Шпаргалка по "Физике"

 

Вопрос 33.

ЭДС. Закон Джоуля-Ленца.

 Закон Джоуля — Ленца — физический закон, дающий количественную оценку теплового действия электрического тока. Мощностьтепла, выделяемого в единице объёма среды при протекании электрического тока, пропорциональна произведению плотности электрического тока на величину электрического поля.  .

Электродвижущая сила (ЭДС) — физическая величина, характеризующая работу сторонних (непотенциальных) сил в источниках постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равнаработе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль контура. .

 

Вопрос 34.

Законы Кирхгофа

Зако́ныКирхго́фа (или правила Кирхгофа) — соотношения, которые выполняются между токами и напряжениями на участках любой электрической цепи. Правила Кирхгофа позволяют рассчитывать любые электрические цепи постоянного и квазистационарного тока.^[1] Имеют особое значение в электротехнике из-за своей универсальности, так как пригодны для решения многих задач теории электрических цепей. Применение правил Кирхгофа к линейной цепи позволяет получить систему линейных уравнений относительно токов, и соответственно, найти значение токов на всех ветвях цепи. СформулированыГуставом Кирхгофом в 1845 году. Первый закон: Первый закон Кирхгофа (Закон токов Кирхгофа, ЗТК) гласит, что алгебраическая сумматоков в любом узле любой цепи равна нулю (значения вытекающих токов берутся с обратным знаком):

Иными словами, сколько тока втекает в узел, столько из него и вытекает. Данный закон следует  из закона сохранения заряда. Если цепь содержит p узлов, то она описывается p − 1 уравнениями токов. Этот закон может применяться и для других физических явлений (к примеру, водяные трубы), где есть закон сохранения величины и поток этой величины.

Второй закон

Второй закон Кирхгофа (Закон напряжений Кирхгофа, ЗНК) гласит, что алгебраическая сумма падений напряжений по любому замкнутому контуру цепи равна алгебраической сумме ЭДС, действующих вдоль этого же контура. Если в контуре нет ЭДС, то суммарное падение напряжений равно нулю:

для постоянных напряжений

для переменных напряжений

Иными словами, при обходе цепи по контуру, потенциал, изменяясь, возвращается к исходному значению. Если цепь содержит ветвей, из которых содержат источники тока ветви в количестве , то она описывается уравнениями напряжений. Частным случаем второго правила для цепи, состоящей из одного контура, является закон Ома для этой цепи.

Законы Кирхгофа справедливы  для линейных и нелинейных цепей  при любом характере изменения  во времени токов и напряжений.

 

Вопрос 35.

Магнитное и электрическое  поля земли. Ионосфера

Ионосфе́ра (или термосфера) — часть верхней атмосферы Земли, сильно ионизирующаяся вследствие облучения космическими лучами, идущими, в первую очередь, от Солнца. Ионосфера состоит из смеси газа нейтральных атомов и молекул (в основном азота N₂ и кислорода О₂) и квазинейтральнойплазмы (число отрицательно заряженных частиц лишь примерно равно числу положительно заряженных). Степень ионизации становится существенной уже на высоте 60 километров и неуклонно увеличивается с удалением от Земли.

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.Магнитное поле Земли (геомагнитное поле) — магнитное поле, генерируемое внутри земными источниками. Предмет изучения геомагнетизма.

 

Вопрос 36.

Основные представления  «о явлении магнетизм».

 

 Магнети́зм — форма взаимодействия движущихсяэлектрических зарядов, осуществляемая на расстоянии посредством магнитного поля. Наряду с электричеством, магнетизм — одно из проявлений электромагнитного взаимодействия. С точки зрения квантовой теории поля электромагнитное взаимодействие переносится безмассовым бозоном — фотоном (частицей, которую можно представить как квантовое возбуждение электромагнитного поля).Современная теория магнетизма базируется на следующих основных уравнениях и законах:

• Закон электромагнитной индукцииФарадея
• Закон Ампера
• Закон Био — Савара — Лапласа
• Сила Лоренца
• Теорема о циркуляции магнитного поля

 

Вопрос 37.

Закон Био-Савара-Лапласса

Закон Био́—Савара—Лапла́са — физический закон для определения вектора индукциимагнитного поля, порождаемого постоянным электрическим током. Был установлен экспериментально в 1820 годуБио и Саваром и сформулирован в общем виде Лапласом. Лаплас показал также, что с помощью этого закона можно вычислить магнитное поле движущегося точечного заряда (считая движение одной заряженной частицы током).

 

Вопрос 38.

Циркуляция и поток  вектора магнитной индукции

Магни́тная инду́кция  — векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля (его действия на заряженные частицы) в данной точке пространства. Определяет, с какой силой магнитное поле действует на заряд , движущийся со скоростью .

Более конкретно,  — это такой вектор, что сила Лоренца , действующая со стороны магнитного поля^[1] на заряд , движущийся со скоростью , равна

где косым крестом обозначено векторное произведение, α — угол между векторами скорости и магнитной индукции (направление вектора перпендикулярно им обоим и направлено по правилу правой руки).

Также магнитная индукция может быть определена^[2] как отношение максимального механического момента сил, действующих на рамку с током, помещенную в однородное поле, к произведению силы тока в рамке на её площадь.

Теорема оциркуляции вектора магнитной  индукции: Циркуляция вектора магнитной индукции Bполя постоянныхтоков по произвольному замкнутому контуру равна произведению 4пи/сна алгебраическую сумму токов, пронизывающих контур циркуляции.Поток вектора магнитной индукции B через любую замкнутую поверхность равен нулю

 

Вопрос 39.

 

Закон Ампера. Правило левой руки

 

Правило левой руки можно сформулировать следующим образом: если расположить левую ладонь так, чтобы вытянутые пальцы совпадали с направлением тока, а силовые линии магнитного поля входили в ладонь, то отставленный большой палец укажет направление силы, действующей на проводник. При применении Л. р. п. для определения направления силы, действующей на электрон или отрицательный ион, движущийся в магнитном поле, необходимо учитывать, что направление движения электрона противоположно общепринятому условному направлению электрического тока. Л. р. п. определяет направление действия магнитной части Лоренца силы.  Зако́н Ампе́ра  — закон взаимодействия постоянных токов. Установлен Андре Мари Ампером в 1820. Из закона Ампера следует, что параллельные проводники с постоянными токами, текущими в одном направлении, притягиваются, а в противоположных — отталкиваются. Законом Ампера называется также закон, определяющий силу, с которой магнитное поле действует на малый отрезок проводника с током.

 

Вопрос 40. 
Рамка с током в магнитном поле

 
Подвесим на тонких гибких проводниках, сплетённых вместе, маленькую  плоскую рамку, состоящую из нескольких витков проволоки. Недалеко от рамки  поместим прямой провод. Если пропустить ток через рамку и через  проводник, то рамка начнёт поворачиваться, как показано на рисунке 6. Она будет поворачиваться до тех пор, пока внешний прямой одиночный провод и рамка не окажутся в одной плоскости. Такая ситуация уже облегчает задачу рассмотрения взаимодействия проводников с током друг с другом.

 

Вопрос 41.

Сила Лоренца

Сила Лоренца — сила, с которой, в рамках классической физики, электромагнитное поле действует на точечнуюзаряженную частицу. Иногда, силой Лоренца называют силу, действующую на движущийся со скоростью заряд лишь со стороны магнитного поля, нередко же полную силу — со стороны электромагнитного поля вообще^[1] иначе говоря, со стороны электрического и магнитного полей в СИ:

где:

•  — заряд частицы;
•  — скорость частицы;
•  — магнитная индукция поля.

 

Вопрос 42.

Движение заряженной частицы в магнитном поле

Формула силы Лоренца дает возможность найти  ряд закономерностей движения заряженных частиц в магнитном поле. Зная направление  силы Лоренца и направление вызываемого  ею отклонения заряженной частицы в  магнитном поле можно найти знак заряда частиц, которые движутся в  магнитных полях. В случае, если заряженная частица движется в магнитном поле со скоростью v, которая перпендикулярна векторуВ, то сила Лоренца F=Q[vB] постоянна по модулю и перпендикулярна к траектории частицы. По второму закону Ньютона, сила Лоренца создает центростремительное ускорение. Значит, что частица будет двигаться по окружности, радиус r которой находится из условия QvB=mv²/r , следовательно  
 
(1).

 

Вопрос 43.

Эффект Холла

Эффе́ктХо́лла — явление возникновения поперечной разности потенциалов (называемой также холловским напряжением) при помещении проводника с постоянным током в магнитное поле. Открыт Эдвином Холлом в 1879 году в тонких пластинках золота. В простейшем рассмотрении эффект Холла выглядит следующим образом. Пусть через металлический брус в слабом магнитном поле B течёт электрический ток под действием напряжённостиE. Магнитное поле будет отклонять носители заряда (для определённости электроны) от их движения вдоль или против электрического поля к одной из граней бруса. При этом критерием малости^[1] будет служить условие, что при этом электрон не начнёт двигаться по циклоиде. Таким образом, сила Лоренца приведёт к накоплению отрицательного заряда возле одной грани бруска и положительного возле противоположной. Накопление заряда будет продолжаться до тех пор, пока возникшее электрическое поле зарядов E₁ не скомпенсирует магнитную составляющую силы Лоренца: Скорость электронов v можно выразить через плотность тока.

 

Вопрос 44.

Магнитное поле в веществе. Типы магнетиков.

Экспериментальные исследования показали, что все вещества в большей или меньшей степени  обладают магнитными свойствами. Если два витка с токами поместить  в какую-либо среду, то сила магнитного взаимодействия между токами изменяется. Этот опыт показывает, что индукция магнитного поля, создаваемого электрическими токами в веществе, отличается от индукции магнитного поля, создаваемого теми же токами в вакууме.

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. В настоящее время  установлено, что магнитные свойства протонов и нейтронов почти в 1000 раз слабее магнитных свойств электронов. Поэтому магнитные свойства веществ в основном определяются электронами, входящими в состав атомов.Вещества крайне разнообразны по своим магнитным свойствам. У большинства веществ эти свойства выражены слабо. Слабо-магнитные вещества делятся на две большие группы – парамагнетики и диамагнетики. Они отличаются тем, что при внесении во внешнее магнитное поле парамагнитные образцы намагничиваются так, что их собственное магнитное поле оказывается направленным по внешнему полю, а диамагнитные образцы намагничиваются против внешнего поля. Поэтому у парамагнетиков μ > 1, а у диамагнетиков μ < 1. Отличие μ от единицы у пара- и диамагнетиков чрезвычайно мало.

 

Вопрос 45.

Ферромагнетики

Ферромагнетики — вещества (как правило, в твёрдом кристаллическом или аморфном состоянии), в которых ниже определённой критической температуры (точки Кюри) устанавливается дальний ферромагнитный порядок магнитных моментов атомов или ионов (в неметаллических кристаллах) или моментов коллективизированных электронов (в металлических кристаллах). Иными словами, ферромагнетик — такое вещество, которое, при температуре ниже точки Кюри, способно обладать намагниченностью в отсутствие внешнего магнитного поля. Последние исследования в области физики показали, что некоторые ферромагнетики, при создании определенных условий, могут приобретать парамагнетические свойства при температурах, которые существенно выше точки Кюри. Поэтому ферромагнетики, наряду со многими другими магнетическими веществами, остаются, как оказалось, плохо изученными веществами до сих пор.