Шпаргалка по всему курсу физики (как ее преподают в Днепропетровском Государственном Техническом Университете Железнодорожного Транспорта)

15. Сила Лоренса. Движение зарядов в магнитном поле.

Сила Лоренса действует на дижущуюся в магнитном поле заряженную частицу, изменяя при этом только направление скорости (т.к. она перпендикулярна к скорости). Fл = q B V sin (a). Если на частицу в магнитном поле действует сила Лоренса, она начинает закручиваться (или двигаться по спирали) с R = mV/qB и периодом T = 2?m/qB;

16. Эффект Холла.

Эффектом Холла называют возникновение поперечного электрического поля в проводнике или полупроводнике с током при помещении его в магнитное поле.
Это явление обусловлено влиянием силы Лоренса на движение носителей тока.
Напряженность установивщегося поперечного электрического поля Е = R [B*j], где B-индукция, j-вектор плотности тока, R-постоянная Холла.Холловская разность потенци U=RIB/d, где d - линейный размер проводника в направлении вектора В.

17. Взаимодействие движущихся зарядов.

Сила, действующая на движущийся заряд q2 со стороны магнитного поля другого движущегося заряда q1, называется силой магнитного взаимодействия.
Если два одноименных заряда движутся в вакууме с одинаковыми скоростями, малыми по сравнению со скоростью света в вакууме, то силы их магнитного взаимодействия явл. силами притяжения и численно равны Fm =
Mоq1q2V2/(4?r2), сила кулоновского ооталкивания - Fе = q1*q2/4pi*ео*r*r.
Т.к. еоМо = 1/с2, то отношение этих сил равно Fm/Fe = V2/c2; Следовательно, при скоростях зарядов, малых по сравнению со скоростью света в вакууме, магнитное взаимодействие между движущимися зарядами значительно слабее их электростатического взаимодействия. Однако если заряды движутся в прводнике, который в целом электрически нейтрален, электрические силы оказываются скомпенсироваными, так что остается только магнитное взаимодействие. Этим объясняется магнитное взаимодействие проводников с токами.

18. Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея. Правило Ленца.

Электромагнитной индукцией называется возникновение э.д.с. в проводнике при его перемещении в магнитном поле либо в замкнутом проводящем контуре вследствие его движения в магнитном поле или изменения самого поля. Эта э.д.с. назыв. электродвижущей силой электромагнитной индукции. Под её влиянием в замкнутом прводнике возникает эл. ток, называемый индукционным током. Закон Фарадея : э.д.с. электромагнитной индукции пропорциональна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока Фм сквозь поверхность, натянутую на этот контур - Е инд = -dФ/dt; Знак минус в правой части закона эл.-магн. индукции соответствует правилу Ленца : при всяком изменении магнитного потока сквозь поверхность, натянутую на прводящий контур, в контуре возникает индуционный ток такого направления, что его собственное магнитное поле противодействует изменению магнитного потока, вызвавшего индуционный ток.

19. Явление самоиндукции. Индуктивность.

Самоиндукцией наз. возникновение э.д.с. электромагнитной индукции в электрической цепи вследствие изменения в ней электрического тока. Эта э.д.с. наз. электродвижущей силой самоиндукции. Собственный магнитный поток прпорционален току : Фс = LI, где коэффициент пропорциональности L называют индуктивностью. Индуктивность зависит от размеров и формы проводника с током и от свойств окруж. среды ( L = ??о n2V, где V=lS). Э.Д.С. самоиндукции - Ес = -LdI/dt;

20. Экстратоки.

Это токи, которые возникают в момент включения / или выключения соленоида. При размыкании : I = Iо*e -Rt/ L, где R-активное сопративление контура, L - его индуктивность. T = R/L - время релаксации. Во время замыкания : I = Iо - Iо*e-Rt/L

21. Взаимная индукция.

Взаимной индукцией называется явление возбуждения э.д.с. электромагнитной индукции в одной эл. цепи при изменении эл. тока в другой цепи или при изменении взаимного расположения этих двух цепей. В соотв. с основным законом электромагитной индукции э.д.с. взаимной индукции возникает во второй цепи вследствие изменения потока Ф в первой цепи.
Взаимные индуктивности двух контуров равны, если в среде нет ферромагнитиков.

22. Энергия магнитного поля.

При создании в замкнутом проводящем контуре электрического тока необходимо совершить работу по преодолению э.д.с. самоиндукции, перпятствующей нарастанию тока в контуре. По закону сохранения энергии работа А определяет собственную энергию тока в контуре - W = LI2/2; Вместе с ростом тока в цепи возрастает и магнитное поле этого тока. Собственная энергия тока в цепи представляет собой не что иное, как энергию его магнитного поля. Объемной плотностью энергии магнитного поля называется энергия этого поля, отнесенная к его объему : w = dW/dV, где dW - энергия, заключенная в малом объеме dV поля, который выбран таким образом, чтобы в его пределах поле можно было считать однородным. В изотропной и неферромагнитной среде w=BH/2;

23. Магнитомеханические явления.

Магнитный момент создаваемого эл-ном тока(вращение можно принять как ток) равен Pm = IS (S - площадь орбиты) Pm = eVr/2; Момент обусловлен движением эл-на по орбите, вледствие чего назыв. орбитальным моментом эл- на. Направление вектора Pm образует с направлением движения эл-на левовинтовую систему. Движущийся по орбите электрон обладает моментом импульса M = mVr. Вектром М назыв. орбитальным механ. моментом эл-на. Он образует с направлением движения эл-на правовинтовую систему. Следовательно направления векторов Pm и M противоположны. Отношение магнитного момента элементарной частицы к её механ. моменту назыв. магнитомеханическим отношением. Для эл-на оно равно : Pm/M = - e/2m. Вследствие вращения вокруг ядра эл-н оказывается подобным волчку. Это обстоятельство лежит в основе так называемых магнитомеханических явлений, заключающихся в том, что намагничивание магнетика приводит к его вращению и, наоборот, вращение магнетика вызывает его намагничивание.

24. Опыт Энштейна-Де Хааза. Опыт Барнета.

Существование первого явления (вопр. 23) было доказано экспериментально
Эйнштейном и де Хаазом, а второго - Барнетом. Опыт 1 : если намагнитить стержень из магнетика, то магнитные моменты электронов установятся по направлению поля, а механич. моменты - против. В результате суммарный механический момент эл-нов станет отличным от нуля. Момент импульса системы стержень-электроны должен остаться без изменений. Поэтому стержень преобретает момент импульса и следовательно приходит во вращение. Изменение направления намагниченности приведет к изменению направления вращения стержня. Опыт Эйнштейна и де Хааза осуществлялся следующим образом : тонкий железный стержень подвешивали на упругой нити и помещали внутрь соленоида.
Закручивание нити при намагничивании стержня постоянным м.п. получалось весьма малым. Для усиления эффекта был применен метод резонанса - соленоид питался переменным током, частота к-рого подбиралась равной собственной частоте механич. колебаний системы.

Опыт 2 : если установить гироскоп, закрепленный в карданном подвесе, на диск центробежной машины и привести ее во вращение, то ось гироскопа установится по вертикали, причем так, что направление вращения гироскопа совпадет с направлением вращения диска. При изменении направления вращения центробежной машины ось гироскопа поварачивается на 180 градусов, т.е. так чтобы направления обоих вращений снова совпали. Барнет приводил железный стержень в очень быстрое вращение вокруг его оси и измерял возникающее при этом намагничивание. Из результатов этого опыта Барнет получил для магнитомеханического отношения величину, в два раза превышающую значение
-e/2m (т.к. кроме орбитальных моментов, эл-н обладает собственными механич.
Ms и магнитным Pms моментами, для к-рых магнитомеханическое отношение равно
-e/2m, т.е. соотв. опыту)

25. Диамагнетизм.

Диамагнетиками наз. в-ва, магнитные моменты атомов(молекул) которых в отсутствии внешнего магнитного поля равны нулю, т.к. магнитные моменты всех электронов атома (молекулы) взаимно скомпенсированы. Таким свойством обладают, например, вещества, в атомах(молекулах) к-рых имеются только целиком заполненные электронные слои - инертные газы, водород, азот NaCl и др. При внесении диамагнитного в-ва во внешнее магнитное поле его атомы преобретают наведенные магнитные моменты. Магнитная проницаемость < 1.

26. Парамагнетики.

Парамагнетиками наз. в-ва, атомы (молекулы) которых в отсутствие внешнего магнитного поля имеют отличный от нуля магнитный момент.
Существование этого магнитного момента может быть связано как с орбитальным движением электронов в атомах (мол-х) парамагнетика, так и со спиновыми магнитными моментами этих электронов. Примерами парамагнетиков являются щелочные и щелочноземельные металлы. В отсутсвие внешнего магн. поля векторы магнитных моментов различных атомов парамагнетика, совершающих тепловое движение, ориентированы в пространстве совершенно беспорядочно, так что намагниченность парамагнетика равна нулю. Магнитная проницаемость >
1.

27. Ферромагнетики. Природа ферромагнетиков.

Ферромагнетиками называются твердые в-ва ( как правило находящиеся в твердом состоянии), обладающие при не слишком высоких температурах самопроизвольной (спонтанной) намагниченностью, которая сильно изменяется под влиянием внешних воздействий - магнитного поля, деформации, изменению температуры. Ферромагнетики являются сильномагнитными средами : внутреннее магнитное поле может в сотни и тысячи раз превосходить внешнее. У каждого ферромагнетика имеется такая темпера t, называемая точкой Кюри, выше к-рой вещество теряет свои особые магнитные св-ва и ведет себя как обычный парамагнетик. Измерения гиромагнитного отношения для ферромагнетиков показали, что элементарными носителями магнетизма в них являются спиновые магнитные моментов электронов. Область спонтанной ориентации магн. моментов наз. доменом. Магнитная проницаемость ферромагнетика > > 1.

28. Токи Фуко.

Индукционные токи, которые возникают в сплошных проводниках, наз. вихревыми токами или токами Фуко. В толщах сплошных проводников возникает много замкнутых линий таких токов. Токи Фуко способствуют нагреванию проводника, это приводит к потерям энергии. Для их уменьшения сердечники трансформаторов, магнитные цепи эл. машин изготовляют не сплошными, а из отдельных изолированных пластин, пов-ти к-рых располагаются параллельно линиям магнитной индукции.

29. Работа перемагничивания ферромагнетика.

( Нк - коэрцитивная сила, это напряженность, полностью размагничивающая ферромагнетик). dA = V H dB, где V-объем ферромагнетика. При намагничивании ферромагнетика работа не может быть приравнена приращению энергии магн. поля. По завершении цикла перемагнич., Н и В, а значит и магн. энергия будут иметь первонач. величину. Работа идет на увелич. внутр. энергии ферромагнетиков, т.е. на нагревание. При совершении одного цикла перемагнич. ферромагн. работа затрачиваемая, в расчете на еденицу объема, численно равна площади петли гистерезиса( криволин. интеграл от HdB). Эта работа идет на нагревание ферромагнетика.

30. Вихревое электрическое поле.

Ток можно представить как интеграл от плотности тока в пределах малого участка площадью dS по всей площади. Поэтому согласно теореме Стокса, из закона полного тока следует, что магнитная индукция в какой-либо точке магнитного поля в вакууме связана с плотностью тока соотношением : rot B =
?о*j. Таким образом магнитное поле является безвихревым (rot B = 0) во всех областях пространства, где нет электрических токов, и вихревым всюду, где эти токи есть.

31. Ток смещения.

Максвелл обобщил закон полного тока, предположив, что переменное электрическое поле, так же как и электрический ток, является источником магнитного поля. Количественной мерой магнитного действия переменного электрического поля служит ток смещения. Током смещения сквозь замкнутую поверхность называется физическая величина, равная потоку вектора плотности тока смещения сквозь эту пов-ть (j=dD/dt, где j - плотность тока смещения,
D - вектор электрического смещения. Учет токов смещения приводит к тому, что цепи непостоянных токов становятся замкнутыми. Токи смещения "проходят" в тех участках, где нет проводников, например между обкладками заряжающегося или разряжающегося конденсатора.

32. Система уравнений Максвелла : диффер. форма. Материальные уравнения.

Теорией Максвелла назвывается последовательная теория единого электромагнитного поля, создаваемого произвольной системой электрических зарядов и токов. В теории Максвелла решается основная задача электродинамики : по заданному распределению зарядов и токов отыскиваются характеристики создаваемых ими электрического и магнитного полей. Если мы из системы 4-х уравнений перейдем в проэкции на оси ( E - Ex Ey Ez, B - Bx
By Bz), то не сможем решить ее, из-за большого кол-ва неизвестных. Для их нахождения пользуются так называемыми материальными уравнениями, характеризующими электрические и магнитные св-ва среды.

33. Анализ уравнений Максвелла.

1-е уравнение указывает на то, что поле является вихревым (вопр. 30). 2- е уравнение - Максвелл обобщил теорему Остроградского-Гаусса для электростатического поля. Он предположил, что она справедлива для любого электрического поля как стационарного, так и переменного. 3-е уравнение :
См. ток смещения. В интегральной форме показывает, что циркуляция вектора напряженности магнитного поля по произвольному замкнутому контуру равна алгебраической сумме макротоков и тока смещения сквозь поверхность, натянутую на этот контур. 4-е уравнение - теорема Остроградского-Гаусса справедлива для любого магнитного поля.

Если электрические и магнитные поля стационарны (dD/dt = dB/dt = 0), то эти поля существуют независимо друг от друга. Электрическое поле описывается двумя уравнениями электростатики : rot E = 0 и div D = p, а магнитное поле - двумя уравнениями магнитостатики : rot H = j и div B =
0;

34. Электромагнитные волны как решение уравнений Максвелла.

Переменное электр. поле порождает магнитное, которое оказывается тоже переменным, и в свою очредь порождает эл. поле. Если возбудить с помощью движ. зарядов электромагнитное поле, то в пространстве вокруг зарядов возникнет последовательность взаимных превращений электрич. и магнитных полей, распространяющаяся от точки к точке. Этот процесс будет переодическим во времени и в пространстве и, следовательно, представляет собой волну. Уравнения Максвелла разрешают электромагнитные волны.

35. Энергия и импульс электромагнитного поля. Вектор Умова-Пойтинга.

Объемная плотность энергии электромагнитног поля (энергия эл.-магн. волны) W = ??o E2/2 + ??o H2/2, если волна распространяется в вакууме, то из соотнош. между H и E энергия W = EH/c, где с - скорость света в вакууме.
Вектор плотности потока энергии электромагнитной волны называется вектором
Умова-Пойтинга. Скорость переноса энергии бегущей монохроматической волной равна фазовой скорости этой волны (в вакууме - с). Поэтому вектор Умова-
Пойтинга для такой волны : P=WV=[EH]. Вектор направлен в сторону распространения волны.

36. Физическая природа света. Опыты по определению скорости света.

Свет представляет собой электромагнитные волны разных частот. Вся цветовая гамма, воспринимаемая человеческим глазом, есть смешение нескольких световых спектров. Ученые научились получать практически бесконечную цветовую гамму смешивая три цвета : RGB. Опыты : 1. Опыт
Рёмера. (запаздывание прохождения света к земле при затмении спутника
Юпитера), 2. Опыт Физо ( вращающийся диск с множеством отверстий, нанесенных по окружности одного радуса, сквозь к-рый человек наблюдает отраженный свет, прошедший путь : источник-колесо-зеркало-колесо-зеркало- глаз. Изменяя частоту вращения колеса наблюдалось появление/исчезновение света. 3. Опыт Фуко.

37. Геометрическая оптика. Принцип Ферма.

Законы геометрической оптики : 1. Свет распространяется прямолинейно. 2.
Световые лучи не взаимодействуют. 3. Угол отражения равен углу падения. 4.
Закон преломления : n=sin(A)/sin(B), где n-коэф. преломления, A-угол падения, B-угол отражения. Принцип Ферма : для оптики - свет распространяется так, чтобы время распространения было минимальным. Общий - все процессы проходят так, чтобы при этом затрачивался минимум энергии.

38. Интерференция световых волн. Условия усиления и ослабления света.

Интерференция - устойчивое перераспределение интенсивности света при наложении когерентных волн.

39. Интерференция Юнга. Зеркала и бипризма Френеля.

Юнг вырезал две дырки в светонепроницаемой пластине и наблюдал интерференцию от одного источника. (очень похоже на увеличенную дифракционную решетку). Бипризма состоит из двух одинаковых трехгранных призм, сложенных основаниями и изготовленных как одно целое. Преломляющие углы при верхней и нижних вершинах бипризмы очень малы. Свет от источника S преломляется в бипризме и распространяется за ней в виде двух систем волн, соответствующих когерентеым мнимым источникам света S1 и S2. Интерференция этих волн наблюдается в области их перекрытия на экране Э.

Страницы: 1, 2