Сердце как механическая система. Метод Короткова — метод измерения давления крови.

Вопрос №10.

1).Понятие об энтропии и термодинамической вероятности.

2).Второе начало термодинамики в биологии.

3).Формула Пригожина.

4).Негэнтропия.

1). Энтропия – разность двух значений определенной функции системы до и после отдачи тепла.

(физический смысл энтропии – в случае, когда материальная система находится в равновесии, элементарные частицы, из которых состоит эта система, находятся в неуправляемом состоянии, и совершают разные хаотичные движения).

 

 

dS — приращение энтропии;

δ Q — минимальная теплота подведенная к системе;

T — абсолютная температура процесса;

Термодинамическая вероятность – количество микросостояний частиц, реализующих макросостояние молекулярной системы.

Термод. вероятность. – W.

S = k*ln*W – связь между термодинамической вероятностью и энтропией.

k – постоянная Больцмана.

k = 10⁻²³ Дж/л

2).Второе начало термодинамики в биологии.

Второе начало термодинамики – закон, согласно которому невозможны такие процессы, единственным конечным результатом которых явилось бы отнятие от некоторого тела определенного количества тепла и превращения этого тепла полностью в работу.

Второе начало термодинамики (в формулировке неубывания энтропии) иногда используется критиками эволюционной теории с целью показать, что развитие природы в сторону усложнения невозможно. Однако, подобное применение физического закона является некорректным, так как энтропия не убывает только в замкнутых системах (сравн. с диссипативной системой), в то время как живые организмы и планета Земля в целом являются открытыми системами.

3). Формула Пригожина.

Теорема Пригожина – стационарному состоянию системы соответствует минимальное производство энтропии.

Все живые организмы с позиции термодинамики являются неравновесными (сохраняющие разность потенциалов) термодинамическими системами, в которых имеется соответствие между тем количеством вещества и энергии, которое она получает извне и возвращает обратно (9,14). Однако такой чисто энергетический подход к системе не объясняет цели происходящего обмена. Ответ на этот вопрос дает второй закон термодинамики, связывающий необходимость данного обмена с выполнением системой работы по уменьшению энтропии, непрерывно нарастающей за счет потерь в связи с теплообменом, броуновским движением молекул, старением молекул,

В закрытой термодинамической системе (неживая природа) прирост энтропии всегда положителен (система стремится к максимуму беспорядка и минимуму свободной энергии). В живом организме как в открытой стационарной системе прирост энтропии стремится к нулю и формируется как следствие сопряженных посредством условий Коши-Римана двух взаимно дополняющих процессов: спонтанного роста энтропии за счет термодинамических процессов (St) и процессов негэнтропии (Sн), всегда идущих с понижением энтропии. При этом:

Sн= А/Т lnI, где Sн - негэнтропия; А-минимальная работа;Т - абсолютная температура; I - информация (закон адаптации) (14).

St = k lnW,

где St - рост энтропии за счет спонтанных термодинамических процессов; k -постоянная Больцмана; W - статистическая вероятность.

Для живых систем, где плотность распределения вещества не однородна, второй закон тер модинамики записывается по следующей схеме

 

т.е., где: - расход энергии во времени, - выделение тепла во времени, и -соответственно обозначают термодинамическую силу и термодинамическую скорость какого-либо рабочего процесса i

Уникальность живых термодинамических систем заключается в том, что они обладают процессами, в ходе которых происходит понижение энтропии (SН). Возможность возникновения в живызх системах процессов, ведущих к понижению энтропии, тесным образом связана с открытостью и неравновесностью стационарной системы. По сути, живой организм за счет открытости и неравновесности системы работает в режиме вечного двигателя, постоянно компенсируя рост термодинамической составляющей энтропии за счет спонтанных термодинамических процессов, понижением энтропии в ходе негэнтропийных процессов. При этом интенсивность снижения энтропии находится в прямой зависимости.

 

№12

3 вида теплопередачи:

Теплопроводность — это перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретымв результате теплового движения и взаимодействия частиц.

Хорошую теплопроводность имеют металлы, у жидкостей теплопроводность невелика, и малую теплопроводность имеют газы. Степень теплопроводности тел учитывается при конструировании машин, в строительном деле, холодильных установках.

Конвекция — это процесс теплопередачи путем переноса энергии потоками жидкости или газа. Явление конвекции проявляется при отоплении и охлаждении жилых помещений, при образовании тяги в печных и заводских трубах, а также ветров в атмосфере.

Излучение — это процесс переноса энергии от одного тела к другому с помощью тепловых (инфракрасных), видимых и других лучей. При одной и той же температуре тела с темной поверхностью сильнее излучают (поглощают) энергию, чем со светлой. Это явление учитывается человеком в быту (светлые тона одежды в теплые периоды года), в технике (окраска холодильников, самолетов, космических кораблей), в земледелии (парники и теплицы).

№13

. виды теплообмена в живых организмах,их сущность. Терморегуляция организма.

Живой организм представляет собой систему, в которую непрерывно поступает энергия из окружающей среды и из которой выделяется такое же ее количество. Изменения соотношения между величинами продукции и отдачи тепла за определенный промежуток времени ведет к колебаниям температуры. Однако многие животные способны поддерживать постоянную температуру тела. В этом процессе участвует большое количество сложных регулирующих процессов. Превращения энергии в организме очень сложны, и они не всегда сопровождаются немедленным переходом всей освобождающейся энергии в тепло. Распределение тепла по организму идет не равномерно, а температура различных органов и тканей также не постоянна.

В организм животных поступает энергия, содержащаяся в питательных веществах корма.

Эта энергия должна обеспечивать расходы на поддержание жизни и синтез определенной продукции (молока, яиц, шерсти, отложений белка и жира в теле).

Наибольшее постоянство температуры присуще крови, мозгу, сердцу и печени, тогда как температура кожи может меняться более значительно под действием внешних факторов среды и физиологических функций организма. Благодаря этому в организме устанавливается динамическое равновесие.

Энергия в организме образуется благодаря окислению белков, жиров и углеводов.

Например, в глюкозе количество энергии, заключенной между атомами С, Н и О, составляет около 2871,2 кДж (686 ккал) на 180 г глюкозы.

Эта энергия освобождается при окислении.

С6 Н12 О6 + 6О2____6Н2О = 6СО2 + 2871,2 кДж

1 Дж = 0,239 или 1 ккал = 4,187 Дж.

Энергия, используемая для поддержания жизни, трансформируется в конечном итоге в тепло основного обмена. У продуктивных животных часть обменной энергии корма идет на поддержание жизнедеятельности и теплопродукцию, остальная часть дает величину чистой энергии, которая используется для образования разных видов продукции. Отложение энергии в организме растущих и откармливаемых животных происходит в форме белка и жира. Лактирующая корова превращает чистую энергию корма в энергию составных частей молока. Другими видами продукции является мышечная работа, образование шерсти и яиц. Эффективность трансформации обменной энергии на поддержание составляет у жвачных в среднем 70 %, на образование молока — 60, на рост — 50, на откорм — 25–30 %.

Затраты энергии поддержания распределяются примерно поровну между функциями обеспечения (работа сердца, почек, легких, печени, ЦНС) и клеточными процессами (реосинтез белка, липидов, перемещение ионов через мембраны).

 

В накоплении энергии важную роль играет макроэргические соединения, в химических связях которых сосредоточено большое количество энергии. К таким соединениям относятся АТФ, АДФ, креатинфосфат и др. В них аккумулируется энергия белков, жиров и углеводов. Больше всего тепла образуется в мышцах, а также в печени, почках, железах и легких. Значительно повышает теплопродукцию низкая температура воздуха, мышечная работа. Высокая температура, состояние покоя, кастрация животных, подкожный жировой слой и густой волосяной покров снижают образование тепла.

 

Терморегуля́ция (греч. thermē тепло + лат. regulare упорядочивать)

совокупность физиологических реакций организма, обеспечивающих постоянство температуры тела. Принято считать, что Т. свойственна лишь гомойотермным животным (млекопитающие и птицы), организм которых обладает способностью поддерживать температуру внутренних областей тела на относительно постоянном и достаточно высоком уровне (около 37—38° у млекопитающих и 40—42° у птиц) независимо от изменений температуры окружающей среды. Тех животных, температура тела которых зависит от температуры среды, относят к пойкилотермным. У человека (рис.) в норме температура тела, точнее температура так называемого ядра тела (т.е. мозга, крови, внутренних органов), поддерживается на уровне порядка 37°. Физиологический предел колебаний не превышает 1,5°. Изменение температуры крови и внутренних органо

№14.

Теплопродукция - (теплообразование) - образование тепла в организме в процессе его жизнедеятельности. У высших животных и человека происходит главным образом в результате окислительных процессов, связанных с дыханием, пищеварением, работой мышц, и находится в прямой зависимости от их интенсивности. При напряженной мышечной работе теплопродукция может возрастать в 10 раз по сравнению с состоянием покоя.
При охлаждении животного в его клетках увеличивается скорость гидролиза АТФ и в мышцы поступает дополнительная энергия. Возникающее при этом беспорядочное сокращение отдельных групп мышечных волокон мы называем дрожью. Кроме того, у животных взъерошиваются волосы(пилоэрекция),между волосами увеличивается воздушная прослойка, что приводит к уменьшению обмена теплотой между животным и средой(атавистическое явление «гусиной кожи» у человека).При повышении температуры среды в организме возникают процессы, приводящие в действии термопонижающие центры, в результате чего происходит расширение кровеносных сосудов, увеличение потоотделения, учащения дыхания.

Теплопродукция.

В любой тепловой машине часть энергии сгоревшего топлива превращается в теплоту (нагревание парового котла, цилиндра двигателя внутреннего сгорания и т.п.), а часть в другие формы энергии (упругую энергию сжатого пара, электрическую и пр.); после того, как совершается полезная работа, эта часть энергии также переходит в теплоту и рассеивается в окружающем пространстве, в результате чего энтропия системы возрастает. Живой организм в какой-то степени сходен с тепловой машиной: он также выделяет теплоту в окружающую среду, т.е. обладает свойством теплопродукции за счет энергии, полученной от продуктов питания (энергия выделяется при окислении пищевых продуктов – белков, жиров, углеводов) или от фотосинтеза, и, кроме того, выполняет различные виды работы: механическую, электрическую, химическую, осмотическую. При совершении работы могут происходить дальнейшие трансформации энергии, но в конечном счете все виды энергии превращаются в теплоту, которая выводится в окружающее пространство, а энтропия системы возрастает.

Формула Лапласа

Рассмотрим тонкую жидкую плёнку, толщиной которой можно пренебречь. Стремясь минимизировать свою свободную энергию, плёнка создаёт разность давления с разных сторон. Этим объясняется существование мыльных пузырей: плёнка сжимается до тех пор, пока давление внутри пузыря не будет превышать атмосферное на величину добавочного давления плёнки. Добавочное давление в точке поверхности зависит от средней кривизны в этой точке и даётся формулой Лапласа:

Здесь R _1,2 — радиусы главных кривизн в точке. Они имеют одинаковый знак, если соответствующие центры кривизны лежат по одну сторону от касательной плоскости в точке, и разный знак — если по разную сторону. Например, для сферы центры кривизны в любой точке поверхности совпадают с центром сферы, поэтому

R ₁ = R ₂ = R

Для случая поверхности кругового цилиндра радиуса R имеем

Из формулы Лапласа следует, что свободная мыльная плёнка, натянутая на рамку произвольной формы и не образующая пузырей, будет иметь среднюю кривизну, равную 0.

В природе принцип несмачиваемости и водонепроницаемости капилляров реализован и с успехом используется водоплавающими. Например, перья или мех представляют собой упорядоченную систему из множества капилляров, поэтому вода даже на глубине не проникает под перья или мех водоплавающих, а с поверхности перьев скатывается.

Капиллярные явления позволяют всасывать питательные элементы, кровообращение в живых организмах основано на капиллярном явлении.

Капиллярными явлениями называют подъем или опускание жидкости в трубках малого диаметра – капиллярах. Смачивающие жидкости поднимаются по капиллярам, не смачивающие – опускаются.

№20

Определение вязкости:

Между молекулами жидкости существуют силы взаимного притяжения, которые проявляются при движении одного слоя жидкости относительно другого в виде внутреннего трения или вязкости.

Закон Ньютона:

Ньютон показал, что сила F (сила вязкого трения), которую необходимо приложить, чтобы два смежных слоя скользили один по другому, пропорциональна площади поверхности слоев S и градиенту скорости между ними.

Таким образом, единица измерения вязкости в СИ – Па*с (паскаль*секунда). Такую вязкость имеет жидкость, в которой касательная сила в 1Н, действующая на слой площадью в 1м², поддерживает разность скоростей в 1м/с между двумя слоями, расстояние между которыми 1м.

Вязкость большинства жидкостей зависит только от их природы и от температуры; их называют Ньютоновскими, т.е. подчиняющимися закону Ньютона. К ним относят воду, водные растворы, этиловый спирт и т.д. Коэффициент вязкости других жидкостей зависит также от давления и градиента скорости. Такие жидкости называют неньютоновскими. К ним относят высокомолекулярные соединения, суспензии, например кровь. При движении крови по сосудам её форменные элементы концентрируются в центральной части потока, где вязкость из-за этого увеличивается. Так, при анемии относительная вязкость крови снижается до 2-3, а при полицитемии повышается до 10-15 и выше.

При течении вязкой жидкости часть механической энергии переходит во внутреннюю.

Течение вязкой жидкости по трубам.

Течение вязкой жидкости может быть ламинарным или турбулентным. Ламинарным называют такое течение жидкости, при котором отсутствует перемешивание соседних слоев потока. В турбулентном потоке скорости частиц жидкости в каждой его точке непрерывно меняются, приходят в колебательное движение, которое сопровождается появлением звука.

Скорость V_кр, при которой ламинарное течение переходит в турбулентное, называют критической скоростью и определяют её из числа Рейнольдца, характеризующего режим течения жидкости.

 

21 вопрос
Твердые тела в обычных условиях сохраняют и объем и форму. Это объясняется тем, что притяжение между их частицами еще больше чем у жидкостей. Частицы (молекулы или атомы) большинства твердых тел расположены в определенном порядке. Такие твердые тела называются кристаллическими. Хотя частицы таких тел и движутся, это движение колеблется около определенных точек (положений равновесия). Частицы не могут далеко уйти от этих точек и тела сохраняют форму и объем.

Механические свойства

ТВЕРДОСТЬ
Под твердостью понимают сопротивление материала, которое он создает при вдавливании или царапании его поверхности другим телом.
МЯГКОСТЬ
О мягкости материала говорят, когда его можно сжать с приложением небольшой силы или процарапать другим материалом.
ВЯЗКОСТЬ (ТЯГУЧЕСТЬ)
Под вязкостью понимают способность материала под воздействием изгибных, ударных и толчковых нагрузок хотя и поддаваться, но при этом не разрушаться.
Вязкими являются такие материалы, как сталь, свинец, дерево, кожа и термопластичные пластмассы. Они в основном имеют волокнистое строение.
ХРУПКОСТЬ
Под хрупкостью понимают свойство материала под воздействием изгибающих, ударных и толчковых нагрузок не изменять свою форму, а сразу разрушаться.
УПРУГОСТЬ
Упругость — это свойство материала позволять себя сжимать или растягивать, а после снятия нагрузки — возвращаться к первоначальной форме.
ПЛАСТИЧНОСТЬ
Пластичностью называют свойство материалов под воздействием нагрузки изменять свою форму и сохранять эту новую форму после снятия нагрузки

Закон Гука
Сила упругости, возникающая в теле при его деформации, прямо пропорциональна величине этой деформации

№22. тепловые свойства жидких и твердых тел. Термодинамические методы лечения в ветеринарии.
Жидкость при постепенном повышении температуры и сохраняющемся внешнем давлении переходит из одного фазового состояния в другое лед-жидкость-пар.
Твердые тела приповышении температуры плавление.
Поддержание постоянной температупы тела связано с наличием центра терморегуляции в гипоталамусе.Температурными датчиками системы терморегуляции служат специальные рецепторы, находящиеся в коже и в некоторых слизистых оболочках. Если, например, поток теплоты из организма во внешнюю среду увеличивается, то возникает ощущение холода и происходят различные ответные реакции со стороны органов, которые могут быть расположены даже далеко от места раздражения. Кожа принимает основное участие в теплообмене (более 70% теплоотдачи). Воздействием на нее теплом/холодом можно влиять на теплообмен и на общий обмен веществ (терапевтическое значение). Местное нагревание в области сердца увеличивает число сердечных сокращений, что тонизирует сердечную мышцу. Так же обезбаливающее действие холода при воспалительных процессах. Для метода лечения путем теплопроводности применяют вещества, которые имеют большую пеплоемкость и относительно малую теплопроводность.

№23. Звук как физическое явление, характеристика звука.
Звук представляет собой упругие волны, распространяющиеся в газообразных, жидких и твердых веществах с частотами от 0 до 10(в 13 степени) Гц.
Характеристика звука:
Звуковое(акустическое) давление - добавочное давление, образующееся в участках сгущения частиц в акустической волне.
Затухание звука обусловлено тремя причинами: поглощением, рассеянием на неоднородностях среды и увеличением поверхности волнового фронта с расстоянием.

№24. Применение ультразвука в ветеринарии.
Терапия: Терапевтическое действие ультразвука обусловлено механическим, тепловым и физико-химическим факторами. Их совместное действие увеличивает проницаемость клеточных мембран, расширяет кровеносные сосуды, улучшает обмен веществ.
В ветеринарии широко используют ультразвук для лечения заболеваний суставов, сухожильного аппарата, мышечных атрофий, атонии преджелудочков КРС.
Применяется фонофорез - введение с помощью ультразвука в ткани через поры кожи некоторых лекарственных средств.
Под действием ультразвука увеличивается проницаемость клетточных мембран, что способствует проникновению в клетку лекарственных веществ.Есть два способа облучения: прямой и иммерсионный.
Аутогемотерапия - внутримышечное или подкожное введение животному его собственной крови, взятой из вены.Такая операция способствует улучшению обменных процессов и стимуляции защитных сил организма.

25. Проводимость металлов. Закон Ома в дифференциальной форме.

1. Электрический ток в металлах связан только с одним видом носителей — свободными электронами. Особенностью сторения металлов является то, что значительная часть валентных электронов не принадлежат определённому атому.

При отсутствии приложенного к участку металлического проводника электрического поля электроны проводимости движутся хаотически и сталкиваются с узлами кристаллической решётки металла. При 0˚C скорость такого движения составляет ок. 10⁵ м/с.

При действии внешнего поля начинается направленный дрейф электронов от минуса к плюсу.

При нагревании металлического проводника хаотическое движение частиц проводника становится интенсивнее, что приводит к уменьшению направленной подвижности свободных электронов-носителей тока.

При низких температурах сопротивление скачком падает до нуля, т.е. наблюдается явление сверхпроводимости. Оно связано с тем, что в идеальной кристаллической решётке металла электроны перемещаются под действием электрического поля, взаимодействуя лишь с ионами, не находящимися в узлах решётки

2. Сопротивление R зависит как от материала, по которому течёт ток, так и от геометрических размеров проводника. Закон Ома в так называемой дифференциальной форме описывает исключительно электропроводящие свойства материала:

, где - сила тока; - удельная проводимость в-ва; – напряжённость поля.

№26.

В электролитах заряды появляются в жидкости за счет электролитической диссоциации молекул на ионы. Условно все вещества, растворенные в жидкости и частично диссоциирующие на ионы, делят на два типа: сильные электролиты и слабые. Сильные электролиты - вещества полностью диссоциирующие на ионы. Это соли типа NaCl, сильные кислоты типа HCl. Слабые электролиты - малодиссоциирующие вещества, т.е. они растворяются в виде молекул, только малая часть молекул диссоциирует на ионы. Пример - спирты, органические кислоты (например, уксусная кислота). Число ионов зависит от концентрации растворенных веществ. Подвижность ионов в электролитах невелика, обычно она составляет порядка 10-8 м2/(В•с).
За счет большой растворяющей способности воды, обычно электропроводность влажных сред оказывается достаточно великой, т.к. растворенные вещества зачастую содержат сильно диссоциирущие соли. Причиной электропроводности увлажненных диэлектриков является растворение в воде различных примесей и их последующая диссоциация на ионы. Поэтому обычно самым большим “врагом” электрической изоляции является вода, попадание которой в диэлектрик ухудшает электрофизические характеристики материала.
Сопротивление R зависит как от материала, по которому течёт ток, так и от геометрических размеров проводника.
Полезно переписать закон Ома в так называемой дифференциальной форме, в которой зависимость от геометрических размеров исчезает, и тогда закон Ома описывает исключительно электропроводящие свойства материала. Для изотропных материалов имеем:
J=σE
j — вектор плотности тока,
σ — удельная проводимость,
E — вектор напряжённости электрического поля.

№27.

Разряд, существующий только при действии внешнего ионизатора, называется
несамостоятельным разрядом.
Если ионы, необходимые для поддержания электропроводимости газа, создается самим
разрядом (в результате процессов происходящих в разряде), такой газовый разряд
называется самостоятельным.
Несамостоятельный газовый разряд - если действие ионизатора прекратить, то прекратится и разряд.
Когда разряд достигает насыщения - график становится горизонтальным. Здесь электропроводность газа вызвана лишь действием ионизатора.
Самостоятельный газовый разряд - в этом случае газовый разряд продолжается и после прекращения действия внешнего ионизатора за счет ионов и электронов, возникших в результате ударной ионизации (= ионизации эл. удара); возникает при увеличении разности потенциалов между электродами (возникает электронная лавина).
Несамостоятельный газовый разряд может переходить в самостоятельный газовый разряд при Ua = Uзажигания.
Электрический пробой газа- процесс перехода несамостоятельного газового разряда в самостоятельный.
Самостоятельный газовый разряд бывает 4-х типов:
1. тлеющий - при низких давлениях(до нескольких мм рт.ст.) -наблюдается в газосветных трубках и газовых лазерах.
2. искровой - при нормальном давлении и высокой напряженности электрического поля (молния - сила тока до сотен тысяч ампер).
3. коронный - при нормальном давлении в неоднородном электрическом поле (на острие).
4. дуговой - большая плотность тока, малое напряжение между электродами (температура газа в канале дуги -5000-6000 градусов Цельсия); наблюдается в прожекторах, проекционной киноаппаратуре.
Вольтамперная характеристика - зависимость напряжения от тока или тока от напряжения на участке электрической цепи. В. х. может изображаться аналитически — как функция V = f (I), где V — напряжение, I — ток; графически — в виде линии в системе координат (V, I), например, анодная характеристика электровакуумных ламп.

Магнитное поле - это особый вид материи, специфической особенностью которой является действие на движущийся электрический заряд, проводники с током, тела, обладающие магнитным моментом, с силой, зависящей от вектора скорости заряда, направления силы тока в проводнике и от направления магнитного момента тела.

Характеристики магнитных полей:

Напряжённость магнитного поля (А/м).

Магнитная индукция (тесла, Те).

Магнитный поток (вебер, Вб).

Сила намагничивания – произведение силы тока (А) на число витков.

Рассеянное магнитное поле быстро уменьшается по мере его удаления от источника, поэтому магнитные поля имеют большие градиенты.

Однородность магнитного поля.

Способность магнитных силовых линий концентрироваться в ферромагнитных веществах.

Закон Био – Свара – Лапласа – это закон, который позволяет определить модуль вектора магнитной индукции в произвольно выбранной точке магнитного поля, созданного постоянным электрическим током на определенном участке.

Закон Био – Свара – Лапласа звучит так: если постоянный ток проходит по контуру, который находится в вакууме, rо – точка, в которой ищется поле, то индукция магнитного поля в этой точке будет выражено интегралом:

далее в документе формула.

вопрос №29
Закон Ампера устанавливает, что на проводник с током, помещенный в однородное магнитное поле, индукция которого В, действует сила, пропорциональная силе тока и индукции магнитного поля:
F = BIlsina (a - угол между направлением тока и индукцией магнитного поля). Эта формула закона Ампера оказывается справедливой для прямолинейного проводника и однородного поля.
Если проводник имеет произвольную формулу и поле неоднородно, то Закон Ампера принимает вид:
dF = I*B*dlsina
Закон Ампера в векторной форме:
dF = I [dl B]
Сила Ампера направлена перпендикулярно плоскости, в которой лежат векторы dl и B.
Для определения направления силы, действующей на проводник с током, помещенный в магнитное поле, применяется правило левой руки.
Вектор магнитной индукции - это основная силовая характеристика магнитного поля. Пробный контур, помещенный в магнитное поле, испытывает со стороны магнитного поля действие вращающего момента сил.
Единица измерения магнитной индукции в системе СИ: Единица измерения магнитной индукции в системе СИ:

Взаимосвязь между вектором магнитной индукции и напряженностью поля :

 

Вопрос №29

Закон Ампера устанавливает, что на проводник с током, помещенный в однородное магнитное поле, индукция которого В, действует сила, пропорциональная силе тока и индукции магнитного поля:

F = BIlsina (a - угол между направлением тока и индукцией магнитного поля). Эта формула закона Ампера оказывается справедливой для прямолинейного проводника и однородного поля.

Если проводник имеет произвольную формулу и поле неоднородно, то Закон Ампера принимает вид:

dF = I*B*dlsina

Закон Ампера в векторной форме:

dF = I [dl B]

Сила Ампера направлена перпендикулярно плоскости, в которой лежат векторы dl и B.

Для определения направления силы, действующей на проводник с током, помещенный в магнитное поле, применяется правило левой руки.

Вектор магнитной индукции - это основная силовая характеристика магнитного поля. Пробный контур, помещенный в магнитное поле, испытывает со стороны магнитного поля действие вращающего момента сил.

Единица измерения магнитной индукции в системе СИ:см.документ.

магнитные св-ва вещества и теорию ампера см.документ.

Магнитный момент, основная величина, характеризующая магнитные свойства вещества. Источником магнетизма, согласно классической теории электромагнитных явлений, являются электрические макрои микротоки. Элементарным источником магнетизма считают замкнутый ток. Из опыта и классической теории электромагнитного поля следует, что магнитные действия замкнутого тока (контура с током) определены, если известно произведение (М) силы тока i на площадь контура s (М = i s/c в СГС системе единиц, с — скорость света). Вектор М и есть, по определению, Магнитный момент Его можно записать и в иной форме: М = m l, где m — эквивалентный магнитный заряд контура, а l — расстояние между «зарядами» противоположных знаков (+ и -).

№31 вопрос

Вектор намагничивания —магнтный момент элементарного объёма, используемый для описания магнитного состояния вещества.

Магнитная восприимчивость —физическая величина, характеризующая связь между магнитным моментом (намагниченностью) вещества и магнитным полем в этом веществе.

Магнитная проницаемость — физическая величина, характеризующая связь между магнитной индукцией B и напряженностью магнитного поля H в веществе.

вопрос 32
Диамагнетиками называются вещества, молекулы которых не обладают собственным магнитным моментом. Под действием внешнего магнитного поля в атомах и молекулах наводится (индуцируется) магнитный момент, направленный противоположно вектору индукции внешнего поля. Такое направление индуцированного магнитного момента приводит к тому, что диамагнетики выталкиваются из магнитного поля.
К диамагнетикам относятся все цветные металлы (медь, алюминий, серебро, золото и т.д.), инертные газы (неон, аргон, гелий, криптон,), органические стекла.
В магнитном поле диамагнитные вещества легко распознаются без всяких измерений.
Они всегда вытесняются из областей высокой напряженности магнитного поля.

Диамагнитный эффект является проявлением закона электромагнитной индукции на атомном уровне. Электронную орбиту можно рассматривать как замкнутый контур. Изменение внешнего магнитного поля, пересекающего электрический контур, индуцирует в нем ток такого направления, магнитное поле которого будет противодействовать внешнему изменению. Поэтому при помещении диамагнетика в магнитное поле происходит как бы «экранирование» внешнего магнитного поля возникающим внутренним полем, направленным противоположно внешнему. Противодействие внешнему полю выражается в некотором торможении угловой скорости орбитального движения электронов. Магнитное поле вызывает прецессию орбиты вокруг направления поля, что вызывает появление добавочного момента, направленного против поля.

Вопрос 33:

К парамагнитным материалам относят алюминий, олово, хром, марганец, платину, вольфрам, растворы солей железа и др. Относительная магнитная проницаемость? у них несколько больше единицы. Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР), резонансное поглощение электромагнитной энергии в сантиметровом или миллиметровом диапазоне длин волн веществами, содержащими парамагнитные частицы. ЭПР - один из методов радиоспектроскопии. Парамагнитными частицами могут быть атомы и молекулы, как правило, с нечётным числом электронов (например, атомы азота и водорода, молекулы NO)

№34 вопрос

Сила Лоренца – сила, с которой электромагнитное поле действует на точечную заряженную частицу.

Направление вектора силы Лоренца определяется правилом левой руки.

№35. Явление электромагнитной идукции. Что такое магнитный поток?

Магнитный поток через какую-то поверхность - физическая величина, равная скалярному произведению вектора магнитной индукции на вектор площади, или, проще - произведение магнитной индукции (В), площади поверхности (S) и косинуса угла между вектором индукции и нормалью к поверхности.

В 1831 г. Фарадей экспериментально обнаружил, что во всяком замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную эти контуром, возникает электрический ток. Это явление называют электромагнитной индукцией, а возникающий ток - индукционным. Величина индукционного тока не зависит от способа, которым вызывается изменение магнитного потока, а определяется лишь скоростью изменения Ф.

Э.д.с. индукции возникает и тогда, когда контур неподвижен, а магнитное поле изменяется, и в том случае, когда магнитное поле постоянно, а проводник движется с пересечением линий магнитной индукции. Природа э.д.с. индукции в каждом из этих случаев различна.

В первом случае возникновение э.д.с. индукции обусловлено тем, что изменяющееся магнитное поле, в котором находится неподвижный контур, вызывает появление в нем вихревого электрического поля. Это поле не связано с электрическими зарядами, а неразрывно связано с переменным магнитным полем. Силовые линии этого поля замкнуты. При перемещении заряда по замкнутой траектории в этом поле совершается работа, отличная от нуля.

В случае, когда проводник движется в неизменном магнитном поле с пересечением линий магнитной индукции, возникновение э.д.с. индукции обусловлено действием сил Лоренца, т.е. э.д.с. имеет магнитную природу.

 

вопрос №36
В случае однородного магнитного поля магнитный поток через поверхность находится по формуле: Ф = BS cosα,
где В - модуль вектора магнитной индукции,
S - площадь поверхности, α - угол между вектором магнитной индукции и нормалью к поверхности (нормаль - вектор, перпендикулярный поверхности). Магнитный поток в системе СИ измеряется в веберах.
1 Вб = 1Тл • м2 1Вб = 1 В • с