывно, а квантами!

Энергия кванта:

Где = 6,626 · 10^-34 Дж·с – постоянная Планка (размерность совпадает с размерностью импульса)

 

Формула Планка

Предполагая что энергия осциллятора может принимать только определенные дискретные значения, Планк получил формулу:

Формула Планка обобщает все ранее полученные закономерности: она переходит в формулу Рэлея-Джинса при малых частотах и в формулу Вина – при больших; кроме того из нее получаются закон Стефана-Больцмана и закон смещения Вина.

Масса и импульс фотона

Используя выражения:

 

 

Получаем выражения для:

Энергии:

Массы:

Импульса:

Природа и источники света Электромагнитное излучение создается в процессе взаимодействия заряженных частиц. Оптимальным условием для этого будет тепло, которое имеет непрерывный спектр. Максимум излучения зависит от температуры источника. Отличным примером процесса является Солнце. Его излучение близко к аналогичным показателям абсолютно черного тела. Природа света на Солнце обуславливается температурой нагревания до 6000 К. При этом около 40% излучения находится в пределах видимости. Максимум спектра по мощности располагается вблизи 550 нм.

Природа света может быть связана и с люминесценцией. Это касается и искусственных источников, и органических. Пример: хемилюминесценция, сцинтилляция, фосфоресценция и др.

Фотоэффект

Фотоэлектрический эффект бывает внутренним (увеличение проводимости за счет облучения), вентильным (создание ЭДС за счет освещения границы двух полупроводников или полупроводника и металла) и внешним.

Внешним фотоэлектрическим эффектом (внешним фотоэффектом) называется испускание электронов веществом под действием света.

К – катод (металл)

А – анод (приемник)

 

Кинематика. Понятие системы отсчета. Путь, траектория, скорость, ускорение при поступательном движении. Уравнение поступательного движения. Графическое изображение различных видов одномерного движения.

Система отсчета – совокупность системы координат и часов, связанных с телом отсчета

Траектория – линия, образуемая телом в процессе движения (прямолинейная или криволинейная)

Длина пути (м) – сумма длин всех участков траектории (скаляр):

Скорость (м/с):

Ускорение (м/с²):

Основное уравнение кинематики
поступательного движения

Для одномерного движения по оси x:

Для движения в произвольном направлении:

 

Графическое изображение различных видов одномерного движения.

2.Понятие инерциальной системы отсчета. 1-й закон Ньютона. Закон сохранения импульса.

Инерциа́льнаясисте́ма отсчёта (ИСО) — система отсчёта, в которой все свободные тела движутся прямолинейно и равномерно, либо покоятся

й закон Ньютона:Материальная точка (тело) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других сил не заставит его изменить это состояние.

Закон сохранения импульса

Если на тело не действуют сторонние силы (или сумма действующих сил равна нулю), то импульс замкнутой системы не изменяется с течением времени (остается постоянным):

 

3.Сила, масса, импульс. Примеры сил в механике. 2-й закон Ньютона для поступательного движения. Следствия из 2-го закона Ньютона.

• Сила – векторная величина, являющаяся мерой механического воздействия на тело со стороны других тел или полей, в результате чего тело приобретает ускорение. Имеет: значение (абсолютную величину), направление, точку приложения.

• Масса - физическая величина, являющаяся мерой инерции по отношению к приложенной силе

И́мпульс — векторная физическая величина, являющаяся мерой механического движения тела. В классической механике импульс тела равен произведению массы m этого тела на его скорость v, направление импульса совпадает с направлением вектора скорости

 

Сила тяготения (гравитационные силы): 𝑷 =𝒎∙ 𝒈,

где 𝑷 - сила тяжести; 𝒎 – масса тела; а 𝒈 =𝟗,𝟖𝟏 м с 𝟐;

Сила упругости: 𝑭= −𝒌∙∆𝒍,

где 𝒌 – коэффициент упругости; ∆𝒍 – удлинение;

Сила трения: 𝑭 тр. = 𝒌 тр. ∙𝑵,

где 𝒌тр. – коэффициент трения; 𝑵 – сила реакции опоры.

 

 

Й закон Ньютона