Füüsika eksam vene keel (0)

FÜÜSIKA II EKSAM
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ
1. ЗАКОН КУЛОНА
Закон Кулона - это закон взаимодействия точечных электрических зарядов. Сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Важно отметить, что для того, чтобы закон был верен необходимы: - точечность зарядов — то есть расстояние между заряженными телами много больше их размеров. - их неподвижность. Иначе уже надо учитывать возникающее магнитное поле движущегося заряда.
2. ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ ПОЛЕ, ЕГО НАПРЯЖЕННОСТЬ И ПОТЕНЦИАЛ
Электростатическое поле и его напряженность
Электростатическое поле - электрическое поле, созданное неподвижными электрическими зарядами при отсутствии в них электрических токов. Характеристиками точек электростатического поля являются напряженность и потенциал.
Напряженностью электрического поля называют физическую величину, равную отношению силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд, помещенный в данную точку пространства, к величине этого заряда.
Напряженность электрического поля – векторная физ. величина. Направление вектора совпадает в каждой точке пространства с направлением силы, действующей на положительный пробный заряд.
Потенциал электростатического поля
Потенциал электростатического поля - энергетическая характеристика точки поля.
В заданной точке поля:
- потенциал электростатического поля равен потенциальной энергии единичного положительного заряда, помещенного в эту точку;
- потенциал электростатического поля, создаваемого несколькими зарядами, равен алгебраической сумме потенциалов, создаваемых в этой точке каждым из зарядов.
3. РАБОТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ. ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ
4. ТЕОРЕМА ГАУССА И ЕЁ ПРИМЕНЕНИЕ
Поток вектора напряжённости электрического поля через замкнутую поверхность равен алгебраической сумме заключённых в этой поверхности электрических зарядов, делённой на электрическую постоянную ε0.
Теорема Гаусса применяется для расчета различных электромагнитных полей:

• Поле бесконечной плоскости:
  

• Поле бесконечной нити:
  

• Поле шара:
  

5. ПОЛЕ ДИПОЛЯ. ДИПОЛЬ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ. ДИЭЛЕКТРИКИ, ПОЛЯРИЗОВАННОСТЬ И ЕЁ СВЯЗЬ СО СВЯЗАННЫМИ ЗАРЯДАМИ. ВЕКТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ИНДУКЦИИ
Связь вектора напряженности и потенциала электрического поля.
E=- grad φ или E= - Δφ
, т.е напряженность Е поля равна градиенту потенциала со знаком минус. Знак минус определяется тем, что вектор напряженности Е поля направлен в сторону убывания потенциала.
Здесь E0 – поле связанных свободных зарядов, а E’ – поле связанных зарядов.
6. ПРОВОДНИК В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ИНДУКЦИЯ
Для проводников характерно то, что
Металлы в электрическом поле ведут себя следующим образом:
Электрическая индукция равна:
7. КОНДЕНСАТОР
Конденсатор — система из двух и более электродов (обкладок), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок. Такая система обладает взаимной ёмкостью и способна сохранять электрический заряд.
Основные параметры конденсатора

• Ёмкость
  
• Удельная ёмкость
  
• Номинальное напряжение
  
• Полярность
  

Паразитные параметры

• Электрическое сопротивление изоляции конденсатора
  
• Эквивалентное последовательное сопротивление
  
• Эквивалентная последовательная индуктивность
  

Формулы ёмкости и потенциала
8. ФОРМУЛА ЁМКОСТИ ПЛОСКОГО, ЦИЛЛИНДРИЧЕСКОГО И СФЕРИЧЕСКОГО КОНДЕНСАТОРОВ
Плоский конденсатор
Цилиндрический конденсатор
Сферический конденсатор
9. ЭНЕРГИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ. ЭНЕРГИЯ ЗАРЯЖЕННОГО КОНДЕНСАТОРА
Энергия электрического поля
Энергия заряженного конденсатора
10. ПОСТОЯННЫЙ ТОК. СИЛА И ПЛОТНОСТЬ ТОКА
Постоянный ток - электрический ток, неизменный (в различных смыслах) во времени.
Сила тока
Плотность тока
11. ЗАКОН ОМА В ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ И ИНТЕГРАЛЬНОЙ ФОРМЕ
Закон Ома в дифференциальной форме
Сопротивление R зависит как от материала, по которому течёт ток, так и от геометрических размеров проводника. Полезно переписать закон Ома в так называемой дифференциальной форме, в которой зависимость от геометрических размеров исчезает, и тогда закон Ома описывает исключительно электропроводящие свойства материала. Для изотропных материалов имеем
J= σ * E
где:
j — вектор плотности тока,
σ — удельная проводимость,
E — вектор напряжённости электрического поля.
Закон Ома в интегральной форме
Закон Ома для участка электрической цепи имеет вид: U=I*R. Закон Ома также применяется ко всей цепи, но в несколько измененной форме: I=эпсилан/R+r
12. Э.Д.С.
Электродвижущая сила (ЭДС) — физическая величина, характеризующая работу сторонних (непотенциальных) сил в источниках постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль контура.
13. ЗАКОН ДЖОУЛЯ-ЛЕНЦА
14. ПРАВИЛА КИРХГОФА
Правила Кирхгофа - правила для расчета сложных электрических цепей постоянного тока.
Первое правило суммарный ток, втекающий в любой узел цепи, равен нулю. Иными словами, сколько тока втекает в узел, столько из него и вытекает. Если цепь содержит p узлов, то она описывается p − 1 уравнениями токов.
Второе правило гласит, что суммарное напряжение по любому замкнутому контуру цепи, равно сумме ЭДС, которые в нём находятся. Если в контуре нет ЭДС, то суммарное напряжение равно нулю. Иными словами, при обходе цепи по контуру, потенциал, изменяясь, возвращается к исходному значению. Если цепь содержит m ветвей, то она описывается m − (p − 1) уравнениями напряжений
1) Выбираем схему на замкнутом контуре;
2) Выбираем направление обхода;
3) Выбираем направление токов;
4) ;
5) .
15. ЗАКОН БИО-САВАРА-ЛАПЛАСА
Магнитная индукция во всех случаях пропорциональна силе тока, создающего магнитное поле.
физический закон для определения модуля вектора магнитной индукции в любой точке магнитного поля, порождаемого постоянным электрическим током на некотором рассматриваемом участке.
dB= μ0/4П * dL*sina*I/r kvadrat
16. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ, ИНДУКЦИЯ ПОЛЯ, СИЛОВЫЕ ЛИНИИ ПОЛЯ
Магнитное поле — составляющая электромагнитного поля, появляющаяся при наличии изменяющегося во времени электрического поля. Изменяющееся во времени электрическое поле может создаваться током заряженных частиц, либо магнитными моментами электронов в атомах (постоянные магниты).
Силовые линии определяются по правилу правого винта.
17. СИЛА ЛОРЕНЦА
- сила, с которой, в рамках классической (не-квантовой) физики, электромагнитное поле действует на заряженную частицу (точечную, в общем случае - движущуюся). Силой Лоренца называют иногда силу, действующую на движущуюся точечную заряженную частицу лишь со стороны магнитного поля, нередко же полную силу - со стороны электромагнитного поля вообще, иначе говоря со стороны электрического и магнитного полей:
18. СИЛА АМПЕРА
Сила ампера — сила, с которой магнитное поле, характеризуемое вектором магнитной индукции B, действует на элементарный отрезок проводника dl, по которому течёт ток силы I.
19. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ БЕСКОНЕЧНОГО И КРУГОВОГО ТОКОВ
Поле бесконечного тока
Поле кругового тока
20. КОНТУР С ТОКОМ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ (ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ КОНТУРА И МОМЕНТ СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЙ НА НЕГО)
21. РАБОТА ПО ПЕРЕМЕЩЕНИЮ ТОКА В МАГНИТНОМ ПОЛЕ
22. ТЕОРЕМА О ЦИРКУЛЯЦИИ. ПОЛЕ СОЛЕНОИДА И ТОРРОИДА
Теорема о циркуляции
Теорема о циркуляции
BdL= μ0 * znak summq Ik
циркуляция вектора B магнитного поля постоянных токов по любому контуру L всегда равна произведению магнитной постоянной μ0 на сумму всех токов, пронизывающих контур:
Поле соленоида и тороида
23. ЭФФЕКТ ХОЛЛА
Эффект Холла - возникновение в проводнике, находящемся в магнитном поле, разности потенциалов.
Если металлическую пластинку, вдоль которой течет постоянный электрический ток, поместить в перпендикулярное ей магнитное поле, то между её гранями, параллельными току и полю, возникает разность потенциалов .
24. ФЕРРО-, ДИА- И ПАРАМАГНЕТИКИ
Ферромагнетики
К ферромагнитным веществам относятся четыре химических элемента – железо, кобальт, никель и гадолиний, а также большое число различных сплавов и химических соединений.
Ферромагнетизм появляется только тогда, когда соответствующее вещество находится в критическом состоянии. Для каждого вещества имеется определенная температура (точка Кюри), выше которой ферромагнитные свойства исчезают и ферромагнетик превращается в обычный парамагнетик (вещества которые ведут себя подобно железу, т.е. втягиваются в магнитное поле).
При намагничивании и размагничивании ферромагнетика индукция В как бы отстает от В0 — индукции внешнего поля. Это отставание В от В0 называется явлением гистерезиса.
Диамагнетики
Диамагнетиками называются вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении, противоположном направлению вектора магнитной индукции поля.
К диамагнетикам относятся вещества, магнитные моменты атомов, молекул или ионов которых в отсутствие внешнего магнитного поля равны нулю. Диамагнетиками являются инертные газы, молекулярный водород и азот, цинк, медь, золото, висмут, парафин и многие другие органические и неорганические соединения.
Парамагнетики
Парамагнетик — вещество, намагничивающееся во внешнем магнитном поле по направлению поля. В отсутствие внешнего магнитного поля парамагнетик немагнитен. Атомы (ионы) парамагнетика обладают собственным магнитным моментом, но характерной для ферро- и антиферромагнетиков магнитной структуры у парамагнетиков нет. Под действием внешнего магнитного поля магнитные моменты атомов (ионов) парамагнетиков (у парамагнитных металлов — спины части электронов проводимости) ориентируются преимущественно по направлению поля.
25. НАМАГНИЧЕННОСТЬ. ГИПОТЕЗА АМПЕРА. СВЯЗЬ НАМАГНИЧЕННОСТИ И ТОКОВ АМПЕРА. НАПРЯЖЕННОСТЬ МАГНИТНОГО ПОЛЯ
Намагниченность
Намагниченность — характеристика магнитного состояния макроскопического физического тела; в случае однородно намагниченного тела намагниченность определяется как магнитный момент J единицы объёма тела:
где М — магнитный момент тела, V — его объём.
В случае неоднородно намагниченного тела намагниченность определяется для каждой точки тела (точнее, для каждого физически малого объёма dV):
где dM — магнитный момент объёма dV.
Гипотеза Ампера
Магнитные свойства тела определяются микроскопическими токами внутри вещества. Если направления этих токов неупорядочены, порождаемые ими магнитные поля компенсируют друг друга, то есть тело не намагничено. Во внешнем магнитном поле происходит упорядочение этих токов, вследствие чего в веществе и возникает «собственное» магнитное поле (вещество намагничивается).
Напряженность магнитного поля
26. ЗАКОН ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ. ПОТОК МАГНИТНОГО ПОЛЯ
Закон электромагнитной индукции
Электродвижущая сила, возникающая в замкнутом проводнике пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром. Величина ЭДС не зависит от того, что является причиной изменения потока — изменение самого магнитного поля или движение проводника в неоднородном магнитном поле. Электрический ток, вызванный этой ЭДС, называется индукционным током.
Для катушки:
Поток магнитного поля
27. ПРАВИЛО ЛЕНЦА. ИНДУКТИВНОСТЬ. САМОИНДУКЦИЯ. ВЗАИМНАЯ ИНДУКЦИЯ
Правило Ленца
Индукционный ток всегда имеет такое направление, что создаваемый им магнитный поток компенсирует изменения внешнего магнитного потока.
Индуктивность
Самоиндукция
Взаимная индукция
28. УРАВНЕНИЯ МАКСВЕЛЛА. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ
Уравнения Максвелла
Электромагнитные волны
Электромагнитное излучение (электромагнитные волны) — распространяющееся в пространстве возмущение электрических и магнитных полей. Обладает квантовыми свойствами «дуализм волна-частица».
Наиболее известным примером электромагнитного излучения является видимый свет. Скорость распространения электромагнитного излучения равна скорости света.
Особенности электромагнитных волн: наличие трёх взаимноперпендикулярных векторов: волнового вектора, вектора напряжённости электрического поля E и вектора напряжённости магнитного поля H.
Волновые свойства
Электромагнитные волны — это поперечные волны (волны сдвига), в которых вектора напряжённостей электрического и магнитного полей колеблются перпендикулярно направлению распространения волны.
Квантовые свойства
Квантовые свойства излучения проявляются при взаимодействии излучения с веществом.
29. ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (КОНДЕНСАТОР, ИНДУКТИВНОСТЬ)
Емкость
Электроемкостью системы из двух проводников называется физическая величина, определяемая как отношение заряда q одного из проводников к разности потенциалов Δφ между ними. В системе СИ единица электроемкости называется фарад
Индуктивность
30. МОЩНОСТЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА. ЭФФЕКТИВНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ
31. КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР. СВОБОДНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ. РЕЗОНАНС
Колебательный контур и свободные электрические колебания
Колебательный контур — электрическая цепь, содержащая последовательно соединённые катушку индуктивности и конденсатор. В такой цепи могут возбуждаться колебания тока (и напряжения).
Резонанс
КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ
1.—2. УРАВНЕНИЕ ВОЛНЫ. СКОРОСТЬ, ДЛИНА, ЧАСТОТА ВОЛНЫ
Длина волны — расстояние между двумя ближайшими точками волны, находящимися в одинаковой фазе колебания. Одна из основных характеристик колебаний. Величина обратная длине волны называется волновым числом.
3. СЛОЖЕНИЕ КОЛЕБАНИЙ. ФИГУРЫ ЛИССАЖУ
Сложение колебаний
Система уравнений:
Преобразуем:
Введём новый параметр:
Окончательно имеем:
Фигуры Лиссажу
Фигуры Лиссажу — замкнутые траектории, прочерчиваемые точкой, совершающей одновременно два гармонических колебания в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Вид фигур зависит от соотношения между периодами (частотами), фазами и амплитудами обоих колебаний.
В простейшем случае равенства обоих периодов фигуры представляют собой эллипсы, которые при разности фаз 0 или p вырождаются в отрезки прямых, а при разности фаз π/2 и равенстве амплитуд превращаются в окружность.
Фигуры Лиссажу вписываются в прямоугольник, центр которого совпадает с началом координат, а стороны параллельны осям координат и расположены по обе стороны от них на расстояниях, равных амплитудам колебаний.
4. ЭФФЕКТ ДОПЛЕРА
Эффект Доплера — изменение частоты и длины волн, регистрируемых приёмником, вызванное движением их источника или приёмника.
Если источник волн движется относительно среды, то расстояние между гребнями волн (длина волны) зависит от скорости и направления движения. Если источник движется по направлению к приёмнику, то есть догоняет испускаемые им волны, то длина волны уменьшается. Если удаляется — длина волны увеличивается.
ОПТИКА
1. ПЛОСКОПОЛЯРИЗОВАННАЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ВОЛНА. ПОЛЯРИЗАТОР
Поляризация
Поляризация — для электромагнитных волн направление колебаний вектора электрической индукции E. Когерентное электромагнитное излучение может иметь:

• Линейную поляризацию — в направлении, перпендикулярном направлению распространения волны;
  

• Круговую поляризацию — правую либо левую, в зависимости от направления вращения вектора индукции;
  

• Эллиптическую поляризацию — случай, промежуточный между круговой и линейными поляризациями.
  

Некогерентное излучение может не быть поляризованным, либо быть полностью или частично поляризованным любым из указанных способов. В этом случае понятие поляризации понимается статистически.
При теоретическом рассмотрении поляризации волна полагается распространяющейся горизонтально. Тогда можно говорить о вертикальной и горизонтальной линейных поляризациях волны.
Электромагнитная волна может быть разложена (как теоретически, так и практически) на две поляризованные составляющие, например поляризованные вертикально и горизонтально. Возможны другие разложения, например по иной паре взаимно перпендикулярных направлений, или же на две составляющие, имеющие левую и правую круговую поляризацию. При попытке разложить линейно поляризованную волну по круговым поляризациям (или наоборот) возникнут две составляющие половинной интенсивности.
Поляризатор
Поляризатор, поляризационный фильтр — устройство для получения полностью или частично поляризованного оптического излучения из излучения с произвольными поляризационными характеристиками.
2. ЗАКОНЫ ПРЕЛОМЛЕНИЯ И ОТРАЖЕНИЯ СВЕТА
Закон преломления света
Падающий луч, преломленный луч и нормаль к поверхности раздела двух сред в точке падения лежат в одной плоскости.
Закон отражения света
3. ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ
Интерференция света — явление взаимного усиления или ослабления света до полной темноты (гашения) при наложении двух его волн, которые имеют одинаковые частоты колебаний. Интерференция возникает, когда два когерентных источника света, т. е. испускающие полностью однородные лучи света с постоянной разностью фаз, расположены очень близко друг от друга. Такими источниками света являются, например, два зеркальных изображения одного источника света. У двух разных источников света никогда не сохраняется постоянная разность фаз волн, поэтому их лучи не интерферируют.
4.—5. ДИФРАКЦИЯ И ДИФРАКЦИОННАЯ РЕШЁТКА
Дифракция
Дифракция света — явление, наблюдаемое при распространении света в среде с резкими неоднородностями. Свет отклоняется от прямолинейного распространения при прохождении его через малое отверстие или узкие щели (0,1—1,0 мм). В этом случае лучи света распространяются не только прямо, но и в стороны, отчего вокруг светлого кружка или светлой полосы появляется цветная кайма — дифракционные кольца или полосы. Первые легко наблюдать, если смотреть сквозь малое отверстие на стоящий недалеко источник света. Чем меньше отверстие, тем больше диаметр первого кольца дифракции. С увеличением отверстия его диаметр уменьшается.
Вследствие дифракции при освещении непрозрачных экранов на границе тени, где, согласно законам геометрической оптики, должен был бы происходить скачкообразный переход от тени к свету, наблюдается ряд светлых и тёмных дифракционных полос.
Дифракционная решётка
Дифракционная решётка, оптический прибор, представляющий собой совокупность большого числа параллельных, равноотстоящих друг от друга штрихов одинаковой формы, нанесённых на плоскую или вогнутую оптическую поверхность. Таким образом, Д. р. представляет собой периодическую структуру: штрихи с определённым и постоянным для данной решётки профилем повторяются через строго одинаковый промежуток d, называется периодом Д. р.
В Д. р. происходит дифракция света. Основное свойство Д. р. — способность разлагать падающий на неё пучок света по длинам волн, т. е. в спектр, что используется в спектральных приборах. Если штрихи нанесены на плоскую поверхность, то Д. р. называются плоскими, если на вогнутую (обычно сферическую) поверхность — вогнутыми.
При падении монохроматического параллельного пучка света с длиной волны l под углом α на Д. р., состоящую из щелей ширины b, разделённых непрозрачными промежутками, происходит интерференция волн, исходящих от разных щелей. В результате после фокусировки положения максимумов на экране определяются уравнением:
d (sin α + sin β) = mλ,
где b — угол между нормалью к решётке и направлением распространения пучка (угол дифракции); целое число m = 0, ± 1, ± 2, ± 3,... равно количеству длин волн, на которое волна от некоторого элемента данной щели
Угловая дисперсия:
Разрешающая способность:
Алексей Тепляков 33 19.08.2019