Füüsika eksam. (2)

Kordamisküsimused füüsika eksamiks!
1. Kulgliikumine .
Taustkeha – keha, mille suhtes liikumist vaadeldakse.
Taustsüsteem – kella ja koordinaadistikuga varustatud taustkeha.
Punktmass – keha, mille mõõtmed võib kasutatavas lähenduses arvestamata jätta (kahe linna vahel liikuv auto, mille mõõtmed on kaduvväikesed linnadevahelise kaugusega; ümber
päikese tiirlev planeet, mille mõõtmed on kaduvväikesed tema orbiidi mõõtmetega jne.).
Punktmassi koordinaadid – tema kohavektori komponendid (projektsioonid).
Trajektoor – keha liikumisjoon. Seda kirjeldavad võrrandid parameetrilised võrrandid x=x(t), y=y(t), z=z(t).
Punktmassi kiirendusvektoriks nimetatakse tema kiirusvektori ajalist tuletist (kohavektori
teine tuletis aja järgi): a( vektor )=v(vektor) tuletis=r(vektor) teine tuletis
Kiiruste liitmine-et leida punktmassi kiirust paigaloleva taustkeha suhtes, tuleb liita selle
punktmassi kiirus liikuva taustkeha suhtes ja liikuva taustkeha kiirus paigaloleva taustkeha
suhtes.
Vaba langemine -keha liikumist juhul, kui talle mõjub ainult raskusjõud. See tähendab, et ka õhutakistust ei arvestata.
Vaba langemise korral kehtivad veel järgmised väited.
1. Vaba langemise kiirendus ei sõltu langeva keha massist.
2. Kui alg- ja lõppkõrgus on võrdsed, siis
a) üleslennu aeg võrdub allalangemise ajaga ,
b) keha langeb maapinnale sama kiirusega, millega ta sealt üles visati.
2. Kõverjooneline liikumine-Vektorkujul või komponentkujul kirjutatud liikumisvõrranditel on see eelis, et nende abil on võimalik kirjeldada ka kõverjoonelist liikumist. Selleks lahutatakse liikumine koordinaattelgede sihilisteks, teineteisega ristuvateks ja seetõttu ka üksteisest sõltumatuteks komponentideks. Liikumisvõrrandid kirjutatakse välja iga telje sihis eraldi ja avaldatakse selliselt saadud võrrandisüsteemist otsitavad suurused.
Kaldu horisondiga visatud keha liikumine-maksimaalne lennukaugus
Sellest valemist saab teha järeldused: sin a(alfa)=cos(90-alfa ) siis
1) viskenurkade  ja90 korral on lennukaugused võrdsed,
2) suurim lennukaugus on viskenurga 0 45 korral.
Maksimaalne lennukõrgus
3.Ühtlase pöördliikumisega seotud mõisted.
erinevalt kulgliikumisest pöördliikumise korral pole mõtet rääkida teepikkusest, kuna erinevad keha punktid läbivad erinevad teepikkused .
Pöördenurk-,mis on kõigi punktide jaoks ühesugune.Ühik on 1 radiaani.
Ühtlase liikumise korral on ka nende punktide joonkiirused erinevad ja seda suuremad, mida kaugemal paikneb vaadeldav punkt pöörlemisteljest. Pöörleva keha punkti joonkiirus on alati risti sellest punktist pöörlemisteljeni tõmmatud lühima sirgega.
Nurkkiirus -, ühikuks on 1 rad/sek
Pöörlemissagedus-ühtlasel pöördliikumisel ajaühikus sooritatud pöörete arv,
Mitteühtlasel pöördliikumisel-. Ühikuks on 1Hz.
Nurkkiirus ja pöörlemissagedus on seotud valemiga-
Periood T, ühe täispöörde sooritamiseks kulunud aeg, , ühikuks on 1 sek.
Kiirendus ühtlasel pöördliikumisel-Et pöörleva keha punkti kiirus muudab pidevalt suunda, siis ka ta kiirendus erinevb nullist. Ühtlasel pöördliikumisel on pöörleva keha punkti kiirendus suunatud pöörlemistelje suunas. Kiirenduse moodul :, selle valemiga defineeritud kiirendust nimetatakse ka kesktõmbekiirenduseks ehk normaalkiirenduseks ja tähistatakse an-iga
4. Mitteühtlane pöördliikumine. Nurkkiirendus.
Pöörleva keha nurkkiirenduseks nimetatakse nurkkiiruse tuletist aja järgi:, ühikuks on 1rad/sek2.
1. teepikkusele sirgjoonelisel liikumisel vastab pöördenurk kõverjoonelisel liikumisel,
2. kiirusele vastab nurkkiirus,
3. kiirendusele vastab nurkkiirendus
Nurkiirenduse avaldis :,cet jäiga keha pöörlemisel punkti kaugus pöörlemisteljest ei muutu siis r= const ja me võime kirjutad:. Nurkkiirendus on on joonkiiruse mooduli ajaline tuletis jagatud kaugusega pöörlemisteljest, mis annab pöörleva keha punkti tangentsiaal ehk puutujakiirenduse,tähis on at. Järelikult jäiga keha mitteühtlasel pöördliikumisel on selle keha punkti summaarne kiirendusvektor a (vektor) normaal - ja tangentsiaalkiirenduse vektoriaalne summa.
paralleelselt, normaalkiirendusevektor on kiirusvektoriga risti. Kuna tangentsiall ja normaalkiirenduse vektorid on omavahel risti, siis summaarse kiirenduse moodul=
Pöördenurga, nurkkiiruse ja nurkkiirenduse vektorid.
Pöördenurga vektoriks nim pöördliikumise korral niisugust vektorit , mille moodul võrdub läbitud pöördenurgaga ja mis on suunatud piki pöörlemistelge, määratakse kruvi reegli abil-kui kruvi pöördliikumise suund ühtib keha pöörlemise suunaga, siis kruvi kulgliikumise suund ühtib pöördenurga vektori suunaga.
Pöörleva keha liikumisel piki pöörlemistelge- vastupäeva e pos. suunas pöörlemisel on pöördenurga vektor suunatud vaatlejast eemale, päripäeva e neg. suunas pöörlemisel vaatleja poole.
Nurkkiiruse vektoriks nim niisugust vektorit, mille moodul võrdub nurkkiirusega
kui pöördenurga tuletisega aja järgi, suund ühtib pöördenurga vektoriga. Vektorid v,r on omavahel risti, moodulid on seotud: v=r. Pöörleva keha punkti kiirenduse valem:
Nurkkiirenduse vektoriks tuletis vektor st)nimetatakse nurkkiiruse vektori ajalist tuletist.Kiireneva pöörlemise korral on ta suunatud nurkkiiruse vektori sihis, aeglustuva korral sellele vastu. Pöörleva keha punkti kiirendusvektor:.
5. Inerts . Newtoni 1 seadus. Mass. Tihedus.
Newtoni I seadus (inertsiseadus). Kui mingile kehale ei avalda mõju teised kehad või need mõjud tasakaalustuvad, siis see keha kas seisab paigal või liigub ühtlaselt sirgjooneliselt.
Inerts – keha võime säilitada oma liikumist või paigalseisu. Ilma teiste kehade mõjuta pole võimalik muuta vaadeldava keha kiirusvektori moodulit ega suunda.
Kui keha on inertsem, s.t. tema vastupanu katsetele tema kiirust muuta on suurem, siis öeldakse, et sellel kehal on suurem mass. Mass on keha inertsi mõõt.
Mida väiksem on keha mass, seda kaugemale ta lendab- Galilei katse masside võrdlemiseks. Massi mõõtühikuks on 1 kg.
Aine tiheduseks nim tema massi ja ruumala jagatist, ühikuks on kg/m3.
Jõu mõiste. Newtoni 2. Ja 3. seadus.
Jõuks nimetatakse ühe keha mõju teisele, mille tulemusel muutub vaadeldava keha kiirus.
Newtoni II seadus. Keha kiirendus võrdub temale mõjuva resultantjõu ja keha massi jagatisega. Kehale mõjuvaks resultantjõuks nimetatakse sellele kehale mõjuvate kõigi jõudude vektoriaalset summat . Jõu ühik on 1N.
Rõhuks nimetatakse pinnaühikule avaldatavat jõudu., ühikuks 1 paskal.
Newtoni III seadus (kehade vastasmõju seadus). Kui üks keha mõjub teisele jõuga, siis teine keha mõjub talle endale täpselt sama suure ja sama liiki, kuid vastassuunalise jõuga.
Newtoni seadused kehtivad ainult inertsiaalsetes süsteemides
Inertsjõud-paigal seisvale kehale mõjuvad jõud on tasakaalustunud(N1.S). Näiteks inimene vankri peal, kui vanker hakkab liikuma vasakule,siis inimene selle peal kaldub paremale, vakri kiirenduse vastassuunas . Vankri ühtlasel liikumisel on jõud taas tasakaalus. Pidurdamisel kaldub inimene vasakule poole taas vankri kiirendusele vastassuunas, kuid nii kiirendamisel kui pidurdamisel on vastuolu Newtoni seadustega, selleks on vaja def inertsjõud- jõud, mis mõjub kiirendusega liikuvates taustsüsteemides paiknevatele kehadele. On suunatud taustsüsteemi kiirendusele vastassuunas: FI=ma.
kui mingi süsteem liigub kõverjooneliselt, siis vastavalt valemile FI=ma peab temaga kaasa liikuvatele kehadele mõjuma inertsijõud, mis on suunatud kõveruskeskpuktist eemale-kesktõukejõud e tsentrifugaaljõud.
6. Gravitatsioonijõud.
Ülemaailmne gravitatsiooniseadus . Kõik kehad mõjutavad teineteist tõmbejõududega, mis
on võrdelised nende kehade massidega ja pöördvõrdelised kehade vahekauguste ruutudega.
vaba langemise kiirendus e raskuskiirendus, tähiseks g.Vaba langemise kiirendus ei sõltu langeva keha massist.
Esimeseks kosmiliseks kiiruseks nimetatakse sellist kiirust, millega peab liikuma
proovikeha mingi taevakeha gravitatsiooniväljas, et jääda tiirlema ringikujulisele orbiidile.
Et jääda tiirlema ringikujulisele orbiidile, peab temale mõjuv gravitatsioonijõud olema
tasakaalustatud tiirlemisest põhjustatud kesktõukejõu poolt, s.t. nende jõudude moodulid
peavad olema võrdsed.Fkt=Fg
7. Hõõrdejõud-tekib kahe keha kokkupuutepinnal, püüab alati takistada nende pindade liikumist üksteise suhtes. On põhjustatud pindade konarustest ja molekulidevahelistest tõmbejõududest.
Seisuhõõrdejõuks nimetatakse minimaalset jõudu, millega tuleb mõjutada mingil pinnal
asuvat keha, et see keha hakkaks pinna suhtes liikuma. Avaldub:
Keha kaldpinnal püsimise tingimus.. Maksimaalne kaldenurk, mille korral keha veel kaldpinnale püsima jääb, võrdub arkustangensiga hõõrdetegurist.
Liikumine kurvidel-autole, mis läheneb kurvile, mõjub hõõrdetegur( kummide ja teekatte vahel). Kurvi sisenedes hakkab autole mõjuma kesktõukejõud, mis on oma olemuse tõttu suunatud piki raadiust keskpuntikist eemale. Hõõrdejõud on suunatud kesktõukejõule vastu, seetõttu on tegemist liughõõrdega. Auto jääb kurvi püsima juhul, kui kesktõukejõu moodul ei ületa hõõrdejõu moodulit. Maksimaalne kiirus, millega võib kurvi siseneda-
8. Elastsujõud.
Elastsusjõud tekib keha deformeerimisel ja püüab seda takistada. Põhjuseks on
molekulidevahelised tõmbejõud.
Elastne deformatsioon – keha esialgne kuju taastub pärast deformeeriva jõu lakkamist.
Plastne deformatsioon – keha esialgne kuju ei taastu pärast deformeeriva jõu lakkamist.
Keha kuju muutumisel ehk deformeerumisel tekkivat elastsusjõuks, mis on deformatsiooniga alati vastassuunaline. Tõmbe ja surve korral saab elastsusjõudu arvutada valemist:
Keha suhteliseks pikenemiseks nimetatakse deformatsiooni pikkuse ja keha esialgse
pikkuse jagatist. Mehhaaniliseks pingeks nimetatakse keha pindalaühiku kohta tulevat elastsusjõudu. Hooke ’i seadus: väidab, et kehas tekkiv elastsusjõud Fe on võrdeline keha pikkuse muutusega (pikenemisega) x: Fe = - k x . Miinusmärk Hooke'i seaduses näitab, et elastsusjõud on deformeeriva jõu suhtes vastassuunaline. Võrdetegurit k nimetatakse jäikusteguriks. Jäikustegur iseloomustab keha. Ta näitab, kui suur elastsusjõud tekib keha pikkuse ühikulisel muutmisel. Jäikusteguri ühikuks on 1 N/m.
Materjali elastsuspiiriks nimetatakse maksimaalset võimalikku mehhaanilist pinget, mille
lakkamisel materjal veel taastab oma esialgse kuju.
Materjali purunemispiiriks nimetatakse minimaalset mehhaanilist pinget, mis põhjustab
materjali purunemise.
Elastsed materjalid – suure elastsuspiiriga materjalid. Taastavad kuju suure suhtelise
pikenemise korral (vedruteras, kumm ).
Plastsed materjalid – väikese elastsuspiiriga materjalid. Kuju taastub ainult väikeste
suhteliste pikenemiste korral (plii, plastiliin).
Rabedad materjalid – purunemispiir väike. Purunevad väikeste suhteliste pikenemiste
korral (malm, klaas).
Tangentsiaalpinge- mehaaniline pinge võib erinevalt rõhust mõjuda pinnaga ka paralleelselt.
Hooke’i seadus nihkedeformatsiooni kohta-elastsete deformatsioonide korral on suhteline nihevõrdeline tangentsiaalpingega. G on nihkemoodul .
Keha kaaluks nimetatakse jõudu, millega see keha kas surub alusele või pingutab
riputusvahendit. Keha kaalu valem vektorkujul-
Erijuhud :
1. Keha kiirendatakse ülespoole, a 0 , P mg . Keha kaal on suurem kui raskusjõud.
2. Keha seisab paigal või liigub ühtlaselt ja sirgjooneliselt, a 0, P mg . Keha kaal
võrdub raskusjõuga.
3. Keha kiirendatakse allapoole, a 0, P mg . Keha kaal on väiksem kui raskusjõud.
4. Vaba langemine, a −g, P 0 . Vabalt langev keha on kaaluta olekus.
9. Impulss .
Keha impulsiks ehk liikumishulgaks nimetatakse tema massi ja kiiruse korrutist.
keha impulss muutub temale mõjuvate jõudude toimel. Impulsi muut on seda suurem, mida suurem resultantjõud mõjub kehale ja mida kauem aega see mõjub.
Jõuimpulss – kehale mõjuva resultantjõu kui aja funktsiooni integraal üle tema mõjumisaja. Jõuimpulss võrdub keha impulsi muuduga. Konstantse jõu korral võrdub jõuimpulss lihtsalt kehale mõjuva resultantjõu ja mõjumisaja korrutisega.
Impulsi jäävuse seadus. Kehtib ainult suletud süsteemi puhul. Suletud süsteemiks nimetatakse süsteemi, millele ei mõju välised jõud või nende mõjud tasakaalustuvad. Kahe keha mistahes vastasmõju korral nende impulsside summa ei muutu.
Impulsi jäävuse seadus. Suletud süsteemis paiknevate kehade impulsside vektoriaalne summa on nende kehade igasuguse vastasmõju korral java.
Masskeskme liikumise teoreem .
Keha masskeskmeks nimetatakse punkti, millele rakendatud resultantjõud ei muuda keha asendit.
Masskeskme liikumise kiirus:
Punktmasside süsteemi masskeskme kiirendus võrdub kõikidele punktmassidele mõjuvate resultantjõudude summaga .
Masskeskme liikumise teoreem. Kui mingile kehade süsteemile ei mõju väliseid jõudusid või need mõjud tasakaalustuvad, siis süsteemi masskese seisab paigal või liigub ühtlaselt ja sirgjooneliselt.
10. Reaktiivliikumine .
Reaktiivliikumine on selline liikumine, mida põhjustab kehast eemale paiskuv keha osa. Kui eemale lendava keha osa liikumissuund läbib keha massikeset, on reaktiivliikumine kulgemine.
Reaktiivliikumist kasutatakse rakettide lennutamisel kosmosesse, aga seda kasutavad ka mõned loomad liikumiseks, näiteks seepia.
Raketi korral on keha (raketi) osaks sellest suure kiirusega väljalendav kütuse põlemisprodukt – kuum gaas . See põhjustab raketi liikumise vastassuunas.
Raketi kiiruse saab leida impulsi jäävuse seaduse abil. Süsteemiks, mille kohta me seda seadust rakendame on raketi kere ja selles olev kütus.
Kui rakett pole veel startinud, siis on paigal nii raketi kere kui ka selle sees olev kütus. Järelikult süsteemi koguimpulss võrdne nulliga. Järelikult süsteemi impulss peab võrduma nulliga ka pärast starti. Kui eeldada, et kogu põlenud kütus paiskub raketist välja korraga, siis saame:
 mkevke + mküvkü = 0,
kus mke on raketi kere mass, vke kere kiirus, mkü väljalendava põlenud kütuse (gaasi) mass ja vkü väljalendava gaasi kiirus.
Avaldades seosest raketi kere kiiruse, saame: vke = - mküvkü/ mke.
Siit on näha, et raketi kere kiirus on seda suurem, mida suurem on gaasi väljalennu kiirus ja gaasi mass. Miinusmärk näitab, et liikumiskiirused on vastupidised.
Tegelikult muidugi kogu kütus korraga ära ei põle ja gaas väljub raketist teatava aja jooksul, aga see ei muuda järelduste õigsust.
11. Töö. Võimsus. Kasutegur.
Töö – keha liigutamine jõu mõjul. ( konstantne jõud), ühikuks 1 dzaul . Kkui kehale mõjuv jõud ei ole konstantne,sõltub keha asukohast:, tehtud töö
Seadme võimsuseks nimetatakse tema töötegemise kiirust, tähis on N, mis võrdub A/t. Ühikuks on 1 vatt (1W).
Seadme kasuteguriks nimetatakse tema poolt tehtud kasuliku töö suhet kogutöösse: , N korral asendan A-d N- idega .
Energia, selle liigid.
Energiaks nimetatakse keha võimet teha tööd. S.t. keha teeb tööd temas sisalduva energia arvel. Energiaühikuks on nagu töölgi üks džaul.
Kineetiliseks energiaks nimetatakse energiat, mida keha omab liikumise tõttu. Liikuva keha kineetiline energia võrdub arvuliselt tööga, mida tuleb teha selle keha täielikuks peatamiseks.
Kineetilise energia teoreem. Kehale mõjuva resultantjõu töö võrdub keha kineetilise energia muuduga.
Potentsiaalseks energiaks nimetatakse niisugust energiat, mida keha omab oma asendi tõttu teiste kehade suhtes (näit. ülestõstetud raskus, pingutatud vedru jne.). Võrdub arvuliselt tööga, mis kulub keha viimiseks sellisesse asendisse.
Elastselt deformeeritud keha potensiaalne energia:. Mitteelastsel def. muutub deformeerimiseks kulutatud töö soojusenergiaks.
Energia jäävuse seadus- Energia ei teki ega kao. Ta võib muunduda ühest liigist teise või kanduda üle ühelt kehalt teisele.
Mehhaanilise energia jäävuse seadus. Suletud süsteemis, kus puuduvad hõõrdejõud ja esinevad ainult elastsed deformatsioonid, on sinna kuuluvate kehade kineetiliste ja potentsiaalsete energiate kogusumma jääv.
12. Konservatiivsed jõud. Potsensiaalse energia gradient .
Jõud, mille väljas keha liigutamisel tehtud töö ei sõltu trajektoori kujust, vaid ainult keha potentsiaalsete energiate vahest trajektoori alg- ja lõpp-punktis nim konseravtiivseteks jõududeks.
Samapotentsiaalipindadeks nimetatakse selliseid pindu, mille igas punktis on vaadeldava proovikeha potentsiaalne energia ühesugune.
Konservatiivne jõud võrdub potensiaalse energia gradiendiga.
Skalaarse suuruse gradiendiks nimetatakse niisugust vektorit, mille komponentideks on selle skalaari osatuletised vastava koordinaadi järgi. Skalaarse suuruse gradient näitab selle suuruse kõige kiirema kasvu suunda.
13. Põrge. Absoluutselt mitteelastne põrge.
Põrkeks nimetatakse keha liikumisoleku järsku muutust kokkupuutel teise kehaga .
Absoluutselt elastne põrge on selline, mille käigus kehade summaarne kineetiline
energia ei muutu: kogu kineetiline energia muutub deformatsiooni potentsiaalseks
energiaks ja see omakorda muutub täielikult kineetiliseks energiaks. Pärast põrget
kehad eemalduvad teineteisest.
Absoluutselt mitteelastne põrge on selline, mille käigus osa summaarsest
kineetilisest energiast muutub kehade siseenergiaks . Pärast põrget jäävad kehad
paigale või liiguvad koos edasi.
Tsentraalseks põrkeks nimetatakse põrget, mille korral kehade kokkupuutepunkt asub nende kehade masskeskmeid ühendaval sirgel.
Absoluutselt mitteelastsel põrkel jäävad kehad pärast põrget kokku.
Koguimpulss pärast põrget:
14. Jõumoment.
Näide. On kang, millele on kinnitatud erinevate raskustega koormused, mõlemad asuvad kangi toetuspunktist erinevatel kaugustel.
Väiksem koormus kangi toetuspunktile lähemal tasakaalustab suurema koormuse toetuspunktist kaugemal.
Suurust l nimetati jõu F( vector ) õlaks ning tema korrutist selle jõu mooduliga F jõumomendiks punkti O suhtes (tähis Mo). Mo=Fl
Jõu F õlaks punkti O suhtes nimetatakse selle jõu mõjusirge lühimat kaugust punktini O: l=rsin.
Impulsi jäävuse seadus. Vektorist suurust p = mv nimetatakse ainepunkti impulsiks.
Seadus: Ainepunktide isoleeritud süsteemi kogu impulss on jääv. ∑ m v = const
Jõumoment telje suhtes-jõu pöördevõimesõltub jõu suurusest F ja õlast h. Jõu pöördevõimet iseloomustavat skalaarset korrutist Fh nimetatakse jõu momendiks telje suhtes. Mt(F)=+-Fh. Kui jõud ja telg asuvad samas tasandis, siis jõu moment telej suhtes võrudb nulliga. Mt(F2)=Mt(F3)=0
15. Impulsimoment punkti ja telje suhtes. Impulsimomendi jäävuse seadus.
impulsi moment punkti suhtes.
Impulsimoment L näitab pöörleva keha osade impulsside mõju pöörlemisele. Kui pöörleva keha osa massiga m liigub joonkiirusega v piki ringjoont kaugusel r pöörlemisteljest, siis tema impulsimoment on kauguse r ja impulsi p = m v korrutis: L = m v r .
Impulsimomendi jäävuse seadus väidab, et suletud süsteemi impulsimoment on jääv suurus.
Impulsimoment on inertsimomendi ja nurkkiiruse korrutis. L = m v r = ( m r2) . (v / r)
ja seega L = I . . See kehtib ka pöörleva keha kui terviku kohta.
Impulsimomendi SI-ühikuks on kilogramm korda meeter ruudus sekundi kohta (1 kg. m2/s). Impulsimoment kui vektor on suunatud kruvireegli kohaselt piki pöörlemistelge.
16. Steineri lause.
Steineri lause: Inertsmoment ( I ) mingi suvaliselt valitud telje suhtes võrdub summaga , milles üheks liidetavaks on inertsimoment ( I ) telje suhtes, mis on paralleelne antud teljega ning läbib keha inertsikeset (raskuskeset ) ja teiseks liidetavaks on keha massi ( m ) korrutis telgede vahelise kauguse ( l ) ruuduga.
I = I + ml2
Ainepunktide süsteemi (keha) inertsmomendiks telje z suhtes nimetatakse
summat , mille iga liidetav on ainepunkti massi korrutis tema kauguse ruu-
duga pöörlemisteljest z .
Iz = ∑ m r2
Pöördliikumise dünaamika põhivõrrand. Mz = Iz ε
Moment telje z suhtes võrdub keha inertsmomendi ( I ) ja nurkkiirenduse
( ε ) korrutisega.
17.Pöörleva keha kineetiline energia.
Massielemendi kineetiline energia: Kogu keha summaarne kin energia: pöörelva keha kin energia:
18. Tasakaalu liigid.
Ebapüsiv tasakaal- kui süsteem viia tasakaalust välja, siis hakkab talle mõjuma nullist erinev resultantjõud, mis on suunatud tasakaalust eemale.
Püsiv tasakaal-kui süsteem viia tasakaalust välja, siis hakkab talle mõjuma nullist
erinev resultantjõud, mis on suunatud tasakaaluasendi poole.
Ükskõikne tasakaal-süsteemile mõjuv resultantjõud on igas asendis null.
Võnkumist iseloomustavad-hälve(süs või keha kaugus tasakaaluasendist),amplituut(süs maksimaalne hälve),sagedus(ajaühikus sooritatud võngete arv),periood(ühe täisvõnke sooritamiseks kulunud aeg), ringsagedus (sagedus korda 2).
Sumbuvvõnkumine-laine pikkus muutb järjest väiksemaks, ehk sumbub , ning seda mõjutab jõud. Sumbuvate võnkumiste korral kahaneb amplituud ajas seaduse A = A0 e - ß t järgi, sest võnkumiste energia hajub (muutub soojuseks). Ringsagedus avaldub kujul = (02 - ß 2) 1/2, kus suurust ß nimetatakse sumbeteguriks. Ta näitab naturaallogaritmilises skaalas, mitu korda kahaneb võnkumiste amplituud ajaühikus. Seega ß = [ln (A0 /A)] / t . Sumbeteguri SI-ühikuks on pöördsekund ( 1 s-1).
Võnkumise faasiks nimetatakse siinuse või koosinuse argumenti võnkumist kirjeldavas
võrrandis:
Võnkumise relaksatsiooniajaks nimetatakse ajavahemikku, mille vältel võnkumise
amplituud kahaneb e ehk ligikaudu 2,72 korda.
Sumbuvuse logaritmiliseks dekremendiks nimetatakse naturaallogaritmi kahe järjestikuse
amplituudi suhtest .
19.Harmooniline võnkumine-nimetatakse mingi füüsikalise suuruse muutumist ajas
siinuse või koosinuse seaduse järgi.
Harmoonilise võnkumise tekketingimused:
1) süsteemi väljaviimisel tasakaaluasendist peab talle hakkama mõjuma tasakaaluasendisse
suunatud jõud, mis on võrdeline hälbega,
2) süsteem peab olema inertne,
3) süsteemis ei tohi esineda dissipatiivseid jõude. Nende tingimuste rahuldatuse korral saame süsteemi liikumisvõrrandi kujul:. Kui tegu vedrupendliga, siis suurus k on selle pendli vedru jäikus.
Matemaatiline pendel-niisugust pendlit, mis koosneb kaalutu niidi otsa riputatud punktmassist. Reaalsele võime matemaatilise pendlina käsitleda sellist pendlit, mille
niidi pikkus on väga palju suurem koormuse mõõtmetest ja koormuse mass väga palju suurem
niidi massist.
Järeldused.
1. Matemaatilise pendli võnkeperiood on seda pikem, mida suurem on pendli pikkus.
2. Matemaatilise pendli võnkeperiood ei sõltu koormuse massist.
Füüsikaliseks pendliks nimetatakse keha, mis ripub masskeskmega mitte kokku langevast
punktist. matemaatiline pendel on füüsikalise pendli erijuht , mille kogu mass on
koondunud punkti C. Siis l oleks ühtlasi pendli pikkus. Koormuse m inertsimoment
riputuspunkti suhtes avaldub:,selle abil saab avaldada füüskalise pendli võnkeperioodi:
20.Harmoonilise võnkumise energia.
Võnkumise energia on võrdeline amplituudi ja sageduse ruuduga. Harmooniliste võnkumiste energia on võrdeline amplituudi ruuduga: E = 1/2 m 2A2 . Kui harmooniliselt võnkuva süsteemi hälve muutub ajas seaduse x = A cos t järgi, siis kiirus muutub seaduse v = - A sin t järgi ja kiirendus seaduse a = - 2 A cos t järgi.
Harmooniliste võnkumiste ja ringliikumiste vaheline seos-Hõbedane kuulike liigub ringjoonel ühtlase kiirusega vastu kellaosuti suunda. Kuuli valgustatakse vasakult poolt nii, et valguskiirte suund on paralleelne ringjoone tasandiga. Paremale on asetatud valge ekraan , millel võib jälgida kuulikese varju liikumist. On näha, et vari ekraanil liigub keskmisest asendist üles ja alla, s. t. võngub ümber keskmise asendi. Ekraanist paremal võngub vedru küljes teine kuulike. Selle kuulikese võnkumise periood on võrdne tiirleva kuulikese pöörlemise perioodiga. Animatsiooni jälgides võib öelda, et tiirleva kuulikese vari ja vedru otsa kinnitatud kuulike võnguvad ühesuguselt - järelikult toimuvad need võnkumised ühe ja sama seaduse järgi.
21.Sundvõnkumine. Resonants .
-sundvõnkumise amplituud. Esmalt järeldub siit valemist, et mida suurema amplituudiga on väline jõud, seda suuremaks kasvab ka sundvõnkumiste amplituud. Samuti järeldub siit, et mida väiksem on sumbuvustegur , seda väiksem on ruutjuurealune avaldis, seega ka paremal pool oleva murru nimetaja . See tähendab, et sundvõnkumise amplituud on seda suurem, mida väiksem on sumbuvustegur.
kui välise jõu ringsagedus läheneb ringsagedusele , mis oleks süsteemi oma võnkesagedus dissipatiivsete jõudude puudumise korral, siis amplituud kasvab. Maksimaalse väärtuse saavutab amplituud, kui =, siis
Resonantsiks nimetatakse sundvõnkumiste amplituudi järsku suurenemist , kui süsteemile
mõjuva välise perioodilise jõu sagedus saab võrdseks süsteemi niisuguse
omavõnkesagedusega, mis tal oleks dissipatiivsete jõudude puudumisel.
22. Rist - ja pikilained.
Laineks nimetatakse võnkumise edasikandumist ruumis.
Kui elastses keskkonnas mõned osakesed viia tasakaalust välja, hakkavad nad võnkuma.
Tekkiva sumbuvvõnkumise käigus muundub osa võnkumisenergiat soojuseks, osa kandub üle
naaberosakestele, mis hakkavad samuti võnkuma. Laine käigus ei kandu edasi mitte keskkond, s.t. molekulid ise, vaid ainult võnkumine!
Ristlainetuseks nimetatakse sellist lainetust, mille käigus keskkonnaosakesed võnguvad
laine
Pikilainetuseks levimissuunaga risti, näiteks lained veepinnal.nimetatakse lainetust, kus keskkonnaosakesed võnguvad laine levimise
sihis, näiteks heli. Laine võnkesagedus - ajaühikus sooritatud võngete arv.
Laine periood T – ühe täisvõnke sooritamiseks kuluv aeg, Võrdub sageduse pöördväärtusega.
Lainepikkus – laine levikusihis mõõdetud vahemaa kahe lähima samas faasis võnkuva
keskkonnaosakese vahel.
Laine levimiskiirus:
Sfääriline ja tasapinnaline laine.
Kõik need keskkonnaosakesed, mis asuvad laineallikast ühesugusel kaugusel r, võnguvad samas faasis ja paiknevad allikat ümbritseval sfääril raadiusega r, mida nimetatakse samafaasipinnaks.
Kaugeimat samafaasipinda, milleni laine vaadeldavaks ajahetkeks jõudnud on, nimetatakse
lainefrondiks.
Lainearvuks nimetatakse lainepikkuste arvu, mis mahub teepikkusele 2 ühikut,
23. Lainete interferents .
Lainete superpositsiooni printsiip. Kui keskkonnas levib mitu lainet, siis nad levivad
üksteisest sõltumatult ja keskkonnaosakeste summarne hälve on üksiklainete poolt
põhjustatud hälvete geomeetriline summa.
Laineid nimetatakse koherentseteks, kui nende faasivahe on mistahes ruumipunktis
konstantne. Koherentsete lainete liitumisel tekib interferents. See tähendab, et nendes keskkonna
punktides, kus lained kohtuvad samas faasis, nad tugevdavad üksteist ja tekib suurema
amplituudiga liitvõnkumine.
Interferentsi maksimumid- A1+A2
Interferentsi miinimumid-| A1-A2 |
Lainete difraktsioon .
Difraktsiooniks nimetatakse lainete levimist tõkete ja avade taha. Difraktsioon on jälgitav
niisuguste tõkete ja avade korral, mille mõõtmed ei ole väga palju suuremad vaadeldava laine
pikkusest.
Hea näide. Samal põhjusel on kuulda meetrise läbimõõduga puutüve taga asuva inimese häält, sest puutüve läbimõõt on väiksem hääle lainepikkusest. Kui see inimene paikneks teisel pool suurt maja, siis tema häält kuulda ei oleks, kuna maja mõõtmed ületavad tunduvalt hääle
lainepikkust ja sellepärast hääl teisele poole maja ei levi.

24. Lainete superpositsioon

Samas keskkonnas võib asuda ja võnkumisi tekitada ükskõik kui palju laineallikaid. Kõik need võnked levivad keskkonda üheaegselt, mistõttu üks ja seesama osake võtab osa paljudest võnkumistest.[1]
Näiteks lainete interferents on näide superpositsiooniprintsiibist lainete korral:
lainete 1 ja 2
superpositsioon
laine 1
laine 2
kaks samas faasis
võnkuvat lainet
kaks vastasfaasis
võnkuvat lainet
25.Laine levimiskiirus elastses keskkonnas.
Võnkumiste levimist nimetatakse laineks. Helilaineks ehk kuuldavaks heliks ehk lihtsalt heliks nimetatakse elastses keskkonnas levivaid mehhaanilisi võnkumisi, mille sagedus asub vahemikus 16 Hz–20 000 Hz. Helilained levivad vedelikes ja tahketes kehades niisama hästi kui gaasides (näiteks õhus). Helilainete levikut piirab üks oluline tingimus: heli edasikandumiseks peab alati olema mingi keskkond. Vaakumis heli levida ei saa, sest seal puudub elastne keskkond, mis võnkumist edasi kannaks.
26.Ideaalse gaasi mõiste.
Ideaalseks gaasiks nimetatakse niisugust gaasi, mille puhul
1) molekule vaadeldakse punktmassidena,
2) molekulidevahelisi põrkeid ja molekulide põrkeid teiste kehadega vaadeldakse absoluutselt
elastsetena,
3) molekulidevahelisi tõmbejõudusid ei arvestata.
Molekulaarkineetilise teooria põhivõrrand võimaldab välja arvutada gaasi rõhku, mis tingitud gaasimolekulide põrgetest vastu gaasiga kokkupuutes olevaid kehi.
27.Aine siseenergia .Ideaalse gaasi siseenergia.Temperatuur ja selle seos ideaalse gaasi siseenergia.
Aine siseenergiaks nimetatakse selle aine kõigi molekulide kineetiliste ja potentsiaalsete
energiate summat selle ainekogumi masskeskme suhtes.
Ideaalse gaasi siseenergia võrdub kõigi gaasimolekulide kineetiliste energiate summaga
niisuguses taustsüsteemis, mille suhtes uuritav gaasikogus kui tervik on paigal.
kõrgematel temperatuuridel toimub intensiivsemalt difusioon – ainete iseeneslik segunemine, kui ka Browni liikumine – vedelikus või gaasis paiknevate mikroskoopiliste tahke aine kübemete kaootiline liikumine, mis on põhjustatud molekulide põrgetest vastu neid aineosakesi.-Boltzmanni kulgliikumise võrrand.
Süsteemi vabadusastmete arvuks nimetatakse minimaalset koordinaatide arvu, mis on
vajalik süsteemi oleku üheseks määramiseks.
28. Avogadro seadus.Ideaalse gaasi olekuvõrrand.
Avogadro seadus. Võrdsel rõhul, ruumalal ja temperatuuril sisaldavad kõik gaasikogused
ühepalju molekule.
Avogadro seadust kasutades saab näiteks hinnata paljude ainete keemilist koostist ilma
nende mikrostruktuuri uurimata. üks mool ainet 6,02  1023 molekuli – Avogadro arv
molekuli. Avogadro arvu ja Boltzmanni konstandi korrutist nimetatakse universaalseks
gaasikonstandiks:
Ideaalgaasi olekuvõrrand ( Clapeyroni - Mendelejevi võrrand) seob omavahel gaasi olekuparameetreid: rõhku p , ruumala V ja temperatuuri T kujul: p V = z R T , kus z on gaasi moolide arv (gaasikoguse mass jagatud ühe mooli massiga) ja R - universaalne gaasikonstant .
Molekulaarkineetilise teooria põhivõrrandi teisendid. Et ühe gaasimolekuli kulgliikumise keskmine kineetiline energia avaldub
siis võib ideaalse gaasi olekuvõrrandi kirja panna ka järgmiselt:
Gaasi rõhk on võrdeline molekulide kulgliikumise keskmise energiaga ja molekulide
arvuga ruumalaühikus.
29. Isoprotsessid .
Isoprotsessideks nimetatakse selliseid protsesse, mille käigus mingi kindla gaasikoguse üks
kolmest olekuparameetrist (p,V,T) jääb konstantseks.
1. Isotermiline protsess. Protsessi käigus ei muutu gaasi temperatuur, näiteks gaasi aeglane
kokkusurumine kolvi all silindris , mis on ümbritsetud soojusisolatsiooniga.
Boyle ’i-Mariotte’i seadus. Konstantsel temperatuuril muutub mingi kindla gaasikoguse
rõhk pöördvõrdeliselt ruumalaga. T const pV const .
2. Isobaariline protsess. Protsessi käigus ei muutu gaasi rõhk, näiteks gaasi kuumutamine
hermeetilise kolviga suletud silindris, kusjuures kolb võib vabalt edasi-tagasi liikuda .
Charles’i seadus. Jääval rõhul muutub mingi kindla gaasikoguse ruumala võrdeliselt
temperatuuriga. p constV/T=const
3. Isohooriline protsess. Protsessi käigus ei muutu gaasi ruumala, näiteks gaasi
kuumutamine suletud anumas , mille soojuspaisumine on tähtsusetult väike.
Gay-Lyssac’i seadus. Jääval ruumalal muutub mingi gaasikoguse rõhk võrdeliselt
temperatuuriga.
30. Gaasi töö. Soojushulk . Siseenergia.
Gaas teeb tööd paisumisel, kusjuures töö tehakse gaasi siseenergia arvel. On
võimalikud järgmised variandid:
1) gaas paisub , dV 0 A 0 , gaasi siseenergia väheneb tehtud töö arvel;
2) gaas surutakse kokku, dV 0 A 0 , gaasi siseenergia suureneb, gaasi kallal
teevad tööd välised jõud.
U=Q-A
See valem väljendab energia jäävuse seadust termodünaamikas ja kannab termodünaamika
esimese seaduse nime.
Termodünaamika esimene seadus. Gaasi siseenergia muut mingi protsessi käigus võrdub
gaasile antud soojushulga ja gaasi poolt paisumisel tehtud töö vahega.
Gaasi töö ja soojusvahetus isoprotsessidel.
1. Isohooriline protsess. Et gaasi ruumala isohoorilisel protsessil ei muutu, siis vastavalt
valemile (9.15) gaasi töö selle protsessi käigus võrdub nulliga ja siseenergia muutub ainult
tänu gaasi soojusvahetusele ümbritseva keskkonnaga: Aine erisoojuseks nimetatakse soojushulka, kulub ühe kilogrammi aine temperatuuri
tõstmiseks ühe kraadi võrra. Aine moolsoojuseks nimetatakse soojushulka, mis kulub ühe mooli aine temperatuuri tõstmiseks ühe kraadi võrra.
2. Isobaariline protsess. Gaasi poolt tehtav töö arvutatakse integraaliga :
3. Isotermiline protsess. Gaasi temperatuur ei muutu, seega ei muutu ka tema siseenergia.
Järelikult termodünaamika esimesest seadusest Q A.
31.Adiapaatiline protsess.Termodünaamika teine seadus.
Adiabaatiliseks protsessiks nimetatakse niisugust protsessi, mille käigus ei toimu vaadeldava termodünaamilise süsteemi soojusvahetust keskkonnaga, Q 0 . Järelikult teeb gaas tööd ainuüksi oma siseenergia arvel.
Termodünaamika II printsiip: soojust ei ole kunagi võimalik muuta täielikult tööks.
1. Clausiuse järgi: Soojus ei saa minna külmemalt kehalt soojemale, ilma et välisjõud seejuures tööd teeks . Soojus ei saa iseenesest minna külmemalt kehalt soojemale.
2. Thomsoni järgi: Ei ole võimalik luua perioodiliselt töötavat soojusmasinat, mille tööga ei kaasneks muutusi ümbritsevates kehades. Selline masin (II liiki perpetuum mobile ) on võimatu ( Ostwald ). TD II printsiipi nimetatakse ka entroopia kasvu seaduseks. Teda võib sõnastada ka nii: välisjõudude puudumisel võib mistahes süsteemi entroopia ainult kasvada (piirjuhul - olla konstantne).
Entroopia S on termodünaamilise süsteemi olekufunktsioon, mis kirjeldab energia pöördumatut hajumist soojusnähtustel. Entroopia nulltase on meelevaldne, oluline on vaid muutus. Entroopia diferentsiaalne muutus avaldub kujul dS = dQ / T . Entroopia ühikuks on J/K. Entroopia on süsteemi korrastamatuse (korralageduse) mõõt. Kuna dQ = T dS, siis suurendab süsteemile mingi soojushulga andmine alati süsteemi kuuluvate osakeste liikumise või paigutuse kaootilisust (entroopiat).
Termodünaamika põhivõrrand dU = T dS - p dV on sisuliselt TD I printsiip. Ta väidab, et entroopia kasvuga kaasneb süsteemi siseenergia kasv, süsteemi paisumine viib aga siseenergia kahanemisele.
TD printsiipide lühisõnastused:
TD I : Te ei saa võita. Ei saa teha tööd, kulutamata energiat.
TD II : Te ei saa viiki mängida. Ei saa muuta kogu (soojus)energiat tööks. Osa läheb kaotsi.
Murphy täiendus: Te ei saa sellest mängust väljuda.
32.Coulumbi seadus vaakumis.Elektrilaengu jäävuse seadus.
Coulombi seadus. Kaks punktlaengut vaakumis mõjutavad teineteist jõuga, mis on võrdeline nende laengute suurusega ja pöördvõrdeline nende vahekauguste ruuduga.
Kehade vastastikusel hõõrdumisel läheb osa elektrone ühest kehast teise üle.
Järelikult – elektrone juurde saanud keha omandab negatiivse, elektrone ära andnud keha
positiivse laengu. Tekkinud laengud on alati võrdsed, kuid vastandmärgilised, seega nende
kehade summaarne laeng ei muutu.
Elektrilaengu jäävuse seadus. Suletud süsteemis paiknevate elektrilaengute algebraline
summa on jääv. Algebraline summa tähendab seda, et laenguid tuleb liita märki arvestades.
Elektriväli.
Elektriväli on elektrilaengu poolt tekitatud ruumis leviv pidev väli ja mis mõjutab ruumis paiknevaid teisi elektrilaenguid. Elektrivälja levimiskiirus on võrdne valguse kiirusega vaakumis. Elektriväli on elektromagnetvälja piirjuht. Elektrivälja tekitab ka muutuv magnetväli. Sel juhul on tegemist pööriselektriväljaga.
Elektrivälja tugevuseks mingis ruumipunktis nimetatakse sellesse punkti asetatud proovilaengule mõjuva elektrilise jõu ja selle proovilaengu jagatist.
Elektriväljade superpositsiooni printsiip. Laengute süsteemi poolt tekitatud elektrivälja
tugevus on võrdne üksiklaengute poolt tekitatud elektriväljade tugevuste vektoriaalse
summaga.
33. Elektrivälja potentsiaal.
Elektrivälja potentsiaal ehk potentsiaal on füüsikaline suurus, mis võrdub mingisse elektrostaatilise välja punkti asetatud elektrilaengu potentsiaalse energia ja laengu suuruse suhtega. Kui me tähistame potentsiaali tähega φ siis,kus W on laengu potentsiaalne energia ja q on laengu suurus.
Potentsiaal on skalaarne suurus. Kui kahe laengu poolt tekitatud elektriväljade potentsiaalid on vastavalt ja
, siis võrdub nende väljade kogupotentsiaal .
Elektriväljas paikneva proovilaengu potentsiaalne energia võrdub tööga, mille teevad elektrilised jõud selle proovilaengu viimisel lõpmata kaugele. Elektrivälja potentsiaaliks mingis ruumipunktis nimetatakse sellesse punkti asetatud proovilaengu potentsiaalse energia ja selle proovilaengu jagatist
Töö laengu liikumisel elektriväljas.
Elektriliste jõudude poolt tehtud töö laengu liigutamisel elektriväljas võrdub selle
laengu ning tema lõpp- ja algasukoha potentsiaalide vahe ehk pinge korrutisega.
Järeldused:
1) elektriliste jõudude poolt tehtud töö ei sõltu laengu liikumise trajektoorist, vaid ainult selle
trajektoori otspunktidest,
2) töö laengu liigutamisel mööda kinnist trajektoori võrdub nulliga.
Pingeks kahe punkti vahel nimetatakse nende punktide potentsiaalide vahet U1,2=
34. Elektrivälja tugevuse ja potentsiaali vaheline seos. Elektrivälja graafiline kujutamine.
Elektrivälja tugevuseks mingis ruumipunktis nimetatakse sellesse punkti asetatud
proovilaengule mõjuva elektrilise jõu ja selle proovilaengu jagatist.
Elektriväljas paikneva proovilaengu potentsiaalne energia võrdub tööga, mille teevad
elektrilised jõud selle proovilaengu viimisel lõpmata kaugele.
Elektrivälja sihis liikumisel on potentsiaali juurdekasv võrdeline läbitud teepikkusega.
Elektrivälja graafiliseks kujutamiseks kasutatakse jõujooni ja samapotentsiaalipindu. Viimaseid nimetatakse veel ka ekvipotentsiaalipindadeks või isopotentsiaalipindadeks.
Elektrivälja jõujoonteks nimetatakse selliseid jooni, mille puutujaks igas punktis on elektrivälja tugevuse vektor.
Elektrivälja samapotentsiaalpindadeks nimetatakse selliseid pindu, mille kõik punktid on ühesuguse potentsiaaliga.
Kui elektriväli tekitatakse ühe punktlaengu poolt, siis on tema jõujooned lihtsalt sellest
punktlaengust lähtuvad radiaalsed (kiirekujulised) sirged. Järgnev joonis kujutab kahe
võrdvastandmärgilise laengu poolt tekitatud elektrivälja. Elektrivälja jõujooned lähtuvad
positiivselt laengult ja suunduvad negatiivsele laengule. Laengu liikumisel mööda samapotentsiaalipinda elektrilised jõud tööd ei tee.
Elektrivälja tugevuse vektor on alati risti tema alguspunkti läbiva samapotentsiaalipinnaga. Elektrivälja tugevus mingis ruumipunktis on seda suurem, mida tihedamalt paiknevad selle punkti ümbruses samapotentsiaalipinnad. Ühtlasi tähendab see, et elektrivälja tugevus mingis ruumipunktis on seda suurem, mida tihedamalt paiknevad elektrivälja tugevuse jõujooned selle ruumipunkti ümbruses.
35.Elektrivälja tugevuse vektori vooog. Gaussi teoreem. Ühtlaselt laetud lõpmata suure tasandi ja lõpmata pika ühtlaselt laetud sirge niidi elektrivälja tugevuse arvutamine Gaussi kasut.
Elektrivälja tugevuse vektorvoog läbi kinnise pinna on võrdne selle pinna sees olevate laengute algebralise summaga, jagatud elektrilise konstandiga ε0.
Kui pinna poolt piiratud ruumis laengud puuduvad, siis on voog võrdne nulliga. Sel juhul lõikab väljaspool pinda asuvate laengute poolt tekitatud väljatugevuse iga joon pinda paarisarv korda, väljudes pinnast niisama palju kordi , kui ta sellesse sisenes. Kokku võtte on iga joone panus voogu võrdne nulliga. Kui laeng on kinnise pinna sisemuses jaotunud pidevalt ruumitihedusega ρ, siis tuleb Gaussi teoreem kirjutada kujul:
36. Elektrilise dipooli mõiste
Lineaarseks elektriliseks dipooliks nimetatakse kahest ühesuurusest, vastandmärgilisest laengust koosnevat süsteemi.
Dipooli õlaks nimetatakse vektorit, mis viib negatiivse laengu keskmest positiivse laengu keskmesse.
Dipoolmomendiks nimetatakse dipooli positiivse laengu ja dipooli õla korrutist. P=dq
Polaarseks (mittepolaarseks) nimetatakse niisuguse molekuli, mille summaarne dipoolmoment erineb nullist (võrdub nulliga).
37. Dielektriku polarisatsioon. Elektrivälja nõrgenemine dielektrikus.
Ainetes on enamus elektrilaenguid seotud aatomites või molekulides. Siiski võivad mõned laetud osakesed (elektronid, positiivsed ja negatiivsed ioonid jne.) aine piires liikuda. Selliseid laetud osakesi nimetatakse vabadeks laengukandjateks. Nende arv oleneb ainest ja üldjuhul ka temperatuurist.
Elektrivool on võimalik sellistes ainetes, kus leidub vabu laengukandjaid. Sellepärast jagatakse ained vabade laengukandjate seisukohast kahte suurde klassi.
Dielektrikuks ehk isolaatoriks nimetatakse ainet, milles vabade laengukandjate arv on molekulide arvuga võrreldes normaaltingimustel kaduvväike.
Elektrijuhtideks nimetatakse aineid, milles vabade laengukandjate arv on samas suurusjärgus molekulide arvuga. Näiteks metallid, milles kõigi aatomite valentselektronid (välimisel kihil paiknevad elektronid) on ühtlasi vabadeks elektronideks.
Polaarseks dielektrikuks nimetatakse niisugust dielektrikku, mille molekuli dipoolmoment erineb nullist.
Mittepolaarseks dielektrikuks nimetatakse dielektrikku, mille molekuli dipoolmoment võrdub nulliga.
Mida tugevam on väline elektriväli, seda tugevamini aatomite elektronkatted välja venitatakse ja seda suurema dipoolmomendi omandavad selle dielektriku molekulid. Kui tegu on mittepolaarsete molekulidega, siis püüab elektriväli nende dipoolmomente orienteerida elektrivälja sihis. Soojusliikumise puudumisel oleks see võimalik, tegelikult lõplik orienteerimine ei õnnestu soojusliikumise tõttu, kuid ikkagi tekib polaarsete molekulide dipoolmomentide teatud eelisorientatsioon välise elektrivälja sihis. See on seda tugevam, mida tugevam on väline elektriväli. Sellepärast omandavad nii polaarne kui ka mittepolaarne dielektrik kui tervik elektriväljas nullist erineva summaarse dipoolmomendi. Niisugust nähtust nimetatakse dielektriku polariseerumiseks. Dielektriku polariseerumise intensiivsust iseloomustab tema polarisatsioon.
Dielektriku polarisatsiooniks nimetatakse ühe ruumalaühiku dipoolmomenti:
Elektrivälja nõrgenemine dielektrikus
Elektrivälja asetatud dielektriku polariseerumine , mille käigus dielektrik omandab nullist erineva summaarse dipoolmomendi, põhjustab dielektriku sisemuses täiendava elektrivälja tekkimise. See elektriväli on ilmselt suunatud esialgsele elektriväljale vastu, järelikult peab dielektriku sisemuses elektriväli olema nõrgem kui ta oleks samadel tingimustel vaakumis.
Aine dielektriline läbitavus näitab seda, mitu korda nõrgeneb elektriväli selles aines võrreldes vaakumiga samadel tingimustel: E=E0/ε
38. Gaussi teoreem elektrostaatilise välja jaoks dielektrilises keskkonnas. Elektriväli juhtides.
Vaakumis võrdub elektrinihe lihtsalt elektrivälja tugevuse ja konstandi ε0 korrutisega, dielektrilises keskkonnas lisandub sellele veel keskkonna polarisatsioon. saame Gaussi teoreemi dielektrilise keskkonna jaoks saame kirja panna kujul: ,s.t. eletkrinihke vektori voog läbi mistahes kinnise pinna võrdub selles pinnas sisalduvate vabade laengute summaga.
Elektriväli juhtides
Elektrostaatilises väljas saab juhi sisemuses elektrivälja tugevus alati võrdseks nulliga. Kui elektriväli pidevalt muutub ja muutumiskiirus on piisavalt suur, siis vaba laengukandjad ei jõua oma inertsuse tõttu juhis nii kiiresti ümber paikneda ja sellepärast muutuva elektrivälja korral ei tarvitse summaarne väli juhi sisemuses täiesti nulliks saada. Kui elektrivälja tugevus võrdub kogu juhi ulatuses samaselt nulliga, siis tähendab see ühtlasi, et potentsiaali tuletised kõigi kolme ruumikoordinaadi järgi peavad võrduma nulliga. See on võimalik, kui potentsiaal kogu juhi ulatuses on konstantne.
Elektrostaatilise välja potentsiaal mingi juhi ulatuses on konstantne. Juhi valispind on seega samapotentsiaalipind.
Juhi omadust nõrgendada elektrostaatiline väli enda sisemuses nullini kasutatakse näiteks seadmete varjestamisel.
Kui juhti viia täiendavalt ühemärgilisi vabu laengukandjaid, nii et juhi kui terviku summaarne laeng hakkab erinema nullist, siis nende laengute omavahelise tõukejõu tõttu paigutuvad need laengukandjad üksteisest võimalikult kaugele, s.t. kogunevad juhi pinnale.
Juhile antud elektrilaeng koguneb elektrostaatilisel juhul alati juhi välispinnale.
39. Juhi mahtuvus . Kondensaator . Laengute süsteem ja elektrivälja energia.
Mingi juhi mahtuvus näitab, kui suur laeng tuleb anda sellele juhile, et suurendada tema potentsiaali ühe ühiku võrra. Mahtuvuse ühik on üks kulon voldi kohta ehk 1F ( farad , šoti füüsiku M.Faraday järgi). [C]=1C/V=1F
Kerakujuliste juhtide mahtuvus on üliväike ja nende kasutamine elektrilaengute salvestamiseks ebapraktiline, kuna juba väga väikese laengu andmisel kerale omandaks see nii kõrge potentsiaali, et laeng hakkaks keralt elektriliste tõukejõudude tõttu lenduma. Seetõttu kasutatakse elektrilaengute säilitamiseks sobivama ehitusega seadmeid – kondensaatoreid.
Lihtsaima ehitusega kondensaator on plaatkondensaator, mis koosneb kahes tasaparalleelsest metallplaadist ja nendevahelisest dielektrikukihist. Kui ühele plaadile anda laeng q ja teine plaat maandada, siis elektriliste tõmbejõudude mõjul indutseerub teisel plaadil eelmise suhtes võrdvastasmärgiline laeng q − . Nende vahel mõjuv tõmbejõud hoiab neid laenguid koos, kuid dielektrikukiht plaatide vahel ei lase laengutel ühelt plaadilt teisele liikuda.
Valem kondensaatori mahtuvuse arvutamiseks:
Laengute süsteemi ja elektrivälja energia
Kui meil on süsteem, mis sisaldab n punktlaengut vaakumis, tuleb arvutada nende vastasmõjude potentsiaalsed energiad paarikaupa ja tulemused liita.
Mingis ruumipunktis salvestunud elektrivälja energia tihedus võrdub poolega elektrinihke ja elektrivälja tugevuse vektorite skalaarkorrutisest.
40. Elektrivoolu mõiste. Elektromotoorjõud
Elektrivooluks nimetatakse elektrilaengute suunatud liikumist elektrivälja toimel. Et erimärgilised laengud liiguvad vastassuundades, siis voolu suunaks nimetatakse positiivsete laengute liikumise suunda. Seega ühtib voolu suund aines elektrivälja tugevuse vektori suunaga.
Elektrivoolu tekketingimused eelneva põhjal järeldades:
1) vabade laengukandjate olemasolu aines,
2) elektrivälja olemasolu.
Metallides on vabadeks laengukandjateks vabad elektronid, pooljuhtides vabad elektronid ja augud, elektrolüüdilahustes positiivsed ja negatiivsed ioonid , plasmas elektronid ja ioonid.
Et elektrivälja tugevuse vektor E = - grad ϕ näitab gradiendi definitsiooni põhjal potentsiaali kiireima kahanemise suunda, siis järeldub siit ühtlasi, et elektrivool juhis kulgeb kõrgema potentsiaaliga juhi osast madalama potentsiaaliga juhi osa suunas.
Selleks, et tekitada pidevat elektrivoolu, tuleb liikunud laenguid juhis pidevalt endisele kohale tagasi viia, et säilitada juhi erinevates osades potentsiaalide erinevust. Seda on võimalik teha mingite kõrvaliste, mitteelektriliste jõudude abiga, mida tekitab vooluallikas .
Mitteelektriliste jõudude töö arvel tekitatakse vooluallika ühel klemmil negatiivseta laengute ülejääk, näiteks vabade elektronide juurdetoomisega sellele klemmile. Teisel klemmil tekitatakse positiivsete laengute ülejääk, näiteks vabade elektronide eemaldamisega klemmilt . Nii tekitatakse klemmide vahel nullist erinev potentsiaalide vahe (pinge). Kui nüüd klemmid mingi juhiga ühendada, siis hakkavad vabad laengus selle tulemusel liikuma läbi juhi, et tasakaalustada klemmide potentsiaalide erinevust. Läbi juhi tekib elektrivool. Vooluallika energia arvel viiakse teisele klemmile jõudnud vabad laengukandjad läbi vooluallika tagasi lähtekohta.
Vooluallika elektromotoorjõuks nimetatakse vooluallika poolt tehtud kõrvaljõudude tööd ühikulise laengu ümberpaigutamiseks ühelt klemmilt teisele. Elektromotoorjõu ühikuks on seetõttu üks džaul kuloni kohta ehk üks volt. [ε] = 1V
Vooluallika elektromotoorjõud on üks volt siis, kui ühekulonilise laengu ümberpaigutamisel tema ühelt klemmilt teisele teevad vooluallikas mõjuvad mitteelelktrilised jõud tööd ühe džauli.
41. Elektrivoolu toimed. Voolutugevus ja –tihedus
Elektrivoolu olulisemad toimed on järgmised:
1. Soojuslik . Kui vabad laengukandjad aines liiguvad, põrkuvad nad aine molekulidega ja panevad nad intensiivsemalt võnkuma. Selle tulemusel kasvab aine temperatuur. Kasut: hõõglampides, küttekehades ja elektrikeevituses.
2. Keemiline. Kui vabadeks laengukandjateks aines on negatiivsed ja positiivsed ioonid, saab elektrivoolu kasutada ainete eraldamiseks elektrolüüdilahustes. Lahusesse erineva potentsiaaliga elektroodide viimisel liiguvad positiivsed metalliioonid negatiivse elektroodi poole ja see kattub metallikihiga.
3. Magnetiline. Iga laengut ümbritseb elektriväli. Kui laeng liigub, ümbritseb teda lisaks veel magnetväli. Nii kaldub näiteks kõrvale juhtme lähedal paiknev kompassinõel, kui juhet läbib elektrivool. Magnetilist toimet kasutatakse elektrimõõteseadmetes, elektromagnetites ja elektrimootorites.
Elektrivool on seda tugevam, mida intensiivsemat toimet ta avaldab. Elektrivoolu tugevuse ühik on üks amper (Ampere’i järgi), mis defineeritakse tema magnetilise toime intensiivsuse kaudu. [I] = 1A
Nimelt osutub, et kui kahte lähestikku asuvat juhet läbib vool, siis need juhtmed mõjutavad teineteist magnetiliste jõududega. Eriti tugevad on need jõud paralleelsete juhtmete korral. Kui voolud juhtmetes on samasuunalised, siis mõjub juhtmete vahel tõmbejõud, vastassuunaliste voolude korral tõukejõud.
Elektrivoolu tugevuse ühikut – amprit – kasutades defineeritakse ka elektrilaengu ühik kulon. Üks kulon on niisugune laeng, mis läbib juhti ühe sekundi jooksul siis, kui voolutugevus juhis on üks amper. (1C = 1A*s)
Voolutugevus on skalaarne suurus. Et iseloomustada elektrivoolu jaotust aines, defineeritakse voolutiheduse vektor, mille suund langeb kokku voolu suunaga vaadeldavas punktis. Voolutiheduse ühikuks on üks amper ruutmeetri kohta [j] = 1 A/m2
Voolutihedus juhis on võrdeline vabade laengukandjate kontsentratsiooni, liikumiskiiruse ja ühe vaba laengukandja laenguga.
42. Elektrivool metallides
Kui metallis tekitada elektriväli, hakkab vabadele elektronidele mõjuma elektriline jõud, mis elektronide negatiivse laengu tõttu on suunatud elektriväljale vastu. Vabad elektronid hakkavad selle mõjul liikuma, olgu nende suunatud liikumise keskmine kiirus ῡ.
Isegi küllalt suure voolutiheduse korral jääb vabade elektronide suunatud liikumise keskmine kiirus hinnanguliselt 108 korda väiksemaks kui nende kaootilise ehk soojusliikumise keskmine kiirus. Järelikult lisandub vabade elektronide kaootilisele soojusliikumisele elektrivälja rakendamisel nende vaevumärgatav triiv elektrivälja sihile vastassuunas. Sellepärast nimetatakse elektronide suunatud liikumise kiirust ῡ ka triivkiiruseks.
Triivkiirus ei saavuta kunagi suurt väärtust sellepärast, et elektronid põrkuvad pidevalt metalliioonidega ja elektriväli saab neid segamatult kiirendada ainult kahe järjestikuse põrke vahelisel ajal.Kui sellise kiirusega liikuv vaba elektron põrkub nüüd metalliiooniga, annab ta sellele osa oma kineetilisest energiast. Selle tulemusel hakkab metalliioon intensiivsemalt võnkuma, metalli temperatuur suureneb. Kui elektriväli on väiksem aatomisisestest elektriväljadest, siis see põrge on elastne. Et aga elektroni triivkiirus on mõõtmatult väiksem tema soojusliikumise keskmisest kiirusest, siis võibki öelda, et pärast põrget muutub elektroni triivkiirus nulliks.
Klassikalise elektronteooria seisukohalt on voolutihedus juhis võrdeline elektrivälja tugevusega ja pöördvõrdeline ruutjuurega absoluutsest temperatuurist.
43. Ohmi seadus, Joule’i-Lenzi seadus.
Voolutugevus juhis on võrdeline selle juhi otstele rakendatud pingega.
Valemis pinge ees oleva võrdeteguri pöördväärtust nimetatakse juhi takistuseks. See viib meid Ohmi seaduse tuttava kujuni I=U/R. Takistuse ühikuks on 1 oom: [R]=1V/A= 1 oom.
Takistuse pöördväärtust nimetatakse juhtivuseks. Juhi takistus on võrdeline tema pikkusega ja pöördvõrdeline ristlõikepindalaga. Juhi eritaksitus on võrdeline ruutjuurega absoluutsest temperatuurist, s.t. kasvab temperatuuri tõustes. Seda fakti saab põhjendada ka kvalitatiivselt . Temperatuuri suurenedes kasvavad metalliioonide võnkumiskiirused ja – amplituudid , sellepärast on vabadel elektronidel suurem tõenäosus nendega kokku põrgata ja seega vabade elektronide liikumine rohkem takistatud.
Joule’i-Lenzi seadus.
Juhis eralduv võimsus on võrdne juhti läbiva voolutugevuse ja juhi otstele rakendatud pinge korrutisega (N=UI). Et määrata juhis mingi aja t vältel eraldunud soojushulka, korrutame saadud võimsuse ajaga ning saame valemi, mis esitab Joule’i-Lenzi seadust: Q=UIt
Joule’i-Lenzi seadus: Juhis mingi aja vältel eraldunud soojushulk võrdub juhti läbiva voolutugevuse, juhi otstele rakendatud pinge ja selle ajavahemiku korrutisega.
44. Elektrivool elektrolüüdilahustes ja pooljuhtides
Elektrolüütide (näit. alused, happed , soolad ) lahustumisel vees jagunevad molekulid vastasnimeliselt laetud ioonideks. Seda ioonideks jagunemise protsessi nimetatakse elektrolüütiliseks dissotsiatsiooniks.
NaCl -> Na+ + Cl-
NaOH -> Na+ + OH-
Elektrolüütilise dissotsiatsiooni ulatust iseloomustab dissotsiatsiooniaste ehk ioonideks lagunenud molekulide arvu suhe lahuses olevate molekulide üldarvusse.
Seega on vabadeks laengukandjateks elektrolüüdilahustes positiivsed ja negatiivsed ioonid, mis elektrivälja toimel liiguvad vastassuundades. Voolusuunaks on vastavalt selle definitsioonile positiivsete ioonide liikumissuund.
Et kõrgemal temperatuuril kulgeb elektrolüütiline dissotsiatsioon intensiivsemalt, siis on suureneb temperatuuri kasvades vabade laengukandjate kontsentratsioon elektrolüüdilahustes. Järelikult väheneb elektrolüüdi eritakistus temperatuuri tõustes.
Elektrivool pooljuhtides
Pooljuhtides (näit. räni, germaanium) on kristallvõres iga aatom seotud naaberaatomitega kovalentsete sidemete kaudu. See tähendab piltlikult öeldes, et kahe naaberaatomi korral kumbki annab ühe valentselektroni, mis hakkab tiirlema ümber mõlema aatomi. Järelikult hoiavad naaberaatomeid koos valentselektronide paarid ja iga aatom saab sideme luua nii mitme naaberaatomiga, kui mitme valentne on pooljuht .
Kuna valentselektronid on aatomitega nõrgalt seotud, siis soojusliikumise tõttu võidakse mõni neist oma orbiidilt välja lüüa ja ta muutub vabaks elektroniks. Elektroni poolt vabastatud koht – auk – hakkab käituma positiivse laenguna. Et selle koha võib juhuslikult täita mõni naaberpaari elektron, siis võib auk samamoodi kristallis ringi liikuda nagu vaba elektrongi.
Seega on vabadeks laengukandjateks pooljuhtides vabad elektronid ja augud. Tavatemperatuuril on nende arv väike, kuid temperatuuri (soojusliikumise intensiivistudes) kasvab nende arv. Järelikult temperatuuri tõustes pooljuhtide eritakistus väheneb.
45. Üldistatud Ohmi seadus
Ohmi seadus üldkujul. Voolutugevus mingis vooluringi lõigus saadakse lõigus sisalduva summaarse elektromotoorjõu ja lõigu otstele rakendatud potentsiaalide vahe summa jagamisel lõigu kogutakistusega.
Kui meil on tegu suletud vooluringiga, s.t. lõigu alg- ja lõpp-punktid ühtivad, siis alg- ja lõpp-punkti potentsiaalide vahe võrdub nulliga, sest üks ja sama punkt ei saa korraga omada kahte erinevat potentsiaali. Siis saaksime valemist Ohmi seaduse erijuhu suletud vooluringi kohta.
Ohmi seadus suletud vooluringi kohta. Suletud vooluringis vooluallikat läbiv vool võrdub vooluallika elektromotoorjõu ja vooluringi kogutakistuse jagatisega. Et kogutakistus RΣ on vooluallika sisetakistuse r ja vooluringi välisosa takistuse R summa, siis valemi kujul saame selle seaduse esitada järgmiselt:
46. Kirchhoffi seadused
Voolude hargnemine toimub vooluringi sõlmedes. Need on sellised punktid, kus koondub rohkem kui kaks juhet.
Samas ei ole võimalik mingisuguste laengute kuhjumine sõlmpunkti, kuna see viiks sõlmpunkti potentsiaali pidevale muutumisele, see omakorda muudaks sõlme sisenevate ja sealt väljuvate voolude tugevust. Siis peab vastavalt elektrilaengu jäävuse seadusele sisenema sõlme mistahes ajavahemiku vältel niisama suur laeng kui sealt väljub, s.t dqsis=dqvälj. Järelikult peab sõlme sisenevate voolude summa võrduma sõlmest väljuvate voolude summaga.
Kirchhoffi esimene seadus. Mingisse sõlme sisenevate voolude ja sealt väljuvate voolude algebraline summa võrdub nulliga. See seadus järeldub otseselt elektrilaengu jäävuse seadusest.
Kirchhoffi teine seadus. Suletud vooluahelas võrdub kõigi vooluallikate elektromotoor-jõudude algebraline summa kõigil tarbijatel ja vooluallikatel olevate pingelangude algebralise summaga. n on ahelas sisalduvate vooluallikate ja m ahelas sisalduvate tarbijate arv.
Kirchhoffi teine seadus seob omavahel mistahes suletud vooluringis tekkivad pingelangud ja seal sisalduvate vooluallikate elektromotoorjõud.
Iga vooluallika elektromotoorjõud tuleb võtta märki arvestades – kui selle suund ühtib meie valitud liikumissuunaga, siis lugeda elektromotoorjõud positiivseks . Sama on mingit tarbijat või vooluallikat läbiva vooluga. Kui selle suund ühtib meie valitud liikumissuunaga mööda suletud vooluahelat, siis tuleb vool lugeda positiivseks.
47. Tarbijate jadaühendus
Iga elektron, mis lähtub negatiivse potentsiaaliga otspunktist, peab läbima järjest kõik tarbijad ja jõudma positiivse potentsiaaliga otspunkti. Et tingimused on võrdsed, peab iga elektron läbima selle tee ühesuguse ajaga. Järelikult peab ka kõiki tarbijaid läbima ühetugevune vool.
Tarbijate jadaühenduse korral on voolutugevus igas vooluahela osas ühesugune. const = I . Et jadaühendusel peab iga ahelat läbiv laeng läbima järjest kõik tarbijad, siis peavad üksikute tarbijate takistused jadaühenduse korral liituma . Tarbijate jadaühendusel võrdub vooluahela kogutakistus üksikute tarbijate takistuste summaga. R=R1 + R2 + R3 +...
Tarbijate jadaühendusel vooluahela otstele rakendatud pinge võrdub tarbijate pingelanguse summaga. Pingelang üksikul tarbijal on võrdeline selle tarbija takistusega.
Tarbijate jadaühendusel on igal üksikul tarbijal eralduv võimsus võrdeline selle tarbija taksitusega.
Et voolutugevused läbi kõigi tarbijate on ühesugused, siis peab suurema takistusega tarbijal eralduma suurem võimsus.
Sellepärast kuumeneb ka hõõglambi ühendamisel vooluringi just lambi hõõgniit, mitte ühendusjuhe, ehkki mõlemat läbib sama tugevusega vool. Lambi hõõgniidi takistus ületab tunduvalt ühendusjuhtmete oma ja teda läbides peavad laengud tegema tunduvalt rohkem tööd kui juhtmeid läbides.
48. Tarbijate rööpühendus ->
Tarbijate rööpühendusel on kõikidel tarbijatel ühesugused pingelangud. const = U .
Tarbijate rööpühendusel võrdub summaarne voolutugevus läbi vooluahela võrdne üksiktarbijaid läbivate voolude tugevuste summaga. I = I1 + I2 + I3 +... Rakendame igale tarbijale eraldi Ohmi seadust: Ii = U/Ri
Tarbijate rööpühendusel on üksiktarbijat läbiva voolu tugevus pöördvõrdeline selle tarbija takistusega. Ahela kogutakistuse arvutamiseks rakendame Ohmi seadust ahela kui terviku suhtes ning saame pingega taandades valemi:
Tarbijate rööpühendusel võrdub ahela kogutakistus pöördväärtusega üksiktarbijate takistuste pöördväärtuste summast. Tarbijate lisamisel rööpühenduse korral ahela kogutakistus väheneb.
49. Vooluallika kasutegur
Vooluallika võimsus ehk teise sõnadega vooluringis eralduv koguvõimsus võrdub vooluallika elektromotoorjõu ja voolutugevuse korrutisega.
Tarbijal eralduv võimsus ehk kasulik võimsus avaldub Nkas = UI, kus U on pingelang tarbijal.
Vooluallika kasutegur võrdub tarbija taksituse ja vooluringi summaarse takistuse suhtega, mis on korrutatud veel saja protsendiga.
Mida suurem on tarbija takistus, seda suurem on vooluallika kasutegur, s.t. seda suurem osa arendatavast võimsusest eraldub tarbijal. Ülejäänud osa koguvõimsusest N kulub vooluallika soojendamiseks – see on nn. kahjulik võimsus.
Vooluringis eralduv kasulik võimsus on maksimaalne, kui tarbija taksitus võrdub vooluallika sisetakistusega. Kasutegur on sel juhul ainult 50%.
50. Magnetväli. Ampere’i seadus
Paigalseisvat elektrilaengut ümbritseb elektriväli, liikuvat laengut lisaks veel magnetväli. Magnetväli tekitatakse liikuvate laengute (elektrivoolude) poolt. Teda mõõdetakse tema mõju kaudu liikuvatele laengutele (elektrivooludele).
Põhimõtteline erinevus elektri- ja magnetvälja vahel on aga see, et kui on olemas iseseisvaid positiivseid ja negatiivseid elektrilaenguid, mis on elektrivälja jõujoonte allikateks, siis iseseisvaid magnetlaenguid ei eksisteeri. Kui elektrivälja suund tehakse kindlaks positiivsele proovilaengule mõjuva jõu suunaga, siis magnetvälja suuna kindlakstegemiseks kasutatakse kompassinõela, mis muude magnetväljade puudumisel on orienteeritud Maa magnetvälja sihis.
Kruvi reegel. Kui kruvi kulgliikumise suund ühtib voolu suunaga juhtmes , siis tema pöördliikumise suund ühtib magnetvälja suunaga ümber juhtme.
Ampere’i seadus
Prantsuse füüsik Ampere tegi kindlaks, et kui vooluga juhtmelõik asub magnetväljas, siis juhtmelõigule mõjuv magnetiline jõud:
1) on võrdeline voolutugevuse ja juhtme pikkusega,
2) on risti nii juhtme kui magnetvälja jõujoonte suunaga,
3) sõltub ka sellest, millise nurga all paikneb juhe ise magnetvälja jõujoonte sihis. Jõud on maksimaalne, kui juhe on risti magnetväljaga, ja null, kui juhe asub jõujoonte sihis.
Ampere’i seadus. Magnetväljas paiknevale vooluga sirgjuhtmele mõjub jõud F=BIlsin α, kus I – voolutugevus juhtmes, l – juhtme pikkus, α - nurk juhtme ja magnetvälja jõujoonte vahel, B – magnetiline induktsioon juhtme asukohas. Selle jõu suund määratakse vasaku käe reegliga .
Vasaku käe reegel. Kui asetada vasak käsi nii, et magnetvälja jõujooned suunduvad peopessa ja sõrmed näitavad voolu suunda juhtmes, siis väljasirutatud pöial näitab juhtmele mõjuva magnetilise jõu suunda.
51. Vooluga raam magnetväljas. Magnetvoog
Paiknegu magnetväljas juhtmest moodustatud tasapinnaline raam, mida läbib vool. Seetõttu mõjub igale juhtmelõigule selles raamis Ampere’i seaduse põhjal magnetiline jõud. Et voolu suunad raami erinevates osades on erinevad, siis on need jõud erisuunalised. Kui raam on piisavalt jäik, nii et need jõud raami ei deformeeri, siis osutub, et nende jõudude summaarne moment üritab pöörata raami sellisesse asendisse, et raami tasand jääks risti magnetvälja jõujoontega. Vasaku käe reeglit arvestades saame, at raami ülemisele horisontaalküljele mõjub Ampere’i jõud otse üles, alumisele horisontaalküljele otse alla. Et raam on jäik ja need jõud on võrdvastupidised, siis nad tasakaalustavad teineteist.
Magnetvälja võimet pöörata vooluga raami kasutatakse näiteks elektrimootorites, kus ühe raami asemel võetakse kas mõnesaja või mõne tuhande keeruga mähised.
Magnetvoog
Magnetvälja saab graafiliselt kujutada tema jõujoonte abil. Magnetvälja jõujoon on selline kõver, millele on igas tema punktis puutujavektoriks magnetilise induktsiooni vektor. Mida tihedamalt paiknevad magnetvälja jõujooned mingi ruumipunkti ümbruses, seda tugevam on magnetväli selles ruumipunktis.
Ühikulise induktsiooniga magnetvälja korral läbib ühikulise pindalaga pinda, mille tasand paikneb risti magnetvälja jõujoontega, parajasti üks jõujoon. Siis võib öelda, et üldjuhul võrdub magnetiline induktsioon jõujoontega risti olevat ühikulist pinda läbivate jõujoonte arvuga.
Magnetvooks läbi mingi pinna S nimetatakse homogeenses magnetväljas korrutist ΦB=BScosα= B*nS ((((B ja n on vektoris peale viimast võrdusmärki)))
Gaussi teoreem magnetvälja kohta. Magnetilise induktsiooni summaarne voog läbi mistahes kinnise pinna võrdub nulliga.
52. Lorentzi jõud. Selle praktilised rakendused.
Lorentzi jõud on jõud, mis mõjub magnetväljas liikuvale elektrilaengule, arvutatakse järgmise valemiga: FL=qvBsin α. Siin v on laengu q liikumiskiirus ja B magnetiline induktsioon liikuva laengu asukohas, α on nurk magnetilise induktsiooni ja laengu liikumissuuna vahel.
Lorentzi jõu suund määratakse samuti vasaku käe reegli abil. Voolu suunaks võetakse positiivse laengu korral tema liikumissuund, negatiivse laengu korral sellele vastupidine suund. Ka Lorentzi jõud on risti nii magnetvälja jõujoonte kui osakese liikumise suunaga.
Erijuhud: kui laetud osake liigub magnetvälja jõujoonte sihis, siis nurk α=0 , tema siinus võrdub samuti nulliga ja seega Lorentzi jõudu ei mõju.
Et Lorentzi jõud mõjub magnetväljas liikuvale laetud osakesele tema liikumissuunaga risti, siis ta ei tee tööd osakese liigutamisel. Seega ei muutu Lorentzi jõu toimel laetud osakese energia aga ka liikumiskiirus, muutub ainult liikumissuund.
Lorentzi jõu praktilisi rakendusi (elektronkiiretoru, tsüklotron, mass-spektromeeter, magnetohüdrodünaamiline generaator ).

• Elektronkiiretorud on üks elektronseadiste liike, mis on ette nähtud elektriliste signaalide muundamiseks optiliseks kujutiseks.

Tööpõhimõte: Optiline kujutis saadakse peene elektronkiire põrkumisel vastu ekraani, mille luminofooriga kaetud kiht jätab elektronkiire liikumise teest nähtava jälje. Elektronikahuris moodustunud peen suunatud elektronkiir liigub ekraanil vastavalt hälvitussüsteemi toimele.

• Tsüklontroni abil on leitud enamus uusi elemente – raskete tuumade pommitamine laetud osakestega.

• Mass-spektromeeter on asendamatu üliväikeste elementide koguse analüüsiks vees või tahtetes ainetes. Ta on väga effektiivne aine molekulmassi/koostise määramiseks.

• Magnetohüdrodünaamiline generaator: Horisontaalne ristkülikukujulise ristlõikega rõngassesuletud plastiktoru on täidetud elavhõbedaga. Turbiini abil on torus tekitatud ülerõhk, mis paneb elavhõbeda liikuma konstantse kiirusega. Teatud toru lõigul on toru kaks vertikaalset vastasseina tehtud vasest. Reaalse vedeliku liikumine on väga keeruline. Olukorra lihtsustamiseks eeldame järgmist: kuigi vedelik on viskoosne, on tema liikumise kiirus sama kogu toru ristlõike ulatuses, vedeliku kiirus on alati võrdeline temale mõjuva summaarse välisjõuga, vedelik on kokkusurumatu.

53. Voolude vastastikune mõju. Biot’-Savart’-Laplace’i seadus.

Vooluelemendiks Idl nimetatakse lõpmata väikese pikkusega juhtmelõiku, mille pikkus on dl ja mida läbib vool tugevusega I. See on vektor, mille suund ühtib voolu suunaga juhtmelõigus.

Selline vooluelement tekitab enda ümber elementaarse magnetvälja. Boit’ ja Savart’ katsetest järeldub, et see kahaneb võrdeliselt kauguse ruuduga, kuid sõltub lisaks veel suunast , samas kui punktlaengu elektrostaatiline väli oli radiaalsümmeetriline. Vooluelemendi sihis on magnetiline induktsioon võrdne nulliga, kõige suurem on ta vooluelemendiga ristuvas sihis.

Magnetvälja superpositisiooni printsiip. Vooluelementide poolt tekitatud summaarne magnetiline induktsioon mingis ruumipunktis võrdub üksikute vooluelementide poolt tekitatud magnetiliste induktsioonide vektoriaalse summaga.

54. Koguvoolu seadus

Koguvoolu seadus. Magnetilise induktsiooni vektori tsirkulatsioon piki mistahes suletud kõverat vaakumis võrdub selle kõvera poolt ümbritsetud voolude algebralise summaga, mis on korrutatud konstandiga μ0.

Vektorvälja B tsirkulatsiooniks mööda suletud kõverat L nimetatakse joonintegraali :

Suletud kõverat läbiv vool leotakse positiivseks, kui tema poolt tekitatud magnetvälja tsirkulatsiooni suund (määratakse kruvi reegliga) ühtib meie poolt valitud ringkäigu suunaga piki kõverat. Vastasel juhul loetakse vool negatiivseks.

55. Magnetväli keskkonnas
Magnetväli keskkonnas erineb magnetväljast vaakumis. Kui elektriväli keskkonnas on alati nõrgem elektriväljast vaakumis, siis magnetväli keskkonnas võib teatavate ainete korral olla nõrgem kui magnetväli vaakumis, kuid teatavate ainete korral ka tugevam sellest. Magnetvälja nõrgenemine või tugevnemine aines sõltub sellest, kas selle aine molekulid ise tekitavad nullist erineva magnetvälja või mitte. Magnetvälja tekitab iga elektron, prooton või neutron oma spini tõttu.
Diamagneetikuks nim. Ainet, mille molekuli summaarne magnetväli võrdub nulliga. Diamagneetilises keskkonnas magnetväli nõrgeneb vaevumärgatavalt võrreldes vaakumiga.
Paramagneetikuks nim. Ainet mille molekuli summaarne magnetväli mõnevõrra erineb nullist. Välise magnetvälja puudumisel üksikute molekulide summaarsed magnetväljad neutraliseerivad üksteist. Kui paramagneetik asetada välisesse magnetvälja, siis molekulide summaarne magnetväli on suunatud samas sihis esialgse magnetväljaga ja sp tugevneb vaevumärgatavalt.
Ferromagneetikuks nim. Ainet, mille molekuli summaarne magnetväli erinev tunduvalt nullist ( raud, nikkel, koobalt ). Sellises aines paiknevad molekulid nn domeenide kaupa. Välises magnetväljas orienteeruvad domeenide magnetväljad rohkem välise magnetvälja sihis ja nende mõjul tugevneb magnetväli võrreldes vaakumiga tunduvalt. Eriti tugevates ferromagneetikutes võib magnetväli tugevneda isegi tuhandeid kordi.
56. Faraday katsed
1. (katse on aluseks dünamo ja generaatori tööpõhimõttele) Mähis ühendatakse apermeetriga ja selle läheduses liigutatakse püsimagnetit. Magneti liikumise ajal näitab mähisega ühendatud ampermeeter elektrivoolu olemasolu mähises. Paigaloleva püsimagneti koral voolu ei teki.
2. (katse on aluseks transformaatori tööpõhimõttele) Püsimagnet asendatakse teise mähisega, mis on läbi lüliti ühendatud vooluallikaga. Kui vasakpoolses mähises muutub seda läbiva voolu tugevus, tekib vool ka parempoolses mähises. Sama tulemuse annab mähiste liigutamine üksteise suhtes.
Mõlema katse korral tekitatakse parempoolse mähise ümbruses nullist erinev magnetväli ja seetõttu tekib magnetvoog läbi parempoolse mähise keerdude . Kui muutub seda mähist läbiv magnetvoog, siis põhjustab see mähises voolu.
Elektromagnetiline induktsioon- nimetatakse nähtust, kus magnetvoo muutumine läbi suletud juhtiva kontuuri (nt. traatraam) põhjustab voolu teket selles kontuuris . Tekkivat voolu nimetatakse induktsioonivooluks.
Induktsiooni elektromotoorjõud- Kuna voolu tekkeks suletud kontuuris on vajalik elektromotoorjõu olemasolu, siis elektromagnetilise induktsiooni nähtusest järeldub, et suletud juhtivat kontuuri läbiva magnetvoo muutumine põhjustab selles kontuuris elektromotoorjõu tekke. Suletud juhvtivas kontuuris tekkiv induktsioonielektromotoorjõud võrdub kontuuri läbivad magnetvoo muutumise kiiruse vastandväärtusega.

57. Induktiivsus. Solenoidi induktiivsuse arvutamine. Magnetvälja energia.

Kui juhti läbib vool, kaasneb sellega alati magnetväli. Kui juht moodustab suletud kontuure (näit. mähis), siis selle magnetvälja voog läbib samuti juhti. Niisugust magnetvälja nimetatakse juhi omamagnetväljaks ja tema voog – omamagnetvoog, mille tähistame Ψ , on võrdeline juhti läbiva voolu tugevusega: ΨB=LI. Selle valemis esinevat võrdetegurit L nimetatakse juhi induktiivsuseks. Induktiivsuse ühik on 1H (henri): [L]=1H=1V*s/A

Juhis tekkiv eneseinduktsiooni elektromotoorjõud on võrdeline juhi induktiivsuse ja voolutugevuse muutumiskiirusega juhis. Eneseinduktsiooni elektromotoorjõud on vastavalt Lenzi reeglile alati suunatud selliselt, et ta püüab takistada juhti läbiva voolu muutust. Eriti suur on induktiivsus suure keerdude arvugaja ferromagneetilisest materjalist südamikuga mähistel.

Vool mähises kasvab seda aeglasemalt, mida suurem on mähise induktiivsus. Samuti tekib väga suur elektromotoorjõud voolu väljalülitamisel mähisest, mis põhjustab näiteks elektrisädeme teket lüliti kontaktide vahel. Voolu sisse- ja väljalülitamisel tekkiva elektromotoorjõu väärtus võib suure induktiivsusega mähise korral olla palju kordi suurem vooluallika enda elektromotoorjõu väärtusest.

Viimatinimetatud põhjusel võib alalisvooluahelates olla mähise klemmide puudutamine voolu sisse- ja väljalülitamise hetkel ja lühikese aja jooksul pärast seda väga ohtlik. Vahelduvvoolu korral muutub voolutugevus mähises pidevalt, seega indutseeruvad vahelduvvooluahelasse lülitatud mähises pidevalt väga suured elektromotoorjõud.

Relaksatsiooniajaks nimetatakse ajavahemikku, mille vältel voolutugevus pärast vooluallikaga ühendatud mähise klemmide lühistamist kahaneb e≈72 ,2 korda.

Solenoidi induktiivsuse arvutamine

Võtame vaatluse alla solenoidi , mille pikkus ületab tunduvalt tema läbimõõdu. Solenoidi keerdude arv olgu N ja pikkus l, seega tema keerdude tihedus ehk keerdude arv pikkusühiku kohta n=N/l.

Solenoid olgu täidetud ainega, mille suhteline magnetiline läbitavus on μ , solenoidi ühe keeru pindala tähistame S. Kui solenoidi läbib vool tugevusega I, siis selle tulemusel indutseeritakse magnetväli. Solenoidi sisemuses avaldub magnetiline induktsioon. Solenoidi induktiivsuse jaoks saame valemi
.

„Lõpmata pika” solenoidi induktiivsus on võrdeline keerdude arvu ruudu, solenoidi keeru pindala ja solenoidi südamiku suhtelise elektrilise läbitavusega, pöördvõrdeline keerdude arvuga solenoidis.

Magnetvälja energia

Töö, mille teeb eneseinduktsiooni elektromotoorjõud elektrilaengute läbiviimisel alates vooluallika lahtiühendamisest kuini voolu täieliku katkemiseni, arvutatakse integraaliga: . Et see töö tehakse lõppkokkuvõttes solenoidis talletunud magnetvälja energia arvelt, siis avaldub solenoidis (või ka mingis teises juhis) seda läbiva voolu toimel indutseeritud magnetvälja energia , kus L on juhi induktiivsus, I voolutugevus juhis. Saame solenoidis talletunud magnetvälja energia väärtuseks .

58. Geomeetrilise optika seadused. Fermat printsiip.
Valguseks nimetatakse inimsilmaga nähtavat elektromagnetlainet, mille lainepikkus jääb vahemikku O,38m ~ A ~ O,76m kusjuures O,76 m vastab punasele ja O,38m violetsele valgusele. Koige tundlikum on inimsilm valgusele lainepikkusega O,56m - roheline valgus, mis ühtib ka Paikese kiirgusmaksimumiga.
Kui valgus on vastasmojus kehadega, mille mõõtmed on palju suuremad valguse lainepikkusest (ja mille pinnakonarused vaiksemad valguse kainepikkusest), siis pole vaja arvestada valguse laineomadusi ja võime valguse leviku kirjeldamiseks kasutada geomeetrilist optikat, mida nimetatakse ka kiirteoptikaks. Geomeetrilise optika olulisimaks mõisteks on valguskiire moiste .
Valguskiireks nimetatakse joont, mida mooda levib valgusenergia . Tema levik allub geomeetrilise optika kolmele seadusele, mis moodustavad geomeetrilise optika aluse.
Geomeetrilise optika 1 seadus ehk valguse sirgjoonelise levimise seadus: ühtlases keskkonnas levib valgus sirgjooneliselt.
Geomeetrilise optika 2 seadus ehk valguse peegeldumisseadus: Valguse langemisnurk võrdub peegeldumisnurgaga, kusjuures langev kiir, peegeldunud kiir ja pinnanormaal asuvad ühel tasandil.
Geomeetrilise optika 3 seadus ehk valguse murdumisseadus. Ühest keskkonnast teise levides muudab valgus oma suunda, kusjuures langev kiir, murdunud kiir ja pinnanormaal asuvad ühel tasandil ning langemisnurga a ja murdumisnurga  vahel valitseb järgmine seos: n1sin=n2sin, kus n1 ja n2 on vastavalt esimese ja teise keskkonna murdumisnäitajad.
Fermat printsiip(I). Valgus levib ühest ruumipunktist teise alati niisugust teed mööda, et vajalik levimisaeg oleks minimaalne. Selle printsiibi lähemaks iseloomustamiseks käsitleme valguse levimist mittehomogeenses keskkonnas, kus murdumisnäitaja on erinevates ruumipunktides erinev.

Valguse optiliseks teepikkuseks nimetatakse keskkonna murdumisnäitaja joonintegraali mööda valguse trajektoor
. Optilise teepikkuse mõistet sisse tuues võib Fermat’ printsiibi sõnastada ka teisel viisil:

Fermat’ printsiip(II). Valgus levib ühest ruumipunktist teise alati sellist teed mööda, millele vastav optiline teepikkus on minimaalne.

59. Läätsed, kujutise konstrueerimine läätsedes. Õhukese läätse valem. Optiline tugevus. Läätsede süsteem. Luup.

Läätseks nimetatakse kahe sfäärilise pinnaga piiratud läbipaistvast ainest keha, mille murdumisnäitaja erineb ümbritseva keskkonna omast. Läätse töö põhineb valguse murdumisseadusel.

Kumerlääts, mille murdumisnäitaja on keskkonna omast suurem, toimib valgust koondavalt. Nõguslääts, mis on keskelt õhem kui äärtest, toimib seega valgust hajutavalt. Kui keskkonnaks on õhk, siis läätse materjal on alati suurema murdumisnäitajaga, seetõttu nimetatakse kumerläätse ka koondavaks läätseks ja nõgusläätse ka hajutavaks läätseks.

Kujutise konstrueerimine läätsedes. Läätse suurendus, õhukese läätse valem.

Kui ühest punktist lähtunud valguskiired langevad koondavale läätsele, siis pärast läätse läbimist koonduvad nad samuti ühte punkti, milles tekib kiirte lähtepunkti kujutis. Kui tegu on hajutava läätsega, siis ühest punktist lähtunud kiired hajuvas selliselt, et nende pikendused lõikuvad samuti ühes punktis, milles tekib lähtepunkti ebakujutis.

Joonised kujutavad punktis A asuvat punktvalgusallikat, mille kujutis tekib punktis B. Esimesel joonisel on punktvalgusallika kujutise tekitamine koondava läätse abil, teisel ebakujutise tekitamine hajutava läätse abil.

Mingi punkti A kui originaali kujutise asukoha määramiseks tuleb leida punkt, kus koonduvad originaalist lähtuvad kiired. Et punkti saab üheselt määrata kahe kiire lõikumisega, siis piisab kujutise konstrueerimiseks kahe originaalist lähtunud kiire käigu teadmisest.

Läätses tekkiva kujutise konstrueerimisel lähtutakse järgmistest alustest:

1. läätse optilist keskpunkti läbiv kiir ei muuda suunda,

2. optilise peateljega paralleelne kiir koondub fookusesse.

Läätse suurenduseks nimetatakse kujutise ja eseme kõrguste suhet.

Läätse optiline tugevus: Lääts on seda tugevam, mida intensiivsemalt ta murrab kiiri. Läätse tugevuse täpsemaks iseloomustamiseks võrdleme kahte erinevat koondavat läätse paralleelsete kiirtekimpude koondamisel .

Läätse optiline tugevus defineeritakse kui läätse fookuskauguse pöördväärtus: D=1/f Hajutava läätse fookuskaugus , seega ka optiline tugevus on negatiivse väärtusega.

Kui mitu erinevat läätse paiknevad selliselt, et nende optilised peateljed ühtivad, siis sellise läätsede süsteemi optilise tugevuse leidmiseks tuleb üksikute läätsede optilised tugevused märki arvestades liita. Läätsede süsteemi optilist tugevust saab muuta sellega, et muudetakse läätsede omavahelisi kaugusi – näit. pikksilma või mikroskoobi reguleerimisel.

Luubiks nimetatakse koondavat läätse, mille korral vaadeldav ese asetatakse lähemale kui fookuskaugus. Tekib suurendatud , päripidine ja näiv kujutis. Mida lähemale asetada vaadeldav ese fookusele, seda suurem kujutis tekib. Kui ese asub fookuses, siis kiired kulgevad pärast läätse läbimist paralleelselt, nende pikendused ei lõiku ja kujutist ei teki.

Läätsede süsteem ehk mikroskoop , mille abil saadakse esemest suurendatud ebakujutis.

60. Elektromagnetlaine energia. Poyntingi vektor. Lineaarselt polariseeritud valguse mõiste.

Elektri- ja magnetväli on ühe ja sama nähtuse – elektromagnetvälja – erinevad avaldumisvormid, mis seostuvad omavahel elektromagnetilise induktsiooni kaudu – muutuv elektriväli tekitab oma suunaga ristuva magnetvälja ja vastupidi. Üksteist vastastikku tekitavata elektri- ja magnetvälja kaudu hakkab ruumis levima elektromagnetiline mõju elektromagnetlaine kujul. Elektromagnetlaine korral on elektri- ja magnetväli risti nii omavahel kui ka levimissuunaga. Mõlemate väljade tugevused muutuvad harmooniliselt ajas ja ruumis ning on igas ruumipunktis alati samas faasis.

Keskkonna suhteline elektriline läbitavus ε ja suhteline magnetiline läbitavus
pole tegelikult konstandid, vaid sõltuvad ka elektromagnetlaine sagedusest. Seetõttu on erinevate sagedustega elektromagnetlainete jaoks keskkonna murdumisnäitaja mõnevõrra erinev ja nad levivad keskkonnas (mitte vaakumis!) erinevate kiirustega. Elektromagnetlaine levikuga kaasneb energia edasikandumine. Selle iseloomustamiseks oletame, et elektromagnetlaine levib läbi mingi kujuteldava pinna S. Seda pinda ajaühikus läbivat energiahulka nim energiavooks läbi pinna S.

Energiavoo tiheduseks σ nimetatakse energiahulka, mis läbib ajaühikus sellist ühikulist pinda, mis paikneb elektromagnetlaine levimissuunaga risti.

Poyntingi vektoriks nimetatakse vektorit, mille mooduliks on energiavoo tihedus ja suunaks elektromagnetlaine levimissuund: . Valemi σ=vw=EH , abil defineeritakse Poyntingi vektor, mis iseloomustab elektromagnetlainega edasikanduvat energiat.

Lineaarselt polariseeritud valguseks nimetatakse niisugust valgust, kus elektrivälja tugevuse võnkumine toimub ainult ühes kindlas, levimissuunaga ristuvas sihis.

Valgus võib osutuda osaliselt või täielikult polariseerituks pärast peegeldumist või murdumist. Samuti polariseerub valgus mingit niisugust ainet läbides, mis laseb läbi ainult ühes sihis võnkuva elektriväljaga valgust. Selliseid aineid nimetatakse polarisaatoriteks. Polarisaatorid (turmaliinikristallid, eritingimustel väljavenitatud orgaanilised kiled) koosnevad pikkadest ahelakujulistest molekulidest, mille läbimõõt on pikkusega võrreldes tähtsusetult väike ja milles ahelakujulised molekulid paiknevad üksteise suhtes paralleelselt. Kui valgus läbib sellist ainet, siis elektrivälja tugevuse vektori niisugune komponent, mis on molekulide paiknemise sihiga risti, neeldub aines ja läbi tuleb ainult elektrivälja tugevuse komponent, mis on paralleelne molekulide paiknemise sihiga.

61. Valguse interferentsi mõiste. Newtoni rõngast tekke kvalitatiivne põhjendus.

Valguse interferents on nähtus, kus erinevad valguslained mingis ruumipunktis kohtudes võivad teineteist võimendada või kustutada . On võimalik monokromaatiliste koherentsete (s.o konstantse faasiga) valguslainete korral, millel on sama sagedus.

Newtoni rõngasteks nimetatakse interferentsipilti, mis tekib, kui pikafookuseline tasakumer lääts asetada kumerusega vastu tasast klaasplaati. Kui läätsele suunata valgus, siis läätse kumeralt pinnalt ja plaadi tasaselt pinnalt peegeldunud valgus moodustab kontsentriliste heledate-tumedate interferentsrõngaste süsteemi.

62. Fresneli difraktsioon ümmarguselt avalt, kvalitatiivne põhjendus. Fraunhoferi difraktsioon pilult , kvalitatiivne põhjendus. Difraktsioonivõre tööpöhimõtte kvalitatiivne selgitus .
Fresneli difraktsioon. Kui tõkkele või selles olevale avale langeb sfääriline laine ja difraktsioonipilti jälgitakse suhteliselt tõkke lähedal, siis on tegu Fresneli difraktsiooniga. kiired kohtuvad suhteliselt suure nurga all. Öeldakse, et see on difraktsioon koonduvates kiirtes.
Ümmarguse ava korral: Läbipaistmatu ümmarguse avaga ekraan, mis on paigutatud punktvalgusallika S ja vaadeldava punkti P vahele katab lainefrondist kõik tsoonid peale avas diameetriga D paikneva n Fresneli tsooni . Seetõttu on kogu resultantvõnkumise amplituud punktis P järgmine: A = A1 − A2 + A3 − A4 + ... ± An , kus amplituud An on märgiga pluss, kui tsoonide arv n on paaritu, ja märgiga miinus , kui n on paarisarv.
Kui Fresneli tsoonide arv avas pole suur, erineb amplituud An A1 -st vähe. Sel juhul on paarituarvulise n korral resultantvõnkumise amplituud A = A1 ning paarisarvulise n korral A = 0 . Esimesel juhul näeme ekraanil punktis P difraktsiooni maksimumi ( heledat laiku), teisel juhul aga miinimumi (tumedat laiku). Avasse mahtuvate Fresneli tsoonide arvu saame, jagades ava pindala ühe tsooni pindalaga. Ainult täisarvulise n puhul võime punkti P asukohas paikneval ekraanil täheldada difraktsiooni maksimumi või miinimumi. Uurides maksimum- ja miinimumkohtade vaheldumist difraktsioonipildi tsentris sõltuvalt kaugusest b konstantse kauguse a korral, võib määrata Fresneli tsoonide arvu n.
Fraunhoferi difraktsioon pilu korral. Kui tõkkele (või selles olevale avale) langeb tasapinnaline laine (paralleelne kiirtekimp) ja difraktsioonipilti jälgitakse suhteliselt suurel kaugusel tõkkest, siis on tegu Fraunhoferi difraktsiooniga. Viimasel juhul võib liituvaid sekundaarlaineid vaadelda tasapinnalistena – kiiri praktiliselt paralleelsetena. Öeldakse, et see on difraktsioon paralleelsetes kiirtes.
Difraktsiooniks nimetatakse valguse paindumist tõkete taha homogeenses isotroopses keskkonnas. Valgus ei kaldu siin sirgjoonelisest levimisteest kõrvale ei murdumise, peegeldumise ega hajumise tõttu, vaid läbipaistmatu tõkkega kohtumise tagajärjel. Difraktsiooni tõttu satub valgus geomeetrilise varju piirkonda.
Difraktsioonivõre ehk korrapäraste pilude süsteem tekitab difraktsioonipildi, milles maksimumid on märgatavalt intensiivsemad ja kitsamad kui ühe pilu korral. Lihtsamaks optiliseks difraktsioonivõreks on klaasplaat, millele on teemantnoaga lõigatud üksteisest võrdsel kaugusel asuvad vaokesed – kriimustused, mis on praktiliselt läbipaistmatud. Kahjustamata kohti laiusega a läbib aga valgus ja nad moodustavad perioodilise pilude süsteemi.