Füüsika eksami küsimuste vastused

Q: Mida see füüsikaliselt tähendab?

Vastus leiad õppematerjalist: Füüsika eksami küsimuste vastused

Q: Mis on aga põhjus?

Vastus leiad õppematerjalist: Füüsika eksami küsimuste vastused

Q: Kui kahekordelt?

Vastus leiad õppematerjalist: Füüsika eksami küsimuste vastused

Q: Miks välk pole sirge?

Vastus leiad õppematerjalist: Füüsika eksami küsimuste vastused

ploom, peeter

Füüsika eksami küsimuste vastused (0)

Füüsika - Füüsika

5 VÄGA HEA

Esitatud küsimused

Mida see füüsikaliselt tähendab?
Mis on aga põhjus?
Kui kahekordelt?
Miks välk pole sirge?

Kordamisküsimused :
TEST:
Loeng 11 Elektriväli ja magnetväli.
Suurused:

Elektrilaeng - q (C)
elektrivälja tugevus – E- vektor (1N / C)
elektrivälja potentsiaal = töö, mida tuleb teha (positiivse) ühiklaengu viimiseks antud väljapunktist sinna, kus väli ei mõju. (J)

magnetiline induktsioon – B-vektor

Coulomb'i seadus kui pöördruutsõltuvus - Kaks punktlaengut mõjutavad teineteist jõuga, mis on võrdeline nende kehade laengutega ning pöördvõrdeline nende vahelise kauguse ruuduga .

Elektrivälja tugevuse valem ja väljatugevuste liitumine (vektorkujul!).
Elektrivälja tugevus = sellesse punkti asetatud positiivsele ühiklaengule (+1C) mõjuv jõud.

Juhi potentsiaali ja mahtuvuse vaheline seos.
Mahtuvus - juhile antud laeng jagatud juhi potentsiaaliga.
Farad (F) - juhi mahtuvus, kui laeng 1 C tõstab tema potentsiaali 1 V võrra.

Loeng 12 Alalisvool.
Suurused:

Voolutugevus – I (A)
Voolutihedus - juhi ühikulist ristlõiget läbiv voolutugevus - j (A/m)
Pinge – U (V)
Elektromotoorjõud – ε (V)
Takistus – R ()
Eritakistus – ρ (* m)

Ohm'i seadus ja Joule'- Lenz 'i seadus (rakendamine!).

Ohm'i seadus (1826) - Voolu tugevus juhis on võrdeline pingega. See tähendab: kui pinge suureneb korda, suureneb korda ka voolutugevus. Võrdetegur sõltub juhi mõõtmetest ning materjalist. Seda iseloomustatakse takistusega.
Juhi takistus on juhti iseloomustav suurus, mis defineeritakse kui Ohm'i seaduses oleva võrdeteguri pöördväärtus:
Joule-Lenz'i seadus - Vooluga juhtmes eralduv soojushulk on võrdeline voolutugevuse ruudu, juhtme takistuse ja ajaga.
Valemit saab tuletada ka mehaanikast, nagu näitas E. Lenz:
Neid kahte seadust saame kasutada nt alalisvoolu ahelate arvutamisel.

Kogutakistus rööp- ja jadalülituse korral.
jadaühendusel: R = R1+R2+R3+...+Rn
rööpõhendusel: R = 1/R1+1/R2+1/R3+...+1/Rn

Mis on laengukandjateks:

Metallid - elektronid saavad vabalt liikuda kogu metallitüki piires, käitudes seejuures ideaalse gaasina.
Pooljuhid - erinevad metallidest suurema eritakistuse ja selle ümberpööratud temperatuurisõltuvuse poolest. Erinevuse põhjuseks peetakse asjaolu, et pooljuhtides pole laengukandjad "täiesti vabad", vaid on seotud kristallvõre sõlmede - ioonidega.
Elektrolüüdid - liitainete (aluste, hapete, soolade) vesilahused . Puhas vesi ise elektrit ei juhi. Elektrolüütides kehtib Ohm'i seadus:
1836. a.,tehes elektrolüüsikatseid erinevate ainetega, avastas M. Faraday kaks lihtsat seadust: 1) Elektroodil eralduva aine mass on võrdeline elektrolüüti läbinud laenguga.
2) Võrdetegur sõltub ainest ja teda nimetatakse elektrokeemiliseks ekvivalendiks.
Aine elektrokeemiline ekvivalent on võrdeline aatommassi ning pöördvõrdeline valentsiga.
Mõlemad seadused saab kokku võtta ühte valemisse:
Gaasid - Definitsiooni järgi koosneb gaas vabadest molekulidest; et need peavad olema elektriliselt neutraalsed, ei saa gaas elektrit juhtida. Et gaasilises keskkonnas tekiks vool, tuleb seal kõigepealt tekitada laengukandjaid.
Voolu gaasides nimetatakse elektrilahenduseks (gaaslahenduseks). See lahendus võib olla kaht tüüpi:
1. Sõltuv lahendus, kui laengukandjaid (ioone, elektrone) tekitab mingi kõrvaline allikas (soojus, valgus, radioaktiivne kiirgus).
Sõltuva lahenduse voolutugevus nõrkade voolude korral on ligikaudu võrdeline pingega (kehtib Ohm'i seadus); takistus kahaneb temperatuuri tõustes.
tugevate voolude korral omandab statsionaarse väärtuse , kus on ioonide tekkekiirus (allika võimsus).
Voolu nim küllastusvooluks.
2. Sõltumatu lahendus, kui laengukandjaid tekitab elektriväli ise, kas siis tema poolt esile kutsutud voolu või otseselt elektrijõudude toimel.

Madalatel pingetel - õigem oleks öelda väikese väljatugevuse korral, kuna gaas on alati keskkond, mitte juhe - nimetatakse lahendust kustuvaks e. Geigeri lahenduseks.

Kõrgetel pingetel ()on kaks võimalikku lahenduse tüüpi:

sädelahendus ligikaudu homogeense välja korral
koroonalahendus (õigemini kroonlahendus) tugevalt mittehomogeense välja korral, näiteks elektroodi teravikul.

Loeng 13 Elektromagnetiline induktsioon.
Suurused:

Magnetvoog - (veeber)
Magnetmoment - tähendab ainest tingitud täiendava magnetvälja tekkimist. Aine magneetumist iseloomustav suurus igas aine punktis on magneetumusvektor J - aine magnetmoment ruumalaühiku kohta.
Induktiivsus – L (H) (Henry)

Noolereegel, selle rakendamine vektorkorrutisena antud valemite graafilisel kujutamisel.

vektorkorrutis ;

ortonormaalne reeper kui "parempoolne kolmik"
Vektorkorrutis koordinaatkujul:
ja determinandina:

Magnetväli vooluga juhtme ümber: suuna määramine.

Ampere'i seadus: Vooluga juhtmele magnetväljas mõjuv jõud on võrdeline voolutugevuse, juhtme pikkuse ja magnetilise induktsiooniga ning magnetvälja ja voolu suundade vahelise nurga siinusega. Jõud on risti nii juhtme kui magnetväljaga, tema suuna määrab vasaku käe reegel.
Tesla on sellise välja magnetiline induktsioon, kus vooluga raamile, mille pindala on 1 , mõjub maksimaalne jõumoment 1 Nm, kui raamis on vool 1 A.
Vasaku käe reegel: Kui panna vasak käsi nii, et magnetvälja jõujooned on suunatud peopessa ning sõrmed näitavad voolu suunda, siis näitab välja sirutatud pöial juhtmele mõjuva jõu suunda.

Laetud kehale magnetväljas mõjuv jõud: suurus, suund, sõltuvus laengu märgist

Lorentz 'i jõud. Et elektrivool koosneb liikuvatest laengutest, tähendab vooluga juhtmele mõjuv jõud tegelikult liikuvatele laengutele mõjuvat jõudu. Selle jõu saab välja arvutada, lähtudes voolutiheduse definitsioonidest:
Pannes selle Ampere'i jõu valemisse, saame
Et juhtme ruumala on , siis on temas liikuvat laetud osakest. Kui soovime leida ühele osakesele mõjuvat jõudu, tuleb juhtmele mõjuv jõud F jagada laetud osakeste arvuga N.
ehk vektorkujul
mis ongi Lorentz'i jõud.
Nagu vektorkorrutisest järeldub, on temagi risti kiirusega. Seega ei muuda ta osakese liikumise kiirust, vaid ainult liikumise suunda.
Lorentzi jõud ja osakese trajektoor noolereegliga antud väljas

Induktsiooni elektromotoorjõud: suurus ja suund.

Juhtme liikumise tõttu magnetväljas või mingil muul põhjusel kontuuri läbiva magnetvoo muutumine kutsub esile elektromotoorjõu, mille suurus on võrdeline magnetvoo muutumise kiirusega. Põhjuseks on Lorentz'i jõud. Kui liigutame magnetväljas juhti, milles on vabu laenguid, sunnib see laetud osakesi liikuma vastavalt juhtme liikumise suunale. Kui juht (juhe) on seejuures liikumissuunaga risti, kogunevad positiivsed laengud juhtme ühte, negatiivsed aga teise otsa. Juhtmes tekib elekriväli, mille suund on vastupidine Lorentzi jõu suunale.
Kui
siis laengute liikumine lõpeb - laetud osakesele mõjuvad jõud on tasakaalus. Võib üelda ka nii: juhtme otste vahel on tekkinud potentsiaalide vahe
Leitud valemile saab anda üsnagi universaalse kuju. Selleks teisendame tuletise märgi taha jäävat korrutist:
See potentsiaalide vahe tekib mitteelektriliste jõudude mõjul ja teda võib käsitleda kui elektromotoorjõudu. Nii teda nimetataksegi - induduktsiooni elektromotoorjõud.
Kokku:

Elektromagnetiliseks induktsiooniks nimetame nähtust, kus magnetvoo muutumine kutsub kinnises kontuuris esile elektromotoorjõu, mis on võrdeline magnetvoo kahanemise kiirusega:
Loeng 14 Mehaanilised ja elektrivõnked.
Suurused:
Sagedus – f (Hz)
Nurksagedus - ω
Periood - T
Amplituud - A
Hälve - l
Faas - siinuse argument φ =

Sageduse sõltuvus süsteemi parameetritest (massist, direktsioonijõu kordajast).

Direktsioonijõud on suunatud tasakaaluasendi poole ja sõltub võnkuva keha kaugusest tasakaaluasendist - nn hälbest.
Vedrupendel . Direktsioonijõuks on elestsusjõud, mis Hooke 'i seaduse järgi on võrdeline ja vastassuunaline deformatsiooni, st. hälbega (kaugusega tasakaaluasendist).

Võnkuva keha energia sõltuvus massist, amplituudist, sagedusest.

Võnkuva keha energia on võrdeline

keha massiga;
amplituudi ruuduga;
sageduse ruuduga.

Elektrivõnked: kontuuri parameetrid ja nende seos sagedusega (perioodiga).

Krt ei leidnud sobivad vastust :S
Loeng 15 Sundvõnked ja vahelduvvool .

Sundvõngete definitsioon, võrrand, selle tähised (nii mehaanilistele kui elektrivõngetele).

Sundvõnked tekivad võnkumisvõimelises süsteemis harmooniliselt muutuva välisjõu toimel.
Oletame, et süsteem hakkab võnkuma sundiva jõu sagedusega ning selle võnkumise amplituudi ja algfaasi määravad sundiva jõu amplituud ning võnkuva süsteemi parameetrid: omasagedus ja sumbuvustegur
Püüame leida konstandid ja . Teeme seda vanaviisi: võtame tuletised
saame
Grupeerime vasaku poole liikmeti:
Joonistame nüüd sellele vastava faasidiagrammi
Sundvõngete faasidiagramm :
siinusfunktsiooni kordaja on y - teljel , koosinusliikme oma x -teljel. Et lahend vastaks lähtevõrrandile, peab nende summa olema võrdne sundiva jõuga.
ning kasutades Pythagorase teoreemi saame
millest leiame sundvõngete amplituudi
Faasinihke sundiva jõu suhtes leiame tangensist
Näeme, et nii faasinihe kui amplituud sõltuvad sundiva jõu sageduse ning süsteemi omasageduse vahest. Kui see on null, on faasinihe ning amplituud maksimaalne:
Väikese sumbuvusteguri korral võib omandada küllalt suure väärtuse. Seda olekut nimetatakse resonantsiks.
Elektrilised sundvõnked. Vaatleme vooluringi, kus harmooniliselt muutuva elektromotoorjõu allikaga on jadamisi ühendatud kondensaator , induktiivpool ja tavaline (oomiline) takisti . Kui vooluallikat poleks, oleks tegu eelmises loengus käsitletud võnkeringiga. Kirjutame selle ahela võrrandi, lähtudes Kirchoffi II reeglist :
ehk
Asendades voolutugevuse ning jagades võrrandi mõlemaid pooli -ga, saame võrrandi
mis on matemaatiliselt identne eespool toodud sundvõnkumiste võrrandiga. Selle lahendiks on (analoogselt eelnevaga ):
Võrrand kirjeldab kondensaatoril oleva laengu muutumist meie poolt uuritavas võnkeringis harmooniliselt muutuva elektromotoorjõu mõjul.

Vahelduvvooluahel : selle elemendid, nende takistuste sõltuvus sagedusest.

- mahtuvuslik takistus,
- induktiivtakistus ,
- reaktiivtakistus,
- aktiivtakistus,
kogutakistus

ω=2*π*f

Faasidiagrammid: elektromotoorjõud, pingelangud, faasinihe.

Kogutakistus faasidiagrammil
Vahelduvoolu faasidiagramm.
Joonisel on induktiivtakistus mahtuvuslikust takistusest suurem ja faasinihe positiivne.
Loeng 16 Lained.
Suurused:
Lainepikkus – λ (nm)
Lainearv – vektor , mille suund ühtib laine levimissuunaga.
Lainevõrrand –
Ruumis leviva tasalaine võrrand nurksageduse ja lainearvu kaudu.

Seos sageduse, lainepikkuse ning laine levimiskiiruse vahel.

Lainetuse poolt edasi kantavat energiat kirjeldab energiavoo tiheduse vektor, mis on
 võrdeline keskkonna tiheduse ja laine levimiskiirusega ning
 osakeste võnkeamplituudi ja -sageduse ruutudega.
Vektori suund ühtib laine levikusuunaga.

Osakeste liikumine laines : ristlaine ja pikilaine .

Kui keskkonnaosakesed võnguvad risti laine liikumissuunaga, nimetatakse lainetust ristlaineks; kui samas sihis, siis pikilaineks.
Pikilaine ja ristlaine

Energiavoog laines: voo tiheduse sõltuvus laine parameetritest (amplituudist, kiirusest, sagedusest).

Keralaine amplituud väheneb võrdeliselt allika kaugusega.
Punkti ümber leviva keralaine summaarne energiavoog jääb küll kõigil kaugustel samaks, see-eest aga kahaneb energiavoo tihedus vastavalt kerapinna suurenemisele. Kaugusel on energiavoo tihedus järelikult korda väiksem:
Et kõik lainet iseloomustavad suurused peale amplituudi on konstandid, peab keralaine valem olema:
- muidugi juhul, kui laineallikas (punktallikas!) asub koordinaatide alguspunktis.

Lainete liitumine: amplituudi sõltuvus käiguvahest ja faasinihkest.

Sama kiirusega levivate lainete liitumisel tekkivat võnkumiste ruumjaotust nimetatakse seisevlaineks.
Maksimum:
Miinimum:
Neid reegleid tuntakse interferentsivalemite nime all. Suurust, mille võrra erinevad samasse punkti saabuvate lainete poolt läbitud teepikkused, nimetatakse lainete käiguvaheks .
Käiguvahe.
Nagu võnkumistegi korral, vastab maksimumile laine, mille amplituud on võrdne liidetavate lainete amplituudide summaga , miinimumile aga amplituudide vahe. Ülejäänud punktides on laine amplituud nende kahe äärmuse vahel.
17. Valgus: geomeetriline optika ja fotomeetria.
1)Valgus: Huygensi lained, Newtoni korpusklid ja Maxwelli elektromagnetvõnkumised.
2)Suurused: langemisnurk , peegeldumisnurk , murdumisnurk , fookusekaugus.
3)Kujutise konstrueerimine õhukeses läätses.
4)Fotomeetria: energeetilised ja fotomeetrilised suurused, nende SI-ühikud.
Huygens 'i printsiip:
Laine levimisel on iga lainefrondi punkt laineallikaks ; lainefrondi mistahes järgneval ajamomendil saame leida neist punktidest väljuvate keralainete mähispinnana.
Huygens'i printsiip:
lainefrondi A kõigist punktidest
väljuvad keralained tekitavad
paralleelse lainefrondi B.
Newtoni korpusklid
Newtoni järgi on valgus väikeste osakeste - korpusklite (lad. corpusculum = kehake) - voog . Need osakesed liiguvad väga suure kiirusega (seetõttu levib valgus sirgjooneliselt) ning on väga väikesed (seetõttu ei haju nad kiirte lõikumisel). Osakeste kiirus on kõige väiksem vaakumis ning kasvab ainetes võrdeliselt optilise tihedusega.
Maxwelli elektromagnetvõnkumised
Langemisnurk on nurk langenud kiire ja pinna normaali vahel olev nurk. Peegeldumisnurk on nurk peegeldunud kiire ja pinna normaali e. ristsirge vahel olev nurk. Murdumisnurk on nurk murdunud kiire ja pinna normaali vahel olev nurk.
Murdumisseadus. on murdumisnurk
Valguse peegeldumine :
on langemisnurk, peegeldumisnurk
, peegeldavale pinnale tõmmatud
normaal (ristsirge).
Peapunkti ja fookuse vaheline kaugus on fookusekaugus.
Kujutise konstrueerimine õhukeses läätses:
Kujutise konstrueerimine läätses.
A - ese, K - kujutis, F - fookus , P - peapunkt
Fotomeetria
Energeetilised ühikud: vatt (W) ja vatt ruutmeetri kohta (W/m2)
Põhiühikuks on valgustugevuse ühik kandela e. rahvusvaheline küünal (cd), mille kohta antakse etaloondefinitsioon:
Üks kandela on valgustugevus , mis võrdub 1/60 suuruse pinna kiirgusega plaatina tahkumistemperatuuril (2044 K).
Tuletatud ühikuteks on:
Luumen (lm) - valgusvoog , mida kiirgab punktallikas 1 cd ruuminurka 1 sterradiaan;
Luks (lx) vastab valgustatusele üks luumen ruutmeetri kohta;
nitt (nt) vastab heledusele 1 cd kiirgava pinna ruutmeetri kohta
18. Laineoptika
Põhimõisted: interferents , difraktsioon , polarisatsioon , koherentsus
Interferents on lainete liitumine, arvestades faasinihet.
Difraktsioon on laine murdumine tõkke taha (valguse levimine geomeetrilise varju piirkonda).
Koherentseteks nimetatakse (valgus) allikaid , mille poolt kiiratud (valgus)lainete faasinihe on kogu aeg ühesugune. (Tavalised valgusallikad pole koherentsed ; kui soovime tekitada valguse interferentsi, peame kasutama sama allika kaht kujutist.)
Polarisatsioon on valguse võnkumine mingis võnketasandis.
Polarisatsiooni liigid on:
a) Täielik polariseerumine - valgus võngub üksnes ühes kindlas valitud tasandis ,
b) Osaline polarisatsioon – suurem osa valgusest võngub ühes eelistatud tasandis, ülejäänud osa valgusest võngub mujale.
Polarisatsiooniaste on valguse polariseeritus, mis näitab voolutugevuse maksimum- ja miinimumväärtuste erinevuse suhet nende summasse.
19. Kiirgusoptika
Põhimõisted: hajumine , neeldumine , dispersioon, soojuskiirgus , luminestsents .
Tasakaaluline kiirgus: kiirgusvõime, neelamisvõime, must keha, kiirguskvant, footon.
Hajumine on valguskiirte levimine erinevatesse suundadesse valgusallikast.
Neeldumine on valguskiirte tungimine aine aatomitesse.
Dispersioon on murdumisnäitaja sõltuvus sagedusest.
Soojuslik ehk tasakaaluline kiirgus e. termodünaamilise tasakaalu tingimus tähendab, et niipalju kui keha annab energiat soojuskadudena ära väliskeskkonda peab ta sealt ka tagasi saama (ainult sel juhul säilib soojuslik tasakaal, muul juhul toimub kehade soojenemine või jahtumine).
S = r – a, S – r =>, kus S – tasakaaluline kiirgus, r – kiirguv kiirus, a – tasakaalutingimus
Soojuskiirguseks nimetatakse elektromagnetlainetust (ehk footonite suurt süsteemi), mis tekib keha molekulaarse (või atomaarse) siseliikumise ehk soojusliikumise tagajärjel.
Luminestsentsiks nimetatakse valguse helendumist, mille põhjustab aine ehitus.
Kemoluminestsents tekib siis kui eraldub valguse kujul keemiliste reaktsioonide käigus eralduv energia.
Bioluminestsents on mõnede organismide helendumine.
Fosforestsents on fosoforit sisaldavate ainete omadus kiirata energiat, mida nad on eelnevalt endasse salvestanud, mille tingib värvainete omadus teisendada kogu ainele langev kiirgus mingisse kindlasse spektrivahemikku.
Radioluminestsents on helendumine, mis toimub kiirete osakestega.
Elektroluminestsents on aine helendumine kui see asetada staatilisse elektrivälja.
Triboluminestsents on aine helendumine, mis tekib kui ainet mehaaniliselt deformeerida.
Termoluminestsents on helendumine, mis tekib kui ainet kuumutada.
(Võib ka jaotada üliselt looduslikuks või tehislikuks luminestsentsiks.
Luminestsentsi korral keha siseenergia muundub valguseks. )
Kiirgamisvõime on aine omadus nähtavat valgust kiirata rohkem kui neelata (mingis sagedusvahemikus teatud perioodi jooksul); peegelduda või helendada ja selle mõjul jaheneda (siseenergia langeb).
Keha kogu kiirgamisvõime on võrdeline lainetuse kogukiirgusvooga pinnalt ja pöördvõrdeline kiirgusallika kiirgava pinna pindalaga.
, millest r(T) on keha kogukiirgamisvõime; S on kiirgusallika kiirgava pinna pindala; (T) on lainetuse kogukiirgusvoog pinnalt.
Neelamisvõime on aine omadus neelata valgust rohkem kui kiirata ja selle mõjul soojeneda (tõuseb siseenergia).
Keha koguneelamisvõime on võrdeline kehas neeldunud lainetuse kogukiirgusvooga ja pöördvõrdeline kehale väljastpoolt langeva elektomagnetlainetuse kogukiirgusvooga.
, millest a(T) on kiirgusallika koguneelamisvõime; n(T) on kehas neeldunud lainetuse kogukiirgusvoog; (T) on kehale väljastpoolt langev elektromagnetlainetuse kogukiirgusvoog.
Must keha on matemaatiline abstraktsioon kehast, mis on must; tegelikkuses on kõik mustad kehad „ hallid “. Absoluutselt mustaks kehaks nimetatakse keha, mis neelab valikuta kogu kiirguse, mis talle väljastpoolt langeb.
Footon on elektromagnetvälja kvant . See ei oma elektrilaengut ega seisumassi.
Footon ehk " valguskvant " on aine (keskkonna) poolt kiiratav või neelatav minimaalne energiakogus, mis on võrdeline kiiratava valguslaine sagedusega.
kvant (lad. quantum - ports, kogus)
20. Aatomifüüsika
Põhimõisted: pidev spekter , joonspekter, spektraalterm, planetaarmudel, Bohr 'i mudel, energianivood .
Kvant-teooriast: osakese lainepikkus, määramatuse relatsioon , kvantarvud, Pauli keeld.
Spekter optikas on kiirgusvõime sõltuvus sagedusest.
Spekter üldse on jaotusfunktsioon , mis sõltub oma argumendist (nt. sagedus) – kiirguse hulk mingil parameetril, mis on jaotatud vastavateks (spektri) vahemikeks.
Liigitus: pidev-ebaühtlane, joon- v. ribaspekter .
pidev spekter on omane kehale tervikuna, siis joonspekter iseloomustab just kehade koostisse kuuluvate aatomite kiirgust.
Spektraaltermid on sagedused :
Tn – Spektraalterm; n - täisarv; Hz on nn. Rydberg'i konstant.
Aatomimudel on planetaarne mudel, mis tähendab, et elektronid võnguvad ümber tuumade oma ringorbiitidel nii nagu planeedid liiguvad maailmaruumis ümber päikese, välja arvatud see, et aatomid kaotavad energiat aga planeedid liiguvad takistuseta. Aatomi koguenergia E on summa kineetilisest energiast K ja potentsiaalsest energiast U :
Bohr'i aatomit kirjeldavat 2 postulaati:
1.Elektronid võivad aatomis liikuda ainult kindlatel statsionaarsetel orbiitidel . Sellisel orbiidil liikudes elektron ei kiirga.
( Niisiis , statsionaarsel orbiidil elektron energiat ei kaota ja võib seal püsida igavesti . Edasi on lihtne: selleks, et aatom kiirgaks, peab elektron orbiiti vahetama .)
2.Elektroni üleminekul suurema energiaga orbiidilt väiksema energiaga orbiidile aatom kiirgab kvandi , üleminekul väiksema energiaga orbiidilt suurema energiaga orbiidile aga neelab selle.
Kvant-arvud on täisarvulised kordajad , mis tähistavad lainepikkuste arvu orbiidil:
peakvantarv n – ruumi dimensioon
orbitaalne kvantarv l – ruumi dimensioon
magnetiline kvantarv m – ruumi dimensioon
spinn (tekib elektroni pöörlemisel ümber oma telje) – aja dimensioon
=> kvant-arvud on neljamõõtmelise aegruumi R4 = (n,l,m,t) koordinaadid, mis märgivad elektroni võnkumise perioodilisust orbiidil.
Määramatuse relatsioon. Elektronile lainepikkuse omistamine ja tema asukoha sidumine seisevlaine maksimumidega tähendab, et asukoht on määratav lainepikkuse täpsuseni. (Heisenbergi määramatuse printsiip (relatsioon) seob osakese asukoha ruumis tema kiirusega, ajamomendi aga energiaga.)
Pauli keeluprintsiip - Aatomis ei saa olla kaht elektroni, millel oleks samasugune kvantarvude nelik
21. Tuumafüüsika
Põhimõisted: aatomituum , tuuma koostisosad, tuumajõud, seose-energia, massidefekt .
Tuuma valem: massiarv , laenguarv, nende seos prootonite ja neutronite arvudega .
Tuumaenergeetika: selle olemus, ahelreaktsioon , termotuumareaktsioon.
Kiirguskaitse : radioaktiivne kiirgus ja seda iseloomustavad suurused; nende SI-ühikud.
Aatomituum – koosneb prootonitest ja neutronitest. Prooton on aatomituuma algosake (kr. esimene); Positiivse elementaarlaeguga ning massiarvuga 1 osakest nimetatakse prootoniks ; Prootoniga ligikaudu sama massi omav laenguta (neutraalne) osake on neutron .
Et tuum koos püsib, tuleb oletada elektrostaatilistest veelgi suuremate jõudude olemasolu tuumas. Neid üliväikese mõjuraadiusega hüpoteetilisi jõude nim. tuumajõududeks. Tuumajõud on vajalikud selleks, et tasakaalustada positiivselt laetud prootonite vaheline tõukejõud ning hoida tuuma koos
Tuumajõud ei tohi ulatuda mõjutama elektronide liikumist - see piirab nende mõjuraadiust.
Seoseenergia on töö, mida on vaja teha tuuma lõhkumisel algosakesteks (prootoniteks ja neutroniteks). Täpselt sama suur energiahulk vabaneb algosakeste tuumaks liitumisel.
Seoseenergiale ekvivalentset massi (tavaliselt seisumassi!), mille võrra on tuum kergem tema koostisosade masside summast, nimetatakse massidefektiks.
Massidefekt. Miks? Aga selle pärast, et paari lõhkumiseks tehtud töö salvestub energiana nendes osakestes, mida me lahutame. Et energial on mass, kaaluvadki lahutatud osakesed rohkem. Kui nad uuesti liituvad, see energia vabaneb - ja osakesed kaotavad vastava osa oma kaalust . Sellist kaalutud energiat nim. ka massidefektiks.
Massiarv näitab tuumaosakeste arvu, neutronid + prootonid .
Laenguarv näitab prootonite arvu. ( Neutronite arv = massiarv – laenguarv(prootonite arv)
Ahelreaktsioon.
Uraanituuma lagunemisel vabanevad neutronid, mis võvad põhjustada uute tuumade lõhustumise.
Tuumakiirgus põhjustab eluskoe keemilisi muutusi, mis võivad viia organismi hukkumise või rikutud pärilikkusega olendi - mutandi - tekkele.
Aktiivsus on kindla suurusega allika poolt ruumi kiiratava kiirguse mõõt. SI süsteemis on aktiivsuse ühikuks bekrell (Bq), mis vastab ühele lagunemisaktile sekundis. See on väga väike ühik; varasemalt kasutatud kürii (1 Ci Bq, võrdub ühe grammi raadiumi aktiivsusega) oli märksa mugavam.
Kiirgusdoosi saame, kui korrutame aktiivsuse kiirguse toimeajaga. kiirgusdoos (bekrellsekund: Bqs)
Neeldumisdoos näitab mingis keskkonnas neeldunud kiirgusele vastavat energiahulka. Pole tähtis, kas kiirituse mõjul tekib vähem või rohkem ioone; oluline on neeldunud energia hulk. Ühikuks on grei (Gy), mis vastab ühe dzauli suuruse energiahulga neeldumisele ühes kilogrammis aines. Kasutusel on ka vähendatud ühik raad (1rad=0.01 Gy) ja ionisatsiooniastmest tuletatud ühik röntgen ioonipaari ühes grammis kuivas õhus normaaltingimustes ( Gy, samuti õhu korral)
Bioloogiline efektiivdoos näitab kiirguse kahjustavat toimet inimesele; tema ühik rem ongi lühend inglisekeelsest väljendist rad equivalent man ( raadi inimekvivalent). Tavaliselt saadakse efektiivdoosi väärtus, kui korrutatakse füüsikaline doos (rad) kahjuteguriga, mille väärtus ulatuv ühest kahekümneni, sõltuvalt osakeste tüübist ning energiast. bioloogiline efeektiivdoos (rem 0.01Gy korrutatud kahjuteguriga)
Kiirguse intensiivsust mõõdetakse radiomeetriga, neeldumisdoosi ja bioloogilist efektiivdoosi dosimeetriga. Mõlemad riistad põhinevad õhu elektrijuhtivusel
Kiirguskaitse. Radioaktiivse kiirguse eest kaitsmiseks on kolm võimalust:

Kiirguse ekraneerimine: inimene eraldatakse kiirgusallikast kiirgust tugevasti neelava kaitsekihiga. Jämedas joones võib öelda, et kiirgust nõrgendav toime on võrdeline kaitsekihi kogutihedusega: kergemat ainet tuleb võtta paksem kiht, kui raskema aine korral. Heaks kaitsekihiks on rasketest metallidest (tavaliselt pliist ) ekraanid; läbipaistvad aknad tehakse kuni 50% pliioksiide sisaldavast flintklaasist.

Kaitse radioaktiivsete ainete organismi tungimise eest. Sel otstarbel kasutatakse kaitseülikondi, gaasimaske, vee- ja õhufiltreid. Kiirguskahtluse korral tuleb läbi viia vee ja toiduainete radioaktiivsuse kontroll.

kiirguse kahanemine ajas (istu keldris ja ole kuss !);

kiirguse nõrgenemine ekraneerivas kaitsekihis (mida sügavamal, seda parem!)
Laboritest
Mõõtetulemuse kirjapanek ja ümardamisreeglid.

DEFINITSIOONID

Loeng 11
Elektrivälja tugevus = sellesse punkti asetatud positiivsele ühiklaengule (+1C) mõjuv jõud.
Elektrivälja potentsiaal = töö, mida tuleb teha (positiivse) ühiklaengu viimiseks antud väljapunktist sinna, kus väli ei mõju.
NB!Valemite parem pool käib ainult punktlaengute kohta! Tegelik väli võib olla väga keerulise geomeetriaga.
Allikväli - elektrivälja jõujooned väljuvad alati positiivsest ja suubuvad negatiivsesse laengusse, st. iga laegut ümbritseb radiaalsete jõujoonte parv .
Pöörisväli – kinnine jõujoon tähendab, et allikaks olevat laengut polegi jõujoonel kuhugi panna - kõik joone punktid on samaväärsed ( igasse punkti suubub jõujoon ühest ja väljub teisest suunast ).
Loeng 12
Elektrivool - Elektrivool on vabade laengukandjate suunatud liikumine aines elektrivälja poolt avaldatava jõu mõjul.
Vooluring - Vooluring on voolu teekond ühendusjuhtmetes voolu allikast tarbijateni. Vooluallika sisetakistus - vooluallika enda takistus, mille saame kui vooluringi takistuse (elektromotoorjõud jagatud voolutugevusega Ohmi seadusest) summast vooluringis lahutame maha aktiivtakistuse R, mida tekitavad voolutarbijad.
kus on sisetakistus.
Loeng 13
Vektorkorrutis - Vektorite a ja b vektorkorrutis on vektor, mille pikkus on arvuliselt võrdne niisuguse rööpküliku pindalaga, mis on ehitatud vektoritele ja kui külgedele ja mis on risti nende vektoritega ja suunatud nii, et lühem pööre vektorist vektorini ümber vektori toimub vastupäeva matemaatiliselt on vektorkorutis determinant , mille elementideks on baasivektor ja korrutatavad vektorid .
Vektorkorrutis koordinaatkujul:
Vektorkorrutise esitus nurga kaudu: S = a x b = absin A , kus S on pindala, a, b on rööpküliku küljed.
Voolutugevuse ühik - amper (etaloondefinitsioon) - Üks amper on selline voolutugevus, mis kulgedes piki kaht

lõpmata pikka
väikese ristlõikega
vaakumis
teineteisest 1 m kaugusel paiknevat
paralleelset sirgjuhti,

kutsub nende vahel esile jõu njuutonit meetri kohta.
Loeng 14
Perioodiline liikumine - selline liikumine, mis kordub teatud kindla ajavahemiku - perioodi - järel.
Harmooniline liikumine (ka: harmoonilised võnked, SHM) – ( Simple Harmonic Motion , lüh. SHM) - võnkumine, mille periood ei sõltu mingitest välistest teguritest.
Direktsioonijõud - võnkuva keha tasakaaluasendi poole suunatud jõud, mis mõjub vastupidises suunas võnkumist tekitavatele jõududele (igal jõul eksisteerib temale vastumõjuv jõud – direktsioonijõud). Direktsioonijõu olemasolu on võnkumiste tekke hädavajalik tingimus.
Faasidiagramm (faasivektor, phasor) – faasidiagrammiks (ingl. phasor) nim võnkumise graafilist kujutamist pöörleva vektorina .
Faasidiagamm kujutab endast sinusoide komponentvektorite suundadel, mida kutsub esile pöörlev ja edasiliikuv ketas , mis kulgeb komponentide summaarsel suunal.
Faasivektor on üks komponentvektoritest, mis liigub määratud suunal.
Phasor on kõikide faasivektorite liitmisel saadud resultantvektor, mis osutab liikumise suunda.
Sumbuvustegur ja sumbuvuse logaritmiline dekrement - Sumbuvustegur on võnkumiste vähenemine eksponentsiaalses astmes .
Logaritmiline dekrement on võnkumiste logaritmilise vähenemise määr perioodi lõikes - periood lisatakse nimetajasse, sest toimub vähenemine, ln on võetud seetõttu, et toimub kiirenev ( sumbuv ) vähenemine ja e astmes korda. ga on tähistatud logaritmiline dekrement.
Loeng 15
Sundiv jõud, sundvõnked – Sundiv jõud on süsteemile väljaspoolt mõju avaldav jõud. Sundvõnked on sundiva jõu mõjul tekkivad võnkumised, mis viivad keha tasakaalust välja.
Aktiivtakistus, reaktiivtakistus, kogutakistus. Faasinihe – Aktiivtakistus R on voolutarbijate poolne takistus (vastupidiselt sisetakistusele, mis eksisteeris vooluallika enda olemasolu tõttu). Reaktiivtakistus
on induktiivtakistuse (= induktiivne reaktiivtakistus = induktiivpooli takistus) erinevus mahtuvuslikust takistusest (= mahtuvuslik reaktiivtakistus = kondensaatori takistus). Kogutakistus
Faasinihe -
. Näeme, et nii faasinihe kui amplituud sõltuvad sundiva jõu sageduse ning süsteemi omasageduse vahest. Kui see on null, on faasinihe ning amplituud maksimaalne:
Vahelduvvoolu efektiivväärtused - Vahelduvvoolu efektiivväärtused on aktiivtakistusel R sama võimsuse P tekitavad alalisvoolu I väärtused (220 V ja 380 V).
Loeng 16
Laine, ristlainetus, pikilainetus – Laine on keskkonna osakeste võnkumine, milles osalevad osakesed ei muuda oma asukohta ja kus võnkefaas sõltub allika kaugusest ( siinus või koosinus funktsiooni järgi).

Kui toimub osakeste (laine) võnkumine sihis üles-alla, siis on see ristlainetus.
Kui toimub osakeste (laine) võnkumine sihis vasakult-paremale, siis on see pikilainetus.

* Osakesed ei muuda oma asukohta, sest nad liiguvad tagasi tasakaaluasendisse (ühed enne, seejärel teised).
Tasalaine, keralaine – Tasalaine on lainetus läbi tasapindade, kus osakesed liiguvad paralleelselt läbi nende pindade.
Ruumis leviva tasalaine võrrand nurksageduse ja lainearvu kaudu.
Keralaine on sfääriliste faaside järel korduv lainetus, kus osakesed liiguvad radiaalselt (punktist A punkti B liikuv lainetus liigub mööda kera raadiust läbi sfääriliste tasapindade; nende tasapindade omavahelist kaugust nimetatakse faasiks).
- keralaine valem.
Laplace 'i operaaator on matemaatiline teisenduseeskiri, mis seab skalaarsele väljale l () vastavusse tema teist järku tuletise ruumikoordinaatide järgi. Kui see tuletis on võrdeline sama välja ajalise tuletisega, tekib lainevõrrand.
Elektromagnetlaine on harmooniliste võnkumiste seaduste kohaselt toimuv elektri- ja magnetvälja võnkumiste kombinatsioon samas faasis.
- elektromagnetvälja võrrand.
Käiguvahe ja faasinihe – Käiguvahe on kahe laine poolt läbitud teepikkuste erinevus ühe kindla punkti suhtes, millesse mõlemad lained parajasti liiguvad, tähistatakse dS = S1 – S2, kus
S1 - suurema teekonna läbinud laine
S2 - lühema teekonna läbinud laine
dS - lainete poolt läbitud teepikkuste erinevus
Faasinihe on kaugusest sõltuv algfaas kx (kahe osakese vaheline suunatud kaugusega sirglõik), kus k on faasikonstant ja x on ruumikoordinaat.
17.
Valgus (füsioloogiline, füüsikaline, laineteoreetiline definitsioon).
Murdumisnäitaja (suhteline ja absoluutne).
Tsentreeritud optiline süsteem.
Fookus, fokaaltasand , fookusekaugus.
Valgustugevuse ühik kandela (etaloondefinitsioon).
Valguse all mõistame silmaga nähtavat elektromagnetkiirugust.
Mõistame selle all elektromagnetlaineid lainepikkuste vahemikus umbes .
Natuke annab mõistele "valgus" selgust teda tähistavate sõnade kõrvaltähendus erinevates keeltes. Eestlased on oma termini saanud ilmselt valgest värvist, arvestades meie kuulumist germaani kultuuriareaali on see üsna sarnane sakslastele (" licht " omadussõnana tähendab "hele", "hõre"). Inglaste " light " vastab omadussõnale "kerge" ja kõige ilmekam on vast venelaste "svet" - samaaegselt nii "valgus" kui "maailm".
Et inimese välistaju põhineb 90% ulatuses nägemismeelel, on ka meie maailmapilt "optilis-ruumiline". See, nagu taolistel juhtudel tavaline, raskendab valguse kui "pilditekitaja" mõistmist. Tavaliselt kasutame terminit valguskiir, mõistes selle all silmast või valgusallikast lähtuvat ning vaatluse all oleva objektiga lõppevat sirglõiku. Mida see kiir endast kujutab, on kaunis raske seletada. Tõsi küll, mõnikord on ta isegi nähtav - tolmuses või suitsuses ruumis näiteks.
Valgus füsioloogiliselt on valgusaisting (silmaga näha).
Valgus füüsikaliselt on elektromagnetkiirgus kindlas sagedusvahemikus, mida mõõdetakse energeetilistes suurustes (pinna bolomeetriline heledus vattides, allika bolomeetriline valgustugevus vatt steradiaanides, bolomeetriline valgustatus vatt steradiaani ruutmeetri kohta ).
Valgus laineteoreetiliselt on elektromagnetlainetus.
Langemisnurga ja murdumisnurga siinuste suhe on kahe antud keskkonna jaoks konstantne suurus, mida nimetatakse selle keskkonna murdumisnäitajaks kuhu kiir läheb, selle keskkonna suhtes, kust kiir tuleb. Murdumisnäitajat tähistatakse tähega n.
= n = const .
Suhteline murdumisnäitaja on ühe keskkonna murdumisnäitaja teise suhtes:
Absoluutnene murdumisnäitaja on mistahes aine murdumisnäitaja suhe vaakumi murdumisnäitajasse (levikul vaakumisse on erinevate ainete murdumisnäitajad erinevad)
Absoluutne ja suhteline murdumisnäitaja.
" Vaakumist vahekihi" läbimisel on murdumisnurk võrdne langemisnurgaga teise keskonna piiril .
Tsentreeritud optiline süsteem:
Üldisemas mõttes tähendab see telgsümmeetriat - kõik murdvad-peegeldavad pinnad on pöördpinnad ning nendel on ühine telg.
Kitsamas mõttes (ideaalne optiline süsteem) on meil tegu ainult sfääriliste või tasapindadega - sel juhul on tsentreeritud süsteemi tingimuseks sfääride tsentrite asumine samal sirgel.
Tsentreeritud optiline süsteem:
kõigi läätsede kõverustsentrid asuvad ühel sirgel.
Ühist telge nimetatakse süsteemi peateljeks.
Punkti, kus peateljega paralleelsed kiired lõikavad pärast murdumist peatelge, nim. pinna fookuseks, seda punkti läbivat ja peateljega ristuvat tasapinda nimetatakse fokaaltasandiks.
Optilise pinna fokaaltasand ja fookus.
Peapunkti ja fookuse vaheline kaugus on fookusekaugus.
Fookusekaugus defineeritakse analoogiliselt optilise pinna omaga :
1)fookus on punkt optilisel teljel, kuhu koonduvad teljega paralleelsed kiired;
2)fookusekaugus on fookuse kaugus läätse (süsteemi viimase, fookusele lähima elemendi) tasandist.
Põhiühikuks on valgustugevuse ühik kandela e. rahvusvaheline küünal (cd), mille kohta antakse etaloondefinitsioon:
Üks kandela on valgustugevus, mis võrdub 1/60 suuruse pinna kiirgusega plaatina tahkumistemperatuuril (2044 K).
18.
Põhimõistete sõnalised definitsioonid: interferents, difraktsioon.
Koherentsed valgusallikad.
Huygens'i- Fresnel 'i printsiip.
Interferents on lainete liitumine, arvestades faasinihet.
Difraktsioon on laine murdumine tõkke taga (valguse levimine geomeetrilise varju piirkonda).
Koherentseteks nimetatakse (valgus)allikaid, mille poolt kiiratud (valgus)lainete faasinihe on kogu aeg ühesugune.
Huygens'i-Fresnel'i printsiip seob uue lainefrondi kujunemise sekundaarlainete interferentsiga.
1.Iga lainefrondi punkti võime vaadata kui sekundaarlainete allikat;
2.Uus lainefront tekib sekundaarlainete interferentsi tulemusel.
19.
Põhimõistete sõnalised definitsioonid: hajumine, neeldumine, dispersioon, polarisatsioon. Polarisatsiooni liigid. Polarisatsiooniaste.
Luminestsents, näited eri liikidest (seletusega!).
Soojuslik ehk tasakaaluline kiirgus.
Kiirgamisvõime, neelamisvõime, must keha.
Spekter
Hajumine on valguskiirte levimine erinevatesse suundadesse valgusallikast.
Neeldumine on valguskiirte tungimine aine aatomitesse.
Dispersioon on murdumisnäitaja sõltuvus sagedusest.
Polarisatsioon on valguse võnkumine mingis võnketasandis.
Polarisatsiooni liigid on:
a) Täielik polariseerumine (valgus võngub üksnes ühes kindlas valitud tasandis,
b) Osaline polarisatsioon – suurem osa valgusest võngub ühes eelistatud tasandis, ülejäänud osa valgusest võngub mujale.
Polariseerimata ehk "loomulik" valgus.
Väljavektor on laine liikumissuunaga ristuvas tasandis, eelissuund aga puudub (kõik suunad on võrdselt esindatud).
Täielikult e. lineaarselt polariseeritud valgus.
Lubatud on ainult üks kindel võnkesiht.
Polarisatsiooniaste on valguse polariseeritus, mis näitab voolutugevuse maksimum- ja miinimumväärtuste erinevuse suhet nende summasse.
Mittesoojusliku tekkemehhanismiga kiirgusi nimetatakse üldnimega luminestsents ehk “külm valgus”.
Kemoluminestsents tekib siis kui eraldub valguse kujul keemiliste reaktsioonide käigus eralduv energia.
Bioluminestsents on mõnede organismide helendumine.
Fosforestsents on fosoforit sisaldavate ainete omadus kiirata energiat, mida nad on eelnevalt endasse salvestanud, mille tingib värvainete omadus teisendada kogu ainele langev kiirgus mingisse kindlasse spektrivahemikku.
Radioluminestsents on helendumine, mis toimub kiirete osakestega.
Elektroluminestsents on aine helendumine kui see asetada staatilisse elektrivälja.
Triboluminestsents on aine helendumine, mis tekib kui ainet mehaaniliselt deformeerida.
Termoluminestsents on helendumine, mis tekib kui ainet kuumutada.
(Luminestsentsi korral keha siseenergia muundub valguseks. )
Kiirgust, mida keha kiirgab termidünaamilise tasakaalu tingimustes (kindlal temperatuuril), nimetatakse tasakaaluliseks kiirguseks.
(Kui mingi keha asub kindla temperatuuriga keskkonnas, nõuab termodünaamika teine printsiip, et tema temperatuur peab tasakaaluoleku korral olema võrdne ümbritseva keskkonna temperatuuriga.)
Kiirgamisvõime, neelamisvõime, must keha. (vt, TEST)
Spekter optikas on kiirgusvõime sõltuvus sagedusest.
Spekter üldse on jaotusfunktsioon, mis sõltub oma argumendist (nt. sagedus) – kiirguse hulk mingil parameetril, mis on jaotatud vastavateks (spektri) vahemikeks.
20.
Põhimõistete definitsioonid (oma sõnastuses, ärge loengust otsige!): Karakteristlik kiirgus, spektraaltermid, aatomimudel, lainefunktsioon , kvant-arvud.
Karakteristlik kiirgus on kehade koostisesse kuuluv aatomite kiirgus (joonkiirgus).
Spektraaltermid on sagedused (Rydbergi valem)
ja energiad: ( Bohri mudelis).
Aatomimudel on planetaarne mudel, mis tähendab, et elektronid võnguvad ümber tuumade oma ringorbiitidel nii nagu planeedid liiguvad maailmaruumis ümber päikese, välja arvatud see, et aatomid kaotavad energiat aga planeedid liiguvad takistuseta. Aatomi koguenergia E on summa kineetilisest energiast K ja potentsiaalsest energiast U :
Lainefunktsioon on lainevõrrandit esitav funktsioon:
Kvant-arvud on täisarvulised kordajad, mis tähistavad lainepikkuste arvu orbiidil:
peakvantarv n – ruumi dimensioon
orbitaalne kvantarv l – ruumi dimensioon
magnetiline kvantarv m – ruumi dimensioon
spinn (tekib elektroni pöörlemisel ümber oma telje) – aja dimensioon
=> kvant-arvud on neljamõõtmelise aegruumi R4 = (n,l,m,t) koordinaadid, mis märgivad elektroni võnkumise perioodilisust orbiidil.
21.
Põhimõisted: Radioaktiivsus, pool-iga, isotoop , tuumajõud, virtuaalsed osakesed, seose-energia, massidefekt, kiirendi.
Tuuma komposiitmudel ja koostisosad: prooton, neutron, mesonid , kvargid .
Radioaktiivsus on teatud aatomite ja nende isotoopide võime iseeneslikult kiirata ilma, et kiirgusenergia eraldumine neist oleks tingitud aatomivälistest teguritest.
Pool-iga on ühe aatomi poolestumiseks kuluv aeg (võimaldab määrata enamike ainete vanuse, sest nende koostises on radioaktiivne süsinik)
Isotoop on endise stabiilse tuumaga elemendi radioaktiviseerumine mõne primaarselt radioaktiivse aatomi mõjul (isotoop on alati sekundaarselt radioaktiivne); keemilise elemendi aatom, mille tuumas on sama arv prootoneid, kuid erinev arv neutroneid.
Tuumajõud on tuumaosakesi koos hoidvad tugevad jõud. Kui prootonite vahel mõjub elektrostaatiline tõukejõud, siis tuumajõud on need, mis vastupidiselt hoiavad prootoneid ja teisi osakesi aatomis koos.
Virtuaalsed osakesed on üliväikeses ruumiosas avastamatud osakesed, seetõttu virtuaalselt eksisteerivad.
Seose-energia on tuuma stabiilsust iseloomustav näitaja –näitab kui suur on energia, mis kulub tuuma kooshoidmiseks ja on järelikult ka energia, mida läheb vaja tuuma täielikuks lõhustamiseks tema koostisosadeks - prootoniteks ja neutroniteks – energia diferentsiaal dE on võrdeline massi diferentsiaaliga dM ja valguse kiiruse c ruuduga.
Massidefekt on kaalutud energia, see tähendab et kiirgavaid osakesi kaalutakse koos oma energiaga aga kui osakesed on juba liitunud, siis energia on ära kasutatud ja osakeste „uus mass“ erineb kaalutud energia võrra esialgselt osakestele omistatud massist (koos energia massiga).
Kiirendi on spetsiaalne (nt ringorbitaalne) ajam , kus toimub osakeste kiirendamine eesmärgiga saada anti-osakesi ja neid uurida (osakesed liiguvad loomulikult vaakumkanalis).
Prooton on positiivse elementaarlanguga nukleon massiarvuga 1, mis kuulub aatomituuma koostisesse (tähis p).
Neutron on neutraalse elementaarlaenguga nukleon massiarvuga 0, mis kuulub samuti aatomituuma koostisesse (tähis n)
Mesonid e. vaheosakesed on aatomituumast 10 astmes -15 kaugusele jäävad osakesed mille mass on 200 korda suurem elektroni omast, kuid 10 korda väiksem prootoni-neutroni massist (99,9 % massist koondub tuuma ja kuna aatomi mass koondub tema tuuma suunas, siis saame osakeste rea järjestuses: elektronid -> mesonid -> prootonid-neutronid).
Kvargid on osakesed osakestes ehk täisarvulise languga osakeste murdarvulised koostisosad (+/– 2/3 ja +/– 1/3 laenguga).
Osake laenguga – 1/3 on d- kvark
Osake laenguga + 2/3 on u-kvark
Prootoni ja neutroni kvarkmudelid.

VALEMID (SEADUSED) + TULETUSED

Loeng 11
Coulomb'i seadus (vektorkujul!) - Kaks punktlaengut mõjutavad teineteist jõuga, mis on võrdeline nende kehade laengutega ning pöördvõrdeline nende vahelise kauguse ruuduga.
Seda, et jõud tõepoolest on võrdeline laengu suurusega ning kahaneb võrdeliselt kauguse ruuduga, kontrolliti torsioonkaaludega. Erinevalt gravitatsiooniseadusest võib vastasmõjuks olla nii tõmbe- kui tõukejõud:

kui ja on sama liiki laengud, siis kehad tõukuvad
kui laengute märgid on erinevad, siis kehad tõmbuvad.

Seda saab kirja panna, kui kasutada meile juba tuntud vektorsümboolikat:
Võrdetegur k sõltub meie poolt kasutatavast ühikute süsteemist:
Gauss'i süsteemis (CGSE) valitakse laengu ühik (LÜ) nii et See tähendab, et
1 LÜ mõjutab teist kauguselt 1 cm jõuga 1 dn.
SI-süsteemis on laengu ühik defineeritud elektrivoolu tugevuse kaudu:
1C (1 kulon ) on laeng, mis läbib juhi ristlõiget sekundis, kui vooutugevus on 1 A (amper).
Seega võrdetegur :
Väljatugevus ja potentsiaal, seos nende vahel - Mida tugevam on väli (tihedamalt jõujooned) seda kiiremini muutub potentsiaal (seda lähemal on üksteisele samapotentsiaalipinnad).
 Elektrivälja tugevuse ühikuks SI süsteemis on volt meetri kohta (V/m),
 potentsiaali ühikuks on volt (V).
Gauss'i teoreem - Elektrivälja tugevuse voog läbi kinnise pinna on võrdne selle pinna sisse jäävate laengute summaga.
- Gaussi teoreem
Loeng 12
Ohm'i seadus ja Joule-Lenz'i seadus –
Ohm'i seadus (1826) - Voolu tugevus juhis on võrdeline pingega.
See tähendab: kui pinge suureneb korda, suureneb korda ka voolutugevus. Võrdetegur sõltub juhi mõõtmetest ning materjalist. Seda iseloomustatakse takistusega.
Juhi takistus on juhti iseloomustav suurus, mis defineeritakse kui Ohm'i seaduses oleva võrdeteguri pöördväärtus

Joule-Lenz'i seadus

Vooluga juhtmes eralduv soojushulk on võrdeline voolutugevuse ruudu, juhtme takistuse ja ajaga
Sõltuvus on leitud empiiriliselt, Joule leiutatud kalorimeetri abil tehtud katsete seeria käigus. Valemit saab tuletada ka mehaanikast, nagu näitas E. Lenz:
Ohm'i ja Joule-Lenz'i seadused diferentsiaalkujul. Kasutades eritakistust saame alltoodud seadused anda ka pideva juhtiva keskkonna jaoks.
Eritakistuse pöördväärtust nim. Erijuhtivuseks
Eritakistus sõltub temperatuurist:
 metallides
ehk
 pooljuhtides
Metallide erijuhtivusi:
 raud: ;
 alumiinium : ;
 vask: .
Ohm'i seadus diferentsiaalkujul:
ehk , kus on eritakistuse pöördväärtus - erijuhtivus.
Rööp- ja jadalülituse valemite tuletus –
Jadalülituse korral on meil üks mittehargnev mitmest takistist koosnev vooluring. Et ahel on lineaarne, peab vool läbi kõigi tarbijate olema ühesugune.
mida võib kirja panna ka kogutakistuse R abil
Jadalülitus.
Jadalülituse kogutakistus on võrdne selle elementide takistuste summaga.
Rööplülituse korral on pingelang kõigil takistitel ühesugune:
kust
Rööplülitus.
Rööplülituse kogutakistuse pöördväärtus (ahela kogujuhtivus) on võrdne selle elementide takistuste pöördväärtuste (juhtivuste) summaga.
Kirchoff 'i reeglid –

Summaarne vool hargnemispunktis on null

Kirchoffi esimene reegel.

Pingelangude summa igas suletud alamringis peab võrduma sellesse ringi kuuluvate vooluallikate elektromotoorjõudude summaga

Kirchoffi teine reegel.
Kirchoffi märgireegel: summa element võetakse miinusmärgiga, kui alamahela ümberkäigusuund on vastassuunaline vooluallika polaarsusega (elektromotoorjõu märk) või voolu suunaga takistil ( pingelangu märk).
Loeng 13

Ampere'i seadus: sõnastus; valem skalaar - ja vektorkujul –

Vooluga juhtmele magnetväljas mõjuv jõud on võrdeline voolutugevuse, juhtme pikkuse ja magnetilise induktsiooniga ning magnetvälja ja voolu suundade vahelise nurga siinusega. Jõud on risti nii juhtme kui magnetväljaga, tema suuna määrab vasaku käe reegel.
kus on voolutugevus, juhtme pikkus, magnetvälja iseloomustav suurus, nn. magnetiline induktsioon ja nurk magnetvälja suuna ja juhtme vahel. Kirjutades juhtme pikkuse vektorina nii, et vektori suund ühtib voolu suunaga juhtmes, võime Ampere'i seaduse kirjutada vektorkujul:

Lorentz'i jõud (tuletusega) – Et elektrivool koosneb liikuvatest laengutest, tähendab vooluga juhtmele mõjuv jõud tegelikult liikuvatele laengutele mõjuvat jõudu. Selle jõu saab välja arvutada, lähtudes voolutiheduse definitsioonidest:

Pannes selle Ampere'i jõu valemisse, saame
Et juhtme ruumala on , siis on temas liikuvat laetud osakest. Kui soovime leida ühele osakesele mõjuvat jõudu, tuleb juhtmele mõjuv jõud F jagada laetud osakeste arvuga N.
ehk vektorkujul
mis ongi Lorentz'i jõud.
Nagu vektorkorrutisest järeldub, on temagi risti kiirusega. Seega ei muuda ta osakese liikumise kiirust, vaid ainult liikumise suunda.
Lorentzi jõud ja osakese trajektoor noolereegliga antud väljas

Biot'- Savart '-Laplace'i seadus: sõnastus, valem vektorkujul –

Vooluelemendi poolt tekitatava magnetvälja magnetiline induktsioon on võrdeline voolutugevusega ning pöördvõrdeline vooluelemendi kauguse ruuduga. Välja suund on risti nii vooluelemendi kui ka väljapunkti vooluelemendiga ühendava sirgega; suuna määrab (parema käe) kruvi reegel.
Parema käe ehk kruvi reegel: Kui (parempoolne) kruvi panna liikuma piki vooluga juhet nii, et kruvi pea pöörlemine ühtib magnetilise induktsiooni vektori suunaga, siis kruvi ise liigub voolu kulgemise suunas.
- valem vektorkujul
Töö juhtme liikumisel (tuletusega) –
Oletame, et risti magnetväljaga asuv juhe saab vabalt liikuda. Temale mõjuva jõu (Ampere'i seadus!) mõjul liikudes teeb juhe tööd
kus on juhtme liikumisel tema poolt kaetud pindala ning sellele pinnale vastav magnetilise induktsiooni vektori voog. Et vool saab eksisteerida ainult vooluringi kujul, võime suurust ette kujutada kui vooluga kontuuri poolt piiratud pindala muutu. Kasutanud vektorvälja voo matemaatilist definitsiooni (), "peitsime" oma valemis vektorite taha kõik juhtme liikumise ja orientatsiooniga seotud nurgad.
Vooluga juhtme liikumisel magnetväljas tehtud töö on võrdeline kontuuri pindala muutusega.
Seega on juhtme liikumisel magnetväljas tehtud töö võrdeline voolutugevusega juhtmes ning vooluringi läbiva magnetvoo muutusega. Lihtsaimal juhul (vooluga tasapinnaline raam) võime vektorvõrrandi "lahti kirjutada" järgnevalt:
kus on nurk raami tasandile tõmmatud normaali ja magnetilise induktsiooni vektori suuna vahel.
Märgime, et Ampere'i seaduses olnud nurk vastas nurgale juhtme ja vektori vahel. Praegu pole matemaatiliselt enam oluline, kas magnetvoo muutus on tingitud kontuuri pindala (), magnetvälja enda () või koguni nurga muutumisest.
Et magnetilise induktsiooni vektori voog (lühemalt magnetvoog) on sageli kasutatav suurus, on tema ühikul
omaette nimi - veeber.
Võib küsida, millise energia arvel seda tööd tehakse. Et jõud mõjub ainult vooluga juhtmele, oleks loogiline väita, et voolu (vooluallika energia) arvel. See töö lisandub Joule-Lenz'i seadusega määratud (soojuslikule?) tööle, andes kogu tehtud töö magnetilise töö ning juhtmes eralduva soojuse summana:
Voolu poolt magnetvälja abiga tehtud töö on jõumasinate (elektrimootorite) aluseks. Endastmõistetavalt on konstruktorid huvitatud, et magnetiline töö oleks võimalikult suur ning soojusena kaotsi läinud energiahulk võimalikult väike.

Induktsiooni elektromotoorjõud (tuletusega) –

Mis juhtub aga siis, kui vooluringis puudub vooluallikas (ja järelikult ka vool), aga teda läbiv magnetvoog sellegipoolest muutub? Matemaatiliselt peab siis -st järelduma
Aga võib arutleda ka teistmoodi: et kogu vooluringis tehtav töö on võrdne elektromotoorjõu ja voolutugevuse korrutisega, siis
millest
Matemaatiliselt jällegi korrektne. Aga mida see füüsikaliselt tähendab?
Võiksime väita, et juhtme liikumise tõttu magnetväljas või mingil muul põhjusel kontuuri läbiva magnetvoo muutumine kutsub esile elektromotoorjõu, mille suurus on võrdeline magnetvoo muutumise kiirusega. Katse näitab, et selline efekt on tõesti olemas. Mis on aga põhjus?
Põhjuseks on Lorentz'i jõud. Kui liigutame magnetväljas juhti, milles on vabu laenguid, sunnib see laetud osakesi liikuma vastavalt juhtme liikumise suunale. Kui juht (juhe) on seejuures liikumissuunaga risti, kogunevad positiivsed laengud juhtme ühte, negatiivsed aga teise otsa. Juhtmes tekib elekriväli, mille suund on vastupidine Lorentzi jõu suunale.
Induktsiooni elektromotoorjõu seletamine Lorentz'i jõuga:
koos juhtmega liikuma sunnitud laetud osakesed liiguvad Lorentzi jõu mõjul juhi otstesse, tekitades nii potentsiaalide vahe.
Kui
siis laengute liikumine lõpeb - laetud osakesele mõjuvad jõud on tasakaalus.
Võib üelda ka nii: juhtme otste vahel on tekkinud potentsiaalide vahe
Leitud valemile saab anda üsnagi universaalse kuju. Selleks teisendame tuletise märgi taha jäävat korrutist:
See potentsiaalide vahe tekib mitteelektriliste jõudude mõjul ja teda võib käsitleda kui elektromotoorjõudu. Nii teda nimetataksegi - induduktsiooni elektromotoorjõud.
Ampere'i seaduse seletus:
juhtmes liikuvatele laengutele mõjuv Lorentzi jõud pöörab need vasakule, sundides nii liikuma kogu juhtme.
Kokku:

Elektromagnetiliseks induktsiooniks nimetame nähtust, kus magnetvoo muutumine kutsub kinnises kontuuris esile elektromotoorjõu, mis on võrdeline magnetvoo kahanemise kiirusega:
Nagu töö valemis, pole ka siin oluline, mis põhjusel magnetvoog muutub. Ühtviisi hästi mõjub nii kontuuri pindala muutus (juhtme liikumine), kontuuri tasandi pöörlemine kui ka magnetilise induktsiooni , st magnetvälja enda muutus. Miinusmärk tähendab seda, et induktsiooni elektromotoorjõu poolt esile kutsutav vool takistab magnetvoo muutumist - tema magnetväli on suunatud esialgsega samas suunas, kui magnetvoog väheneb ja vastassuunas , kui magnetvoog suureneb.
Loeng 14
Harmoonilised võnked: difvõrrand ja selle lahendamine –
Süsteemi vabavõngeteks nimetame liikumisi, mis toimuvad tasakaaluasendist väljaviimisel tekkiva direktsioonijõu mõjul.
Direktsioonijõud on suunatud tasakaaluasendi poole ja sõltub võnkuva keha kaugusest tasakaaluasendist - nn hälbest
Kui direktsioonijõud on võrdeline hälbega, tekib lihtsaim võnkumistest - siinusvõnked.
Vaatleme näiteks vedru otsa riputatud raskust. Oletame, et raskusele massiga mõjub raskusjõud , mille tasakaalustab vedru elastsusjõud . Kui vedru viiakse tasakaaluasendist välja, venitades teda pikkuse võrra, suureneb elastsusjõud väärtuse võrra. Et enne venitamist olid jõud tasakaalus, väljendab see juurdekasv raskusele mõjuvat jõudu, kutsudes esile kiirenduse . Arvestades, et , saame liikumisvõrrandiks
Lihtsa proovimisega saab näidata, et seda võrrandit rahuldavad funktsioonid ning juhul, kui . Peale selle "lihtsa" lahendi kõlbavad kõik funktsioonid
See ongi harmooniliste võngete võrrand.

Võnkuva keha energia (tuletusega) –

Võnkuva keha energia on võrdeline

keha massiga;
amplituudi ruuduga;
sageduse ruuduga.

Võnkumiste energia. Et võnkuv keha on liikumises, saame arvutada tema kiiruse ja kiirenduse, diferentseerides võnkumiste võrrandit aja järgi. Nii saame:
Näeme, et kiirus ja kiirendus muutuvad sama seaduspärasuse järgi, ennetades hälvet faasis vastavalt veerand perioodi () ning poole perioodi () võrra. Seega on võnkuva keha kiirus maksimaalne hetkel, kui hälve on null, kiirendus aga maksimaalse hälbe momendil .
Keha energia leiame kineetilise ja potentsiaalse energia summana. Meie näites on potentsiaalseks energiaks elastsusjõu energia ning
on faas.
Arvestades, et , saame
Sama tulemuse saame, leides kineetilise või potentsiaalse energia maksimaalväärtuse vastavalt tasakaaluasendis ning maksimaalse hälbe momendil.

Sumbuvvõngete difvõrrand ja selle lahendamine –

Takistav jõud. Et kirjeldada reaalseid võnkeprotsesse, tuleb liikumisvõrrandisse viia liige, mis väljendaks võnkumist takistavat jõudu. Selle liikme kirjapanekul arvestame, et

takistav jõud mõjub ainult liikuvale kehale;

jõud takistab liikumist, st. mõjub liikumise vastassuunas;

jõud on dissipatiivne, st. vähendab süsteemi energiat.
Meie poolt õpitutest kõlbavad seega hõõrde- ja takistusjõud. Matemaatiliselt lihtsam on kasutada väikestel kiirustel kehtivat keskkonnatakistust (sisehõõrdejõudu):
kus on takistustegur ja võnkuva keha kiirus.
Lisades selle vabavõngete võrrandile, saame:
Asendades kiiruse ja kiirenduse tuletistega ning viies nad teisele poole võrdusmärki, saamegi sumbuvvõngete võrrandi:
Matemaatikute jaoks on see lineaarne homogeenne II järku diferentsiaalvõrrand, mille lahendi saab avaldada sama astme polünoomi, nn. karakteristliku võrrandi
juurte
kaudu.
Diferentsiaalvõrrandi lahendi tüüp sõltub nüüd juurte tüübist:

Kui need on reaalarvud (st. ruutjuure alune avaldis on positiivne), on otsitavaks funktsiooniks (üldlahendiks) eksponentfunktsioon:

millele vastab hääbuv liikumine.

Negatiivne juurealune avaldis viib kompleksarvuliste juurte juurde:

kus on reaal - ja imaginaarosa.
Üldlahendiks on nüüd
mis sisaldab üheaegselt nii hääbuvat kui perioodilidelt muutuvat osa.

Lihtsaimat lahendit

kus ja omavad ülaltoodud tähendust, nimetame sumbuvateks võnkumisteks ja neid võib ligikaudselt vaadelda kui eksponentsiaalselt kahaneva amplituudiga harmoonilisi võnkumisi.
Seda, et toodud valem lähtevõrrandit rahuldab , saab igaüks kontrollida, võttes temast I ja II järku tuletised ning asendades need lähtevõrrandisse.

Suurusi ja nim. vastavalt sumbuvate võnkumiste sumbuvusteguriks ja omasageduseks.
Võttes arvesse, et oli meie süsteemi vabavõngete sagedus e. süsteemi omavõnkesagedus, võime sumbuvate võngete sageduse avaldada kujul:
Loomulikult kehtib see valem vaid juhul, kui . Vastasel korral on meil karakteristliku võrrandi dekrement (juurealune avaldis lahendi valemis) positiivne ning võnkuv lahend puudub.
Veel märgime, et sumbuvvõngete omavõnkeperiood on seda suurem, mida suurem on sumbuvustegur. Piirjuhul ehk muutub liikumine aperioodiliseks (st. mitteperioodiliseks).

Elektrivõnkumiste difvõrrandi koostamine –

Kujutame ette, et juhtivas keskkonnas (näiteks traadijupis) on tekitatud laengute polarisatsioon, mistõttu juhtme üks ots onlaetud positiivselt, teine aga negatiivselt. Selle tulemusel on juhis elektrivälja tugevus nullist erinev, mistõttu tekib laengute liikumine - elektrivool. Et voolga kaasneb magnetväli, mis muutudes kutsub omakorda esile induktsiooni elektromotoorjõu, mõjub juhis liikuvale laengule kaks vastassuunalist jõudu, millest üks (elektriväli) püüab suurendada laengute liikumiskiirust (voolutugevust), teine ( eneseinduktsiooni EMJ) aga takistab seda.
Pilt on analoogiline masspunkti liikumisega jõuväljas, kus väline jõud kiirendab punkti liikumist, inertsijõud aga takistab seda.
Elektriskeemidel kujutatakse seda tavaliselt nn. võnkeringina, mis koosneb induktiivsusest ning mahtuvusest .
Loomulikult on igal juhil nii mahtuvus (väljendab potentsiaali muutust laengu lisamisel) kui ka induktiivsus (väljendab eneseinduktsiooni elektromotoorjõudu voolutugevuse muutmisel), tähised on vajalikud nende omaduste fikseerimiseks.
Et kirja panna valemeid, mis kirjeldaksid laengute liikumist, alustame Kirchoff'i II reeglist. Kuna tegu on ühe ringiga , tuleb ka üks valem:
Asendades siia ning jagades mõlemaid pooli -ga, saame
mille lahendiks on vabavõngete võrrand
milles on võnkeringi omavõnkesagedus.
Füüsikaline sisu: kondensaatori tühjenemisel kasvab voolutugevus koos laengu vähenemisega ning saavutab maksimaalväärtuse hetkel, kus laeng on null ja elektriväli juhis puudub. Samaks hetkeks omandab maksimaalse tugevuse ka juhet ümbritsev magnetväli . Pinge kondensaatoril on nüüd null, samuti võrdub nulliga ka elektriväli. Vool juhtmes aga ei katke , kuna nõrgenev magnetväli tekitab omakorda indutseeritud elektrivälja, mis, sundides laenguid liikumist jätkama, laeb kondensaatori uuesti - seekord aga vastasmärgiliselt. Laadimisvool lakkab alles siis, kui kondensaatori elektriväli peatab laengute liikumise juhtmes. Edasi kordub kõik uuesti, kuid ümberpööratud polaarsusega.
Märgiprobleemist. Pinge kondensaatoril , genereerides voolu suunaga plussilt miinusele, tekitab vastassuunalise induktsiooni EMJ . Et laengule mõjuvad nad üheaegselt, peaks summaarne pinge juhtmes võrduma ehk , mis erineb Kirchoffi reeglist saadud valemist .
Märgiviga tekib kondensaatori juures: me ei arvestanud voolu suunaga. Pinge kondensaatoril on küll suunatud plussilt miinusele, aga vool vooluringis kulgeb piki juhtmeid , mitte aga "otse". Kui joonistada voolu suund "üle kondensaatori" (vt. joonis), näeme, et see läheb miinuselt plussile.
Seega vastaks meie skeemile pingelang , mis "neutraliseerib" miinusmärgi.
Pinge (potentsiaalide vahe) märk on üldse üks salakaval asi. Märgi valikul tuleb alati vaadata, kas pinge muutus suurendab või vähendab kondensaatori energiat.
Meie juhul energia vähenes, järelikult pidi pingelangu märk olema negatiivne. Pärast seda, kui kondensaator oli tühjenenud ja algas uus laadimine , pingelangu märk muutus. Et aga samast momendist alates voolutugevus mitte enam ei kasva, vaid kahaneb, muutub ka elektromotoorjõu märk ning märgid tasakaaluvõrrandis jäävad samaks.
Loeng 15
Sundvõngete difvõrrandi lahendamine faasidiagrammina –
Liikumisvõrrand harmooniliselt muutuva jõu korral. Olgu meil võnkumisvõimeline süsteem, mille liikumist kirjeldab diferentsiaalvõrrand
Nagu eelmises loengus leidsime , on selle võrrandi lahendiks eksponentsiaalselt kahaneva amplituudiga võnkumised
kus
( on sagedus, millega võnguks süsteem takistava jõu puudumisel. Et tegu on süsteemi olulise parameetriga, nimetame teda edaspidi süsteemi omasageduseks.)
Vaatleme juhtu, kus sellele süsteemile mõjub harmooniliselt muutuv jõud Süsteemi liikumist kirjeldab nüüd mittehomogeenne teist järku diferentsiaalvõrrand
Muidugi on ka selliste võrrandite lahendamiseks terve teooria, meie katsume lihtsamalt läbi ajada.
Sundvõnked. Oletame, et süsteem hakkab võnkuma sundiva jõu sagedusega ning selle võnkumise amplituudi ja algfaasi määravad sundiva jõu amplituud ning võnkuva süsteemi parameetrid: omasagedus ja sumbuvustegur
Püüame leida konstandid ja . Teeme seda vanaviisi: võtame tuletised
saame
Grupeerime vasaku poole liikmeti:
Joonistame nüüd sellele vastava faasidiagrammi ning kasutades Pythagorase teoreemi saame

Lahendi parameetrite (amplituud, faasinihe) leidmine:

millest leiame sundvõngete amplituudi
Faasinihke sundiva jõu suhtes leiame tangensist
Näeme, et nii faasinihe kui amplituud sõltuvad sundiva jõu sageduse ning süsteemi omasageduse vahest. Kui see on null, on faasinihe ning amplituud maksimaalne:
Väikese sumbuvusteguri korral võib omandada küllalt suure väärtuse. Seda olekut nimetatakse resonantsiks.
Sundvõngete faasidiagramm:
siinusfunktsiooni kordaja on y -teljel, koosinusliikme oma x -teljel. Et lahend vastaks lähtevõrrandile, peab nende summa olema võrdne sundiva jõuga.

Vahelduvvoolu võimsuse valem (tuletusega) –

Võimsus vahelduvvooluahelas. Et vahelduvvool kõigele vaatamata teeb ka tööd, tuleks leida valem selle töö - täpsemalt küll võimsuse - hindamiseks. Tavaline Joule-Lenz'i valem meid ei rahulda, kuna ei arvesta reaktiivvõimsustel (näiteks mootor või trafo) tehtavat tööd.
Et leida võimsust, peame ahelale rakendatud elektromotoorjõu (võrgupinge) korrutama voolutugevusega, arvestades faasinihet:
Rakendades trigonomeetriast summa siinuse valemit, saame
Saime ajas muutuva suuruse, mis väljendab hetkvõimsust ajamomendil ja millega pole suurt peale hakata.
Keskmise võimsuse leidmiseks integreerime saadud avaldist ühe perioodi vältel ning jagame siis perioodi väärtusega:
Teine integraal on vastavalt perioodi definitsioonile võrdne nulliga. Esimesest saame:
kuna , millest siinus annab jällegi nulli.
Seega erineb vahelduvvooluahela keskmine võimsus alalisvoolu ahela omast teguri võrra. Seda faasinihkest sõltuvat tegurit nimetataksegi võimsusteguriks. Võimsus on seega maksimaalne, kui faasinihe on null.
Loeng 16
Laine diferentsiaalvõrrand: tuletuskäik –
Laine diferentsiaalvõrrand. Kuna harmoonilised võnked olid kindlat tüüpi diferentsiaalvõrrandi lahendiks, võime küsida, millise võrrandi lahendiks on laine.
Võtame lainevõrrandist osatuletised koordinaatide järgi ja liidame kokku. Et
siis
Analoogiliselt saame
Pärast liitmist saame
ehk

kus
on Laplace'i operaator (vt. vektoranalüüs!) ja lainearvu vektori moodul.
Meelde jätta! Tähis ei märgi siin suuruse l muutu, vaid tähistab Laplace'i diferentsiaaloperaatorit.
Võrreldes saadut lainevõrrandi teist järku tuletisega aja järgi
näeme, et
ehk
mis ongi laine diferentsiaalvõrrand.
Laine energia ja energiavoog (tuletusega) –
Laine energia. Konstantse amplituudiga lainetusest haaratud ühtlase keskkonna koguenergia võrdub kõigi võnkuvate osakeste energiate summaga. Et ühe võnkuva osakese energia avaldub kujul , siis tuleb kõigi ruumalas asuvate osakeste koguenergia just nii palju suurem, kuivõrd on selles ruumalas olevate osakeste kogumass suurem ühe osakese massist:
kus on aine tihedus. Võime arvutada ka energiatiheduse laines, jagades koguenergia koguruumalaga:

Energiavoog laines. Et lainetus levib, kaasneb tema liikumisega ka energia levik. Analoogselt vee vooluhulgale läbi vooluga risti oleva pinna
võime defineerida laine energiavoo tiheduse
Energiavoo läbi suvalise pinna saame nüüd leida integraaliga

Doppleri efekt: seletus ja valemi tuletus –

laine sageduse muutust allika-vastuvõtja omavahelise liikumise tõttu - nimetataksegi Doppleri efektiks .
Doppleri efekt - ringlained liikuva punktallika korral.
Oletame, et laineallikas (võnkuv keha, ostsillaator) läheneb meile kiirusega . Sel juhul on lainevõrrandis
olev suurus (allika kaugus) sõltuv ajast. Ühtlase liikumise korral ja lainevõrrandi faasiosa
kus
on uus, esialgsest suurem sagedus, mis hästi sobib praktikast tuntud "kõrgema tooniga".
Valem töötab ka vektorkujul, st kui allikas liigub laine levimissuunaga suvalise nurga all. Faasiliikme ruumiline (vektor) komponent tuleb siis:
millest lähtudes saame uue sageduse
kus on nurk liikumissuuna ja laine levikusuuna vahel ning kiirusvektori projektsioon laine levimissuunale.
Valemi selline kirjutusviis kontrollib ka parandi märki:
 läheneva allika korral () on positiivne (sagedus suureneb),
 kaugeneva allika korral ( ) on negatiivne (sagedus väheneb).
Nii kujuneb nurk lainevektori ja liikumissuuna vahel.

Lainete liitumine (interferentsivalemi tuletus) –

Lainete liitmine . Alustame jällegi lihtsaimast juhtumist, kus liituvate lainete sagedused on võrdsed. Et lained levivad ühes ja samas keskkonnas, on sama ka levimiskiirus ning seega ka lainearv. Erinevaiks jäävad amplituudid ja loomulikult kaugused laineallikast.
Liitlaine võrrandi saame, kui liidame keskkonna mingi punkti hälbed tasakaaluasendist () mingil ajahetkel .
Suurusi vaatleme kui algfaase ning kasutades liitvõnkumiste amplituudide reeglit, saame vastuvõtja poolt registreeritavaks võnkeamplituudiks
Kui tegemist on punktallikate poolt tekitatavate keralainetega, saab valemis olevale faasitegurile saab anda lihtsama kuju. Sel juhul langeb lainevektori siht ühte kohavektorite suundadega ning skalaarkorrutised saab asendada lihtkorrutistega:
Interferentsivalemid. Siit on juba lihtne saada tingimused maksimumide ja miinimumide jaoks:
Maksimum:
Miinimum:
Neid reegleid tuntakse interferentsivalemite nime all. Suurust, mille võrra erinevad samasse punkti saabuvate lainete poolt läbitud teepikkused, nimetatakse lainete käiguvaheks .
Käiguvahe.
Sama kiirusega levivate lainete liitumisel tekkivat võnkumiste ruumjaotust nimetatakse seisevlaineks.
17.
Optika neli põhiseadust.
Fermat ' printsiip.
Huygens'i printsiip.
Optilise süsteemi suurendus ja valgusjõud.
Optika neli põhiseadust:
1.Valgus levib sirgjooneliselt.
2.Valguskiired on sõltumatud: iga kiir levib ruumis nii, nagu poleks teisi olemas.
3.Valguse peegeldumisel tasaselt pinnalt on langev kiir, peegeldunud kiir ja langemispunkti tõmmatud pinnanormaal ühes tasandis. Langemisnurk võrdub peegeldumisnurgaga.
4.Valguse üleminekul ühest keskkonnast teise kiir murdub (muudab suunda), kusjuures langev kiir, murdunud kiir ja langemispunkti tõmmatud pinnanormaal on ühes tasandis. Langemisnurga ja murdumisnurga siinuste suhe on antud keskkondade paari jaoks konstantne suurus ega sõltu langemisnurgast .
Fermat' printsiip:
Valguse kiirus keskkonnas on pöördvõrdeline keskkonna optilise tihedusega; levides punktist punkti valib valgus tee, mille läbimiseks kulunud aeg on minimaalne.
Fermat' printsiip peegeldumisel:
kõigist teedest punktide A ja B vahel on lühim see, kus langemisnurk on võrdne peegeldumisnurgaga .
Huygens'i printsiip:
Laine levimisel on iga lainefrondi punkt laineallikaks; lainefrondi mistahes järgneval ajamomendil saame leida neist punktidest väljuvate keralainete mähispinnana.
Huygens'i printsiip:
lainefrondi A kõigist punktidest väljuvad keralained tekitavad paralleelse lainefrondi B.
Suurendus on mõistetav kaheti:
1)kujutise lineaarmõõtmete suhet objekti mõõtmetesse nim. joonsuurenduseks,
2)kujutise ja objekti vaatenurkade suhet aga nurksuurenduseks ehk lihtsalt suurenduseks.
Joonsuurendus .
A - ese, K - kujutis, L - lääts
Süsteemi valgusjõud näitab, kuimitu korda on kujutise pind heledam objekti omast. Ta on võrdeline süsteemi suhtelise ava ruuduga.
Valgusjõud iseloomustab kujutise valgustatust objektiga võrreldes. Selle leidmiseks võrdleme objekti heledust kujutise heledusega . Lihtsuse mõttes võtame objektiks mati pinna, mis kiirgab ühtlaselt tema kohale jäävasse ruuminurka .
Olgu objekti pinna suurus , siis jõuab tema kiirgusest () objektini vaid see osa, mis vastab objektiivi pindalale (objektilt vaadatuna)
kus on objektiivi raadius ja objekti kaugus objektiivist. Optiline süsteem annab sellest kujutise pindalaga ning heledusega , kusjuures peab olema võrdne eseme poolt objektiivile kiiratud valgusega:
Kujutise ja objekti heleduste suhteks saame seega
18.
Samakalde interferents tekib, kui paralleelne kiirtekimp (päikesevalgus) langeb tasaparalleelsele plaadile (jääkiht veelombi pinnal). Siis näeme korraga kaht kiirt : ühte, mis peegeldub (jää)kihi ülemiselt ja teist, mis peegeldub alumiselt pinnalt. Kuna teise kiire tee on pikem, hilineb ta faasis
võrra. Arvestades, et optiliselt tihedamas keskkonnas kasvab "optiline tee pikkus" korda ( on murdumisnäitaja), saame käiguvaheks
Et murdumisseaduse järgi on , tuleb (pärast paari algebralist teisendust)
Niisiis: kui , võimendavad kiired teineteist ning pind tundub heledana. Et väärtus sõltub vaatenurgast (kiire kaldest) nimetataksegi nähtust samakalde interferentsiks. Nurgad, millele vastab maksimum, saame valemist , kus on täisarv. Seega
ehk
Nii on näiteks peaks ühe millimeetri paksuse klaasplaadi korral olema 30-kraadise nurga all näha 4714. maksimum, 4715.maksimum aga asub 3.7 kaareminuti võrra madalamal. Kas proovime?
Samakalde interferents.
Tasaparalleelse kihi kahelt küljelt peegeldunud kiirte vahel tekib faasinihe, mis sõltub langemisnurgast.
Samapaksuse interferents tekib juhul, kui vaatame muutuva paksusega kihti mingi kindla nurga all. Lähtevalemiks võib olla eelmise punkti (samakalde) valem, ainult et nüüd on muutujaks mitte , vaid . Maksimume näeme nüüd vaadeldava kihi neis piirkondades, kus
Siit tuleb õige lihtne tingimus -
Samapaksusribasid oleme kõik näinud, vaadates veepinnal laialivalguvat õlikilet. Vikerkaarevärvilised laigud õli pinnal pole midagi muud, kui kohad, kus nähtavale värvile vastavas lainepikkuses on interferentsimaksimum. Ribade suhteliselt suur laius tuleneb asjaolust, et õlikile on väga õhuke - tema paksus on tõepoolest mikroni suurusjärgus. Seetõttu on ka paksuse kõikumised väikesed ja sama käiguvahe esineb suhteliselt suurtel pindadel.
Ka ülalmainitud Newtoni rõngad on samapaksusribad . Läätse toetuspinnaga risti vaadates näeme korraga kahte kiirt - üht, mis peegeldub alusplaadilt, ja teist, mis peegeldub läätse alumiselt pinnalt. Õhukihi paksus sõltub tsentri kaugusest:
kus on läätse kõverusraadius ja kaugus tsentrist ehk miinimumi korral vastava Newtoni rõnga raadius.
Tingimus lubab meil arvutada rõngaste raadiused läätse kõverusraadiuse funktsioonina:
Samapaksuse interferents Newtoni rõngad kui samapaksusribad.
Fresnel'i meetod: Cornu' spiraal kui faasivektorite summa.
Fresnel'i meetod: " tsoonide " tekitamine Cornu' spiraalist.
Fraunhoferi difraktsioon pilult (valemi tuletus Fresnel'i tsoonidega):
Fraunhoferi difraktsioon. Kõige efektsemalt töötab tsoonide meetod kitsa pilu taga tekkiva kiirgusvälja korral. Pilu taga tekkivat lainet võib sel juhul vaadelda silinderlainena; et difraktsiooniribad on kitsad , võime piisavalt suurel kaugusel silinderpinna kõverust ühe riba piirkonnas mitte arvestada. Saame intensiivsuse sõltuvuse nurgast, mille vaadeldav suund moodustab pilule langeva valguse suunaga.
Esimesel joonisel näidatud suunas (nurk ) on pilu tagumisest servast tuleva kiire poolt läbitud tee võrra pikem esimesest servast tuleva kiire omaga võrreldes.
Olgu see antud näites .
Pilu jaguneb nüüd neljaks võrdse laiusega tsooniks, millelt tulevate lainete summaarsed amplituudid on võrdsed. Et kaks neist on pluss-, kaks aga miinustsoonid, tuleb kiirguse summaarne amplituud null ning pilu paistab sellest suunast vaadates tumedana.
Teisel joonisel (nurk ) " mahub pilusse" kolm tsooni - seetõttu on summaarne amplituud nullist erinev ja pilu paistab heledana.
Seega on pilu läbinud kiirguse maksimumide tingimus ( - pilu laius):
Fraunhofer'i difraktsioon pilult.

pilusse mahub 3 tsooni - pilu paistab heledana

pilusse mahub 4 tsooni - pilu paistab tumedana.
Bragg 'i valem (põhjendus joonisega).Kujutleme, et vaatame kristalli "servalt". Et aatomid paiknevad korrapäraselt, on teatud nurkade all vaadates näha "kiht" - kõik aatomid paistavad olevat ühes tasandis. Sõltuvalt kristalli omadustest on selliseid nurki, mille all kristall kihtide vahelt läbi paistab, üsna palju. Juba lihtsaima kuubilise võre korral saab joonistada hulga tasandeid. Kujutame nüüd, et tasalaine langeb sellisele kihile mingi nurga all. Kui teha oletus, et laine peegeldub aatomkihilt, saame maksimumide tingimuseks
See on eksperimentaalfüüsikas hästituntud Wulff-Bragg'i valem.
Bragg'i valem - "peegeldumine aatomtasanditelt"
19.
Kiirguse nõrgenemine neeldumisel või hajumisel (Bouger' seadus).
Kirchoff'i seadus.
Musta keha kogukiirgus - Stefan- Boltzmann 'i seadus.
Musta keha kiirgusmaksimumi lainepikkus - Wien 'i nihkeseadus.
Planck 'i valem (tuletusega).
Einsteini fotoefekti valem.
Valguse intensiivsuse kahanemine eksponentfunktsiooni järgi on tuntud Bouger' neeldumisseaduse nime all.
kus kannab neeldumisteguri nime. Kokku saime nn. Bouguer' (loe: buzee) seaduse, mis kirjeldab valguse nõrgenemist neelavas keskkonnas. Näeme, et neeldumistegur sõltub vahest ja on maksimaalne resonantsipiirkonnas .
Kirchoff'i seadus.
Kiirgamisvõime ja neelamisvõime suhe on kõigil kehadel sama, keha ja tema pinna omadustest sõltumatu funktsioon, mis sõltub ainult temperatuurist ja sagedusest.
Stefani -Boltzmanni seadus: absoluutselt musta keha kogukiirgamisvõime on võrdeline tema absoluutse temperatuuri neljanda astmega.
Matemaatilisel kujul: ,
kus
on absoluutselt musta keha kogukiirgamisvõime; T-selle keha absoluutne temperatuur; -võrdetegur, mida nimetatakse Stefani - Boltzmanni konstandiks.
Wien’i seadus: absoluutselt musta keha kogukiirgamisvõime maksimumile vastav kiirguse lainepikkus on pöördvõrdeline keha absoluutse temperatuuriga.
Matemaatiliselt: ,
kus
on kiirguse lainepikkus, mille korral absoluutselt musta keha kogukiirgamisvõime saavutab maksimumi ; b- Wieni konstant.
Planck'i valem. Aastal 1900 näitas saksa füüsik M. Planck, et eksperimentaalset spektrit kirjeldab Wieni valemist märksa täpsemini seos
mis on matemaatiliselt samaväärne Maxwelli jaotusega energiate järgi eeldusel , et kiirgusvoog koosneb jagamatutest energiakvantidest, mille energia on võrdeline sagedusega:
kus konstant Js. Konstanti () nimetamegi tänapäeval Planck'i konstandiks.
Plancki valemit illustreerime joonisega 1, millel on näidatud
sõltuvus lainepikkusest
ja temperatuurist T graafiliselt. Temperatuuri suurenemisel kiirgamisvõime kasvab, kusjuures kiirguse koostis lainepikkuse järgi muutub: väikestel temperatuuridel on kiirgus peamiselt pikalaineline ehk infrapunane ); temperatuuri tõusul lisandub kiirguse nähtav osa ( m ja
m on valguse piirlainepikkused violetses ja punases osas) ja ka ultravioletne komponent (lainepikkus on siis väike: ).
Joon.1. Absoluutselt musta keha kiirgamisvõime sõltuvus lainepikkusest ja temperatuurist.
Planck'i valemi tuletus (tõestus). Eeldused:

Vibraatori energia sagedusel saab muutuda vaid korda, kus on täisarv.

Vibraatori oleku tõenäosus sõltub tema energiast vastavalt Boltzmanni valemile:
kus on põhiolekus olevate vibraatorite arv.

Antud sagedusel kiiratav energia on võrdne seda sagedust omavate vibraatorite koguenergiaga.
Arvutame vibraaatori keskmise energia:
Taandame ning tähistame . Kõik kõrgemad astmed asenduvad nüüd astmetega:
Ja nüüd tuleb matemaatiline fookus. Arvutame avaldise:
mis lõpmatu rea korral võrdub lugejas oleva summaga !
Edasi käib lihtne algebra. Võrdusest saame
Pannes selle Rayleigh '-Jeans'i valemisse asendamaks ostsillaatori "termodünaamilist energiat" , saamegi Plancki valemi.
Einsteini fotoefekti valem.
Valemist lähtudes saab seda teha vaid kiirgus, mille kvandi energia (Plancki valemi järgi on see võrdeline sagedusega) on suurem elektroni potentsiaalsest energiast. Viimane on eri metallidel erinev ja seetõttu on erinev ka piirsagedus.
Kui pealelangeva valguse sagedus on väiksem (lainepikkus suurem) energiast , vabu elektrone ei teki. Kui energia on suurem, kehtib valem
See ongi Einsteini valem; konstant aga kannab väljumistöö nime.
20.
Vesiniku spekter ja üldistatud Balmeri valem.
Planetaarne mudel ja Bohr'i postulaadid.
Osakese lainepikkuse valem ja selle rakendus Bohr'i orbiitidele.
Määramatuse relatsioon ja Pauli keeld.
Üldistatud Balmeri valem. Aga esimene asi, mida tegid teoreetikud , oli üldistatud Balmeri valem. Nimelt märgati, et kui kirjutada Balmeri valem ümber sageduste jaoks (), saame Balmeri valemi asemel
Mis kõige põnevam - sellises formalismis tulid valemite kordajad kõigi seeriate jaoks ühesugused. Nii saadigi füüsika edasist arengut suuresti mõjutanud valem
Hz on nn. Rydberg'i konstant.
Vesiniku spektrijoonte omavahelist paigutust saab kirjeldada täisarvulist argumenti sisaldavate valemite abil.
Vesinikuaatom Sageduste näiliselt regulaarne paigutus lausa meelitas otsima valemeid atomaarse kiirguse sageduste arvutamiseks. Esimese sellise valemi leidis 1885. a. J. Balmer vesiniku optilise kiirguse tarbeks.
Et spektrijooned paiknesid geomeetrilist rida meenutava, lainepikkuse lühenemise suunas tiheneva jadana, sobis hästi valem
kus on kahest suurem täisarv (), nm aga empiiriline konstant. Valem kirjeldas ammendavalt kogu vesiniku spektrit, sama tüüpi seoseid õnnestus leida ka teiste ainete jaoks.
Pärast 1900 aastat läks moodi spektraalanalüüs väljaspool optilist piirkonda. 1906. a. avastas Lyman, et vesinik kiirgab ka ultravioletis, kusjuures joonte lainepikkused vastavad valemile
Infrapunases piirkonnas kehtis valem
- see sai avastaja järgi nimeks Pasheni seeria.
Järgnevatel aastatel lisandus veel kaks infrapunast seeriat ( ning 6) ja küllap oleks rida jätkunud, kui vahepeal teoreetikud suuri tegusid poleks teinud.
Balmeri seeria vesiniku spektri nähtavas osas.
a) kiirgusspektrina vesinikulambis;
b) neeldumisspektrina kinnistähe Veega (Lüüra alfa) spektris .
Bohri postulaadid:
Elektronid võivad aatomis liikuda ainult kindlatel statsionaarsetel orbiitidel. Sellisel orbiidil liikudes elektron ei kiirga.
Niisiis, statsionaarsel orbiidil elektron energiat ei kaota ja võib seal püsida igavesti. Edasi on lihtne: selleks, et aatom kiirgaks, peab elektron orbiiti vahetama.
Elektroni üleminekul suurema energiaga orbiidilt väiksema energiaga orbiidile aatom kiirgab kvandi, üleminekul väiksema energiaga orbiidilt suurema energiaga orbiidile aga neelab selle.
Lainehüpotees. 1923. a. avaldas Louis de Broglie ajakirja Comptes Rendus (lad. Aruanne, mõeldakse Prantsuse Akadeemia jooksvat aruannet, oli 19. saj. mandri-Euroopa tähtsaim teadusajakiri) oktoobrinumbris artikli "Fermat' printsiip mehaanikas ", kus tuli välja järgmise väitega:
Mehaanika vähima mõju printsiip on ekvivalentne Fermat' printsiibiga optikas, kui keha impulss asendada lainearvuga valemi abil.
Teiste sõnadega: omistades liikuvale osakesele lainepikkuse
Seega arvutuslikku tüüpi lihtsustus. Kui rakendada seda kinnisel orbiidil liikuvale elektronile, saame "seisva laine tingimuse" . Ainult sellise orbiidi korral on osake "nullist erinev", ülejäänud juhtudel temale vastav laine kustutab iseenda interferentsi käigus.
Et asjasse selgust tuua, arvutame Bohri valemitest elektroni impulsi ja võrdleme sellele vastavat lainepikkust orbiidi pikkusega .
Lähtume valemeist
Lähtudes impulsist saame lainepikkuseks
Orbiidi pikkus on
Niisiis vastab esimesele Bohri orbiidile üks, teisele kaks, jne lainepikkust. Lainepikkus ise kasvab vastavalt impulsi, seega elektroni orbitaalkiiruse vähenemisele. Et energia on võrdeline sagedusega (pöördvõrdeline lainepikkusega), väheneb samal ajal "energianivoode vaheline kaugus". Kõik täpselt nii, nagu vaja.
Bohr'i aatomimudeli statsionaarsed orbiidid, joonistatuna seisevlainete kujul.
Määramatuse relatsioon. Elektronile lainepikkuse omistamine ja tema asukoha sidumine seisevlaine maksimumidega tähendab, et asukoht on määratav lainepikkuse täpsuseni. Samasuguse tõlgenduse võib anda ka Planck'i energiakvandile: ülekantav energiahulk määrab minimaalse ajavahemiku (perioodi), mille vältel on ülekanne võimalik.
1927. aastal andis saksa füüsik Werner Heisenberg neile valemitele kuju, mis on tänapäeval tuntud määramatuse relatsiooni nime all:
Suurusi , , ja võib käsitleda kui tavalisi mõõtmisvigu. Määramatuse printsiip ütleb, et teatud väikesed vead on loodusseadustesse "sisse kirjutatud", nad on omaette loodusseadus. Filosoofilistes tõlgendustes räägitaksegi tavaliselt "mõõtmistäpsusest". Tavaväide on järgmine: mida täpsemalt püüame määrata impulssi (energiat), seda ebatäpsemaks muutub asukoht (aeg).
Aatomis ei saa olla kaht elektroni, millel oleks samasugune kvantarvude nelik (Pauli keeluprintsiip).
Radioaktiivse lagunemise seadus. Radioaktiivsuse teooria on loodud põhiliselt inglise füüsiku E. Rutherfordi poolt. Asunud 1898 . a. Montreali Ülikooli füüsikaprofessori kohale, ühendas ta prantsuse avastused inglise rahade ja tehnoloogiaga.
Üheks esimeseks tulemuseks oligi radioaktiivse lagunemise seaduse avastamine (1902, koos F. Soddy'ga):
Valemi olemus on lihtne: kuna kiirgus tekib tuumade lagunemisel, peab tema intensiivsus (ajaühikus lagunevate tuumade arv) olema võrdeline tuumade koguarvuga. Seetõttu väheneb tuumade koguarv iseendaga võrdeliselt:
kus on võrdetegur (nimetatakse radioaktiivse lagunemise konstandiks), märk miinus aga näitab kahanemist ajas. Nagu mäletame, viib selline difvõrrand alati eksponentfunktsioonile.
Nagu võngete sumbumisel, saab ka siin anda eksponentsiaalse konstandi asemel märksa arusaadavama suuruse - poolestusaja (ka pooliga) - ajavahemiku, mille jooksul radioaktiivse aine tuumade arv väheneb pooleni esialgsest:
Radioaktiivne kiirgus ise koosneb vähemalt kolmest eri tüüpi kiirgusest. Magnet- või elektriväljas jaguneb kiir kolmeks: üks, positiivsele laengule vastav osakeste voog kannab -kiirguse, teine (negatiivne laeng) -kiirguse ning kolmas, väljade mõjule mitte alluv -kiirguse nime. Rutherfordil õnnestus kindlaks teha, et alfakiirtest tekib heelium ; beetaosakeste korda väiksem mass (täpsemalt erilaeng ) näitas, et tegu on elektronidega. Gammakiirte olemus jäi esialgu lahtiseks.
Heeliumi eraldumine uraani (või raadiumi) kiirgusel viib mõttele aatomituuma lagunemisest. Seega pole ka aatomituum "algosake", vaid koosneb väiksematest elementaarosakestest.
Tuumarelv. 30- datel aastatel arvati, et see võimalus ongi rohkem teoreetilist laadi . Tehislikke tuumareaktsioone osati küll läbi viia, aga need nõudsid spetsaparatuuri ning üksikute liitumiste-lõhustumiste energiatoodang polnud ligilähedanegi kiirendites kulutatud energiale.
Appi tuli juhus : kiiritades neutronitega uraani (eesmärk oli kunstlikult tekitada uraanist raskemaid elemente) märkas E. Fermi , et tekkinud tuumad lagunevad iseenesest, kiirates välja uusi neutroneid. See andis idee: kui uraanitükk on küllalt suur (et neutron leiaks enne uraanist väljumist mõne teise tuuma), võis tekkida ahelreaktsioon. Asja asuti uurima , kuid vahele tuli jällegi sõda.
Teisest Maailmasõjast oleme kõik palju lugenud. Teame, et Hitleril oli pärast Stalingradi kaotust kombeks aeg-ajalt kuulutada uue imerelva loomisest. Kuna üks aatomiuurijaist, Otto Hahn, oli jäänud Saksamaale, tekkis füüsikutes kahtlus, et Hitler mõtleb aatomipommist. Soov maailma päästa viis vastupidisele tulemusele: kogu maailma füüsikute survel asus USA looma tuumapommi, mida 1945. a. ka Jaapani vastu kasutati.
Pärast seda algas kogu maailmas võidurelvastumise periood. Sõjas võidu saavutanud liitlased USA, Suurbritannia ja Nõukogude Liit arendasid intensiivselt tuumatehnoloogiat, suunates selleks kolossaalseid rahalisi ja majanduslikke vahendeid. Vähem kui 20 aastaga loodi lisaks olemasolevale aatomipommile (võimsus 20 - 100 kilotonni trotüüliekvivalendis) nii vesinikupomm (1 - 10 megatonni) kui kolmekihiline termotuumapomm (kuni gigatonnini ulatuva võimsusega). Tuumarelva tootmiseks vajaliku plutooniumi valmistamiseks loodi hulganisti nn. paljundavaid reaktoreid, kus lisaks uraan -235 lagunemisele toimub uraan-238 muundumine plutooniumiks. Et viimaste jahutamisel vabaneb energia, on need enamikus arvel "elektrijaamadena".
Tuumatehnoloogia kujutab endast ulatuslikku kompleksi alates maagi kaevandamisest ja rikastamisest (Sillamäe!) kuni jäätmete utiliseerimiseni. Praegu kasutatakse tuumakütust ka puht-energeetilistel eesmärkidel (tuumaallveelaevad, -jäälõhkujad, elektrijaamad tugeva reostuskoormusega tööstusrajoonides).
Põhimõtteliselt on tuumajaam täiesti puhas, tema töötamisel ei eraldu mingeid jäätmeid ja tema kütusega varustamine on tunduvalt lihtsam kui näiteks soojusjaamades. Keskkonnaohtlikkus on seotud põhiliselt avariiohuga, mida tavaliselt alahinnatakse. Kui täpselt jälgida ekspluatatsiooninõudeid, on tuumajaam (mitte aga plutooniumivabrik!) suhteliselt ohutu ja keskkonnasõbralik ettevõte.
Kiirguskaitse. Radioaktiivse kiirguse eest kaitsmiseks on kolm võimalust:

Kiirguse ekraneerimine: inimene eraldatakse kiirgusallikast kiirgust tugevasti neelava kaitsekihiga. Jämedas joones võib öelda, et kiirgust nõrgendav toime on võrdeline kaitsekihi kogutihedusega: kergemat ainet tuleb võtta paksem kiht, kui raskema aine korral. Heaks kaitsekihiks on rasketest metallidest (tavaliselt pliist) ekraanid; läbipaistvad aknad tehakse kuni 50% pliioksiide sisaldavast flintklaasist.

Ravimid. Kui kiirgusoht on reaalne või on tekkinud kahtlus ohtliku doosi saamise võimaluse suhtes, tuleb tarvitada kiiritustõve arengut pärssivaid medikamente. Levinuimaks kiiritusravimiks on joodi sisaldavad tabletid; nende toime seisneb organismi koguneva radioaktiivse joodi väljaviimises tavalise ainevahetuse teel. Kui joodi on ülehulgas, algab selle eritumine, mille käigus radioaktiivne jood asendub tablettidest saadava ohutu isotoobiga.
Üldiselt tuleb meeles pidada, et inimese meeleelundid ja organismi kaitsesüsteem on tundetu - seega ka kaitsetu - radioaktiivse kiirguse suhtes. Et tänapäeva tehnoloogilise progressiga kaasneb ka kiirgusoht, tuleb kõikjal jälgida keskkonna radioaktiivse fooni taset ning olla valmis tegutsema reaalse ohu olukorras. Õnneks on kiirgust registreeriv aparatuur suhteliselt lihtne ja odav; seda enam tuleb asjaga tegelda ning vastavaid teadmisi levitada.
Ohtlikus olukorras ei tohi lubada vähimatki viivitust: kiirguse suhtes on kõige ohtlikumad just avariile järgnevad esimesed tunnid ja päevad.
Kiirguskaitse põhigraafikud:

kiirguse kahanemine ajas (istu keldris ja ole kuss!);

kiirguse nõrgenemine ekraneerivas kaitsekihis (mida sügavamal, seda parem!)
Mõõteriistadeks on radiomeetrid (mõõdavad kiirguse intensiivsust) ja dosimeetrid (mõõdavad neeldumisdoosi). Radiomeetri abil määratakse keskkonna kiirgustase - see näitab, kas antud kohas viibimine on ohutu, lubatav või ohtlik. Et tuumaseadmetega töötamisel kaasneb paratamatult ka kiirgusoht, peavad sealsed inimesed olema pideva järelvalve all. Järelvalvet ongi kõige parem teha kaasaskantavate dosimeetrite abil, mille näitu regulaarselt võrreldakse kehtivate kiiritusnormidega.
Neutroni ebastabiilsus . Selles, et liig väikese neutronite arvuga tuumad iseeneslikult lagunevad, on süüdi tuumajõudude küllastatus. Miks aga lagunevad tuumad, mille massiarv ületab laengu rohkem kui kahekordelt? Näiteks on kergetest tuumadest ebastabiilsed nii triitium () kui heelium-5 (); mõlematel esineb beetalagunemine.
Põhjuseks on neutroni enda ebastabiilsus - vabas olekus laguneb see osake poolestuseaga umbes 12 minutit:
Viimast osakest nimetatakse neutriinoks ("väike neutron", W. Pauli, 1930).
Kummalisel kombel tuuma koostises olev neutron ei lagune - ilmselt mõjub talle prootonite elektriväli. Siiski, iga prooton suudab hoida lagunemast mitte üle 1.6 neutroni - nii näitavad stabiilsete tuumade massiarvud.
Nagu näeme, on füüsikud suutnud luua teooria, mis seletab kaunis hästi nii tuumade koostist kui ka radioaktiivsust.
Tuum muutub ebastabiilseks, kui temas on liig palju prootoneid - elektrijõud osutuvad siis tugevamaks tuumajõududeks ning ülearused prootonid heidetakse välja. Kergetel tuumadel toimub see otseselt (prootonkiirgus), raskematel kaudselt (-kiirgus). Kui aga prootoneid on vähe, toimub neutroni lagunemine ja tuum kiirgab välja elektroni (-kiirgus) ning nähtamatu neutriino . Kui selle käigus jääb tuumal energiat üle, kiiratakse see -kvandina, mõnikord vabaneb ka neutroneid.
Tuumade beetalagunemist põhjustab neutroni ebastabiilsus.
Neutroni lagunemine. Tekib prooton, elektron ja neutriino. Viimane on vajalik nn. leptonlaengu tasakaalustamiseks .
PROBLEEMID
Loeng 11.

Elektri- ja magnetvälja graafiline kujutamine: põhimõte ja järeldused.

Jõuväljade - nende hulgas ka elektrivälja "ülesjoonistamiseks" kasutatakse jõujooni ning samapotentsiaalipindu (nimetatakse ka ekvipotentsiaalipindadeks).
Jõujoon on kõver, mis on kõigis punktides paralleelne väljavektoriga. (Ehk: väljavektor on alati mingi jõujoone puutujaks.)
Kuna pidevas väljas paiknevad jõujooned lõpmata tihedalt (iga ruumipunkti läbib mingi jõujoon), pole kõiki neid võimalik joonisele kanda. Kokkuleppeliselt joonestatakse jõujooned nii, et nende tihedus oleks võrdeline väljatugevusega antud ruumiosas.
Samapotentsiaalipind on kinnine pind, mis ühendab sama potentsiaaliga väljapunkte.
Ka samapotentsiaalipinnad paiknevad lõpmata tihedalt (igal väljapunktil on mingi potentsiaal). Joonisele kantakse tavaliselt potentsiaali kindlatele "ümmargustele" väärtustele vastavad pinnad (tegelikult pindade lõikejooned mingi koordinaattasandiga).
Punktlaengu väljatugevus ja potentsiaal.
Mida tugevam on väli (tihedamalt jõujooned) seda kiiremini muutub potentsiaal (seda lähemal on üksteisele samapotentsiaalipinnad).
 Elektrivälja tugevuse ühikuks SI süsteemis on volt meetri kohta (V/m),
 potentsiaali ühikuks on volt (V).
Ühikud: (volt meetri kohta) (volt)
Elektrivälja kohta kehtivad kaks teoreemi:

Elektriväljad on sõltumatud; laengule mõjub summaarne väli.

Elektrivälja tugevuse voog läbi kinnise pinna on võrdne selle pinna sisse jäävate laengute summaga.

Viimast nimetatakse Gaussi teoreemiks; pideva ruumlaengu korral on võrrandi paremas pooles summa asemel integraal.
Fundamentaalfüüsikas peetakse Gaussi teoreemi üheks olulisemaks, kuna ta seob jõuväljade valemite pöördruutsõltuvuse (ingl. inverse square relation, tähendab, et kaugmõju väheneb allikast eemaldumisel võrdeliselt kauguse ruuduga, valemina ) füüsikalise ruumi kolmemõõtmelisusega.
Gaussi teoreem.
Väljatugevuse kahanemise kompenseerib laengut ümbritseva sfääri pinna suurenemine (pindala kasvab võrdeliselt kauguse ruuduga)
Magnetvälja graafiline kujutamine.
Kui lähtuda oletusest, et jõujoonele asetatud (magnetiline) dipool pöördub otsaga, kus asub positiivne laeng (põhjapoolus) jõujoone suunda, tähendab joonisel kujutatu, et magnetvälja jõujooned vooluga juhtme ümber kujutavad suletud kõveraid. Selline asi on elektrilaengute juures võimatu - elektrivälja jõujooned väljuvad alati positiivsest ja suubuvad negatiivsesse laengusse, st. iga laegut ümbritseb radiaalsete jõujoonte parv. Seevastu kinnine jõujoon tähendab, et allikaks olevat laengut polegi jõujoonel kuhugi panna - kõik joone punktid on samaväärsed (igasse punkti suubub jõujoon ühest ja väljub teisest suunast). Matemaatiliselt väljendudes on esimesel juhul tegemist allikväljaga (); teisel juhul aga pöörisväljaga ().
Magnetnõel vooluga juhet ümbritseval kinnisel jõujoonel.
Nagu hiljem näeme, võib elektriväli (allikväli) mõnedel juhtudel käituda pöörisväljana. Selle loogika järgi pole võimatu, et magnetväli (tavaliselt pöörisväli) võiks ka allikväljana esineda. Neid allikaid - nn. magnetmonopole otsivad füüsikud juba mitukümmend aastat, kuid seni tagajärjetult. Et seletada püsimagnetit (näiteks magnetpulka ), tuleb oletada, et selle sees kulgevad jõujooned lõunapooluselt põhjapoolusele, moodustades niiviisi koos pulgast välja jääva osaga kinnise kõvera.
Erinevus magnetpulga ja elektrilise dipooli vahel peaks siit näha olema. Samuti põhjus, miks magnetpulka ei saa "poolusteks saagida".
Jõujooned magnetpulgas ja elektrilises dipoolis.
Pöörake tähelepanu joonte suunale pulga sees.

Elektrivälja tugevus dielektrikus ning laetud juhi lähedal: praktilised järeldused.

Kui laenguid ümbritsevaks keskkonnaks on dielektrik , ei saa selles olevad laengud vabalt liikuda. Nimetatakse selliseid laenguid seotud laenguteks, ja see tähendab, et tavaolukorras on neile mõjuvad jõud tasakaalus. Kui lisandub elektriväljast tingitud jõud, leiavad osakesed uue, varasemaga võrreldes nihutatud asendi.
Nagu teame molekulaarfüüsika kursusest, võib keskkonnaks olla tahke, vedel või gaasiline aine. Tahkes aines on aatomid või molekulid seotud kristallvõresse. Tihti on tegu ioonkristalliga, mis koosneb laetud osakestest - ioonidest. (Näitena võib tuua naatriumkloriidi - tavalise keedusoola kristalli.) Vedelates ja gaasilistes ainetes on molekulid küll vabad, aga nemadki koosnevad laetud osakestest. Kui tekitada aines elektriväli, võtavad need laetud osakesed uue tasakaaluasendi: ioonid nihkuvad oma varasemast asendist, vaba molekul võib ka pöörduda, joondudes välja järgi (vt. joonis).
Vedela dielektriku polarisatsioon: dipoolmomenti omavad molekulid orienteeruvad välja suunas.
Mõlemal juhul tekitab laengute nihkumine täiendava elektrivälja, mida nimetatakse indutseeritud väljaks. Et see väli on vastassuunaline nihet esile kutsuva väljaga, siis summaarne väli nõrgeneb ning koos välja nõrgenemisega vähenevad ka sellesse välja paigutatud laengutele mõjuvad jõud.
Elektriväljas dielektrikud polariseeruvad, mille tulemusena väli nõrgeneb.
Seda vähenemist on kõige lihtsam kirjeldada, viies Coulomb'i seadusesse ning sellest tuletatud elektrivälja valemitesse sisse kordaja . Suurust nimetatakse aine suhteliseks dielektriliseks läbitavuseks; mida suurem on , seda nõrgemaks jääb väli. Tavaliselt on dielektrikute suhteline läbitavus kümne ringis , kõige suurem ( ) on ta puhtal veel.
Matemaatiliselt saab dielektrikke kirjeldada:
a) Juhul, kui dielektrik on isotroopne (), siis on indutseeritud väli paralleelne ja vastassuunaline algväljaga:
kus on dielektriline vastuvõtlikkus. Siis
kus -i ongi ülalmainitud suhteline dielektriline läbitavus.
b) Üldjuhul indutseeritud väli ei tarvitse olla välise väljaga paralleelne. Siis kasutatakse polarisatsioonivektorit
kus on molekuli dipoolmoment. Summaarne väli antakse nüüd elektrinihke e. elektrilise induktsiooni vektori
abil.
Kui , siis on elektrinihke vektor samasuunaline elektrivälja vektoriga:
Suhteline dielektriline läbitavus on alati suurem ühest.
Algväli , polarisatsioonivektor , ja elektrinihke vektor ,
Dielektrike kohta on kasulik pidada meeles kaht nähtust:

Piesoelektriline efekt - kristalsete ainete mõõtmete muutumine elektrivälja toimel. See nähtus võimaldab lihtsa mehaanika abil luua häid elektrivõngete stabilisaatoreid (kristall resoneerib elektrivõngetele, mille võnkesagedus ühtib kristallplaadi mehaanilise omavõnkesagedusega).
Senjettdielektrikud - prototüübiks nn. Seignette'i sool (KNaC4H4O6 4H2O), ained mis sarnaselt magnetväljale ferromagneetikutes säilitavad elektrilise polarisatsiooni ka pärast väljast eemaldamist.

Kui väli on väga tugev (potentsiaalide vahe molekuli piires ületab molekulaarjõud), võib molekul ka puruneda, tekitades vabu laenguid ja muutes seega keskkonna elektrit juhtivaks. Seda nähtust nimetatakse läbilöögiks, vastavat potentsiaalide vahet läbilöögipingeks. Elektrotehnikas isolaatoritena kasutatavate ainete jaoks on läbilöögipinge kõige olulisem näitaja. Kuiva õhu jaoks normaalrõhul on läbilöögipinge 106 volti meetri kohta.
Loeng 12.

Vooluallika sisetakistuse mõju: seos kasuteguri ja maksimaalse võimsusega.

Kui " pump " oleks lõpmata võimas, võiks siin lõpetada. Tegelikkuses hakkab vooluahela takistuse vähenemisel mõju avaldama kõrvaljõudude võimsuse piiratus: ka nullilähedase takistuse korral ei saa voolutugevus lõpmata suureks, vaid läheneb mingile piirile . Et Ohmi seadus oleks rakendatav ka väikeste takistuste puhul, tuuakse sisse vooluallika sisetakistuse mõiste.
Vooluallika sisetakistuseks nim. takistuse dimensiooniga suurust, mis arvuliselt võrdub elektromotoorjõu ja lühisvoolu tugevuse suhtega.
Väikeste takistuste korral saab Ohm'i seadus kuju:
kus on sisetakistus.
Tuleb endale aru anda, et tegelikult pole vooluallika sees mingit "laengute liikumist takistavat" jõudu. Küll on aga piiratud selle "pumba", mis laetud osakesi välja suunale vastupidises suunas liikuma sunnib, võimsus. Nagu igal veepumbal on teada maksimaalne kõrgus (maksimaalne potentsiaalne energia!), kuhu pump "vett lüüa" suudab, nii on ka igal vooluallikal maksimaalne potentsiaalide vahe - elektromotoorjõud. Ja nii, nagu iga pump suudab ajaühikus "läbi ajada" vaid kindla hulga vett, nii suudab ka vooluallikas üle kanda vaid kindla suurusega laengu. Et voolutugevus ongi ajaühikus üle kantud laeng, saame selle "elektrihulga" väljendada "sisetakistuse" kaudu - nii, nagu seda näitab ülal toodud valem.

Pooljuhtide eritakistuse temperatuurisõltuvuse põhjendamine.

Pooljuhid erinevad metallidest suurema eritakistuse ja selle ümberpööratud temperatuurisõltuvuse (vaata ülalpool, lõik "eritakistus") poolest.
Erinevuse põhjuseks peetakse asjaolu, et pooljuhtides pole laengukandjad "täiesti vabad", vaid on seotud kristallvõre sõlmede - ioonidega. Elektroni vabastamiseks peab tema kineetiline energia olema suurem teda iooniga siduvate (elektri)jõudude potentsiaalsest energiast. Kui nüüd oletada kiiruste Maxwelli jaotust, saame "vabadeks" lugeda vaid osa elektronidest, pealegi väga väikest osa.
Energiavahet , mis jääb puudu täielikust vabadusest, nimetatakse keelutsooni laiuseks (termin on pärit kvantmehaanikast, praegu ei täpsusta) ning seetõttu saame vabade elektronide tiheduseks
Näeme, et pooljuhtides kasvab laengukandjate arv temperatuuri tõustes; ja ehkki ka siin mõjuvad takistavalt elektronide põrked kristallvõrega, on laengukandjate arvu suurenemisest tingitud juhtivuse tõus olulisem eritakistuse suurenemisest temperatuuri tõttu.
Keelutsoon pooljuhis:
ülemisse "juhtivustsooni" (joonisel roheline) pääsevad ainult need elektronid, mille soojuslik energia ületab keelutsooni (kollane) laiusele võrdse energia . Alumiste "täidetud" tsoonide elektronidel liikumisvõimalus puudub.
Kui ja laengukandjaid on juba piisavalt, hakkab kehtima normaalne temperatuurisõltuvus .
Juhtivuse sellist liiki, kus laengukandjad vabanevad kristallvõrest soojusliikumise toimel, nim. pooljuhtide teoorias omajuhtivuseks. Sellest erinev on lisandjuhtivus, kus laengukandjaid tekitatakse kunstlikult, lisades lähteainele kõrgema või madalama valentsiga lisandeid. Lisandiaatomite "sobitamisel" kristallvõresse jääb elektrone "üle" (kui lisandi valents on kõrgem lähteaine omast) või tuleb puudu (kui valents on madalam).
Esimesel juhul tekivad kristallis vabad elektronid, millele vastab elektronjuhtivusega e. n- pooljuht . Valentselektronide puudujääk seevastu tekitab võres laengudefekti - nn. "augu". Elektriväljas selline "auk" nihkub ja võib haarata puuduva elektroni naaberaatomilt. Nii tekivad "triivivad augud", millele siis vastab aukjuhtivusega e. p-pooljuht.
n - pooljuht (elektronjuhtivusega pooljuht).
Kristallvõresse viidud nn. doonorlisandi fosfori aatomil on üks elektron rohkem, see ülearune elektron jääbki kristallis vabalt liikuma.
Pooljuhtide elektriliste omaduste mitmekesisus ning terav sõltuvus välistingimustest teeb neist ideaalse materjali elektrooniliste seadmete konstrueerimisel.

Gaaslahenduse liigid: olemus ja seletus.

Definitsiooni järgi koosneb gaas vabadest molekulidest; et need peavad olema elektriliselt neutraalsed, ei saa gaas elektrit juhtida. Et gaasilises keskkonnas tekiks vool, tuleb seal kõigepealt tekitada laengukandjaid.
Voolu gaasides nimetatakse elektrilahenduseks (gaaslahenduseks). See lahendus võib olla kaht tüüpi:
1. Sõltuv lahendus, kui laengukandjaid (ioone, elektrone) tekitab mingi kõrvaline allikas (soojus, valgus, radioaktiivne kiirgus).
Sõltuva lahenduse voolutugevus
 nõrkade voolude korral on ligikaudu võrdeline pingega (kehtib Ohm'i seadus); takistus kahaneb temperatuuri tõustes.
 tugevate voolude korral omandab statsionaarse väärtuse , kus on ioonide tekkekiirus (allika võimsus).
Voolu nim küllastusvooluks.
2. Sõltumatu lahendus, kui laengukandjaid tekitab elektriväli ise, kas siis tema poolt esile kutsutud voolu või otseselt elektrijõudude toimel.
a) Madalatel pingetel - õigem oleks öelda väikese väljatugevuse korral, kuna gaas on alati keskkond, mitte juhe - nimetatakse lahendust kustuvaks e. Geigeri lahenduseks.
Kustuvas lahenduses tekitab laengukandjaid elektriväljas kiirendatud ioonide põrge neutraalsete aatomitega. Et selleks peab mingi vool juba olema, on lahenduse tekitamiseks vaja algtõuget ja voolu katkemisel lahendus uuesti ei teki, vaatamata välja olemasolule. Geigeri lahendus tekib siis, kui
- ionisatsioonienergia;
- väljatugevus;
- kustuva lahenduse lävitugevus;
- läbilöögi väljatugevus, mille korral gaasi molekulid lagunevad ioonideks elektrivälja jõudude toimel.
Kustuvat lahendust, mis toimub vabas õhus normaalrõhul, nimetatakse kaarlahenduseks (kaarlamp, elektrikeevitus); hõrendatud gaasis toimuvat lahendust huumlahenduseks (reklaamtorud, päevavalguslambid).
b) Kõrgetel pingetel () on kaks võimalikku lahenduse tüüpi:

sädelahendus ligikaudu homogeense välja korral
koroonalahendus (õigemini kroonlahendus) tugevalt mittehomogeense välja korral, näiteks elektroodi teravikul.

Säde- ja koroonalahendus tekib alati staatilises väljas. Kui on olemas märkimisväärne elektromotoorjõud, kasvab lahendus kiiresti ülivõimsaks kustuvaks lahenduseks - tulemuseks on elektrisüsteemi häving või tulekahju. Staatiliste laengutega on lihtsam, need neutraliseeruvad lahenduse käigus.
Sellegipoolest on tugev sädelahendus ("väike välk") kaunis ohtlik ja tema vältimiseks kasutatakse teravatipulisi koroneerivaid elektroode, asendades lühiajalise välgu pideva, kuid nõrga koroonalahendusega.
Miks välk pole sirge?
Sellepärast, et gaasimolekulide lagunemine välja toimel on statistilist laadi protsess. Kui molekulid laguneksid kogu väljas korraga, tekiks sädeme asemel küllalt rahulik vool. Tegelikult tekib väljatugevuse lähenemisel kriitilisele läbilöögitugevusele kogu välja ulatuses väikesemõõdulisi kustuvaid lahendusi, nn striimereid.
Selline striimer on mõne sentimeetri pikkune kaskaadlahendus, mis kustub iseenesest potentsiaali ühtlustumise tagajärjel. Säde tekib juhuslikult paiknevate striimerite ühinemisel, mille tulemusena tekib ionisatsioonikanal, mis ei tarvitse olla sirge ja võimsa lahenduse korral võib ka hargneda. Piki seda kanalit toimubki laengute " maandamine ".
Loeng 13 Kuidas tekitada homogeenset elektrivälja ning magnetvälja, kui kasutada on traat ja vooluallikas?
Homogeenne elektri- ja magnetväli.
Esimene katse: magnetnõel pöördub vooluga juhtme suhtes risti.
Teine katse: Magnetväljas asuv juhe hakkab liikuma, niipea kui teda läbib vool.
Kolmas katse: Mähises tekib elektrivool niipea, kui teda mõjutatakse magnetiga.
Loeng 14 Faasidiagrammi koostamine ja rakendamine: Phasor etteantud momendil, nii harmooniliste kui sumbuvvõngete puhul.
Võnkumise graafilist kujutamist pöörleva vektorina nimetatakse faasidiagrammiks (ingl. phasor).
See annab meile hea võimaluse asendada küllaltki keeruline valemite liitmine märksa piltlikuma vektorite liitmisega.
Joonistame kaks ühest punktist lähtuvat vektorit, millede moodulid on ja ning nurgad -teljega vastavalt ja .
Et neid võnkumisi liita, tuleb liita faasidiagrammid (milline kohmakas väljend phasoriga võrreldes!). Liitnud vektorid rööpkülikureegli abil, näeme, et summaarse võnkumise amplituud ja algfaas erinevad lähtevõnkumiste omast.
Lahutame liidetavad komponentideks, liidame need ja saame tingimused, mis määravad otsitavad suurused:
See, koosinuslauset meenutav valem kannab nime amplituudide reegel ja on lainefüüsika kõige tähtsam valem.
Phasor'ite liitmine. Võime kasutada nii koordinaatmeetodit kui rööpkülikureeglit.
Elektrivõnkumiste faasidiagramm.
Induktsiooni elektromotoorjõud on alati vastassuunaline pingega kondensaatoril, voolutugevuse faasinurk jääb täpselt nende vahele ("vektor" IR on kaksiknoolega ULUC risti).
Loeng 15 Mootorit sisaldav vahelduvvooluahel (eelmise semestri laboritöö "Voolutarbija tunnusjoonte määramine" analüüs).
Loeng 16

Faasidiagrammi (phasori) koostamine ja rakendamine lainevõrrandi korral.

Lainepaketi (solitoni) tekitamine sagedusest sõltuva levimiskiirusega lainete korral.

Lainepakett, soliton, rühmakiirus. Liikuma hakkab interferentsipilt juhul, kui liituvate lainete sagedused on erinevad. Nüüd on lugu nii, et amplituudivalemis lisandub faasitegurisse ka ajast sõltuv liige, mis sarnaneb liitvõnkumistest tuntud tuiklemise valemiga. Faasitegurisse lisandub liige , millele vastavalt laineformalismile tuleks lisada .
Kui lained levivad samas suunas, asendab tuiklemistest tuntud perioodilist maksimumi ruumis laine levimiskiirusega liikuv lainepakett - jada suurema amplituudiga võnkumisi.
Juhul, kui lained ei levi samas suunas, muutub pildi matemaatiline kirjeldamine keeruliseks. Sõltuvalt lähtetingimustest võib lainepakett seista paigal, liikuda koos ühe või teise lainega või koguni mingis kolmandas suunas.
Sellist hulkuvat lainet nimetatakse solitoniks ja tema kohta on kirjutatud üsna palju raamatuid.
Üheks lihtsamaks(?) juhtumiks on, kui lainete levimiskiirus sõltub nende sagedusest. Seda juhtub keskkondades, mis koosnevad omavõnkesagedusi omavatest osakestest - nn ostsillaatoritest.
Sellisel juhul kulgeb soliton laine levimiskiirusest (faasikiirusest) erineva kiirusega, mida nimetatakse rühmakiiruseks.
17.
Peegeldumis - ja murdumisseaduse tuletamine Fermat' printsiibist.
Lauale langeva valgusvoo arvutamine.
Fermat' printsiip. Veel paremini kui Huygens oskas valguskiire teed arvutada teine prantslane Pierre de Fermat. Tema küll akadeemik ei olnud ja teenis leiba advokaadina, tehes teadust põhitöö kõrvalt. Elu jooksul kogutud kopsaka varanduse kohta tegi ta testamendi, mille täitumise üheks tingimuseks oli tema poolt ette valmistatud käsikirjade avaldamine. Nii ilmusidki Fermat' tööd alles pärast tema surma 1655. a.
Vormilt on Fermat' printsiip matemaatikute poolt laialt kasutatav variatsiooniprintsiip:
Valguse kiirus keskkonnas on pöördvõrdeline keskkonna optilise tihedusega; levides punktist punkti valib valgus tee, mille läbimiseks kulunud aeg on minimaalne.
"Optilise tiheduse" all mõistis Fermat' absoluutset murdumisnäitajat.
Ilmselgeks järelduseks Fermat' printsiibist on valguse sirgjoonelise levimise seadus. Aga ka peegeldumis- ja murdumisseadused on lihtsalt rehkendatavad, kui tunneme funktsiooni ekstreemumi tingimusi. 17. sajandil oli see väga uus asi.
Muide, variatsioonarvutuse abil võib Fermat' printsiibist tuletada ka valguskiire tee muutuva optilise tihedusega keskkonnas.
Fermat' printsiip peegeldumisel:
kõigist teedest punktide A ja B vahel on lühim see, kus langemisnurk on võrdne peegeldumisnurgaga .
Fermat' printsiip murdumisel.
Kas suudate tõestada, et kiireim tee vastab murdumisseadusele?
18. Fresnel'i meetodi illustratsioon - difraktsioon pooltasandi servalt.
Fresnel'i katsed. Kus päris teadus võimetu, löövad tihtipeale läbi profaanid. 1811. a. sattus E. Malus ' loengule valguse polarisatsioonist teedevalitsuse insener Augustine Fresnel. Loomulikult oli temagi koolis õppinud "õiget" korpuskliteooriat; seda enam köitis noort uurijat lihtne võimalus seletada polarisatsiooni võnkumiste abil. Fresnel asus asja kallale, hea matemaatikuna õnnestus tal muu töö kõrvalt tuletada ülaltoodud interferentsivalemid (olid muidugi juba varem teada, aga mitte Fresnel'ile).
Fresneli tähtsamad ja rakenduslikumad tööd on seotud difraktsiooniga, aga alustas ta interferentsikatsetest. Kahe pilu asemel kasutas ta ühe valgusallika kahte optilist kujutist. Nii on näiteks kahe peegli või kahe prisma abil võimalik saada kaks samaväärset kiirtekimpu, mille heledus on tunduvalt suurem kui Young'i kitsastest piludest tulevatel kiirtel.
Veel näitas Fresnel, et interferentsipilt tuleb selgem ja teravam, kui kasutada ühevärvilist (monokromaatset) valgust. Maksimumide/miinimumide asukohti ekraanil saab arvutada Youngi katse valemitest, kui lugeda võrdseks valgusallikate kujutiste kaugusega ekraanist ning kujutiste omavahelise kaugusega.
Fresnel'i kaksikpeegel.
Valgusallika A peegeldumisel kahelt väikese nurga all asuvalt peeglilt tekib kaks valguslainet, mis on samaväärsed "peegli taga" asuvatelt allikatelt tulevatega.
19. Musta keha tasakaalutemperatuur: kujunemise põhjus ja arvutamine.
20. Vesiniku spektrijoonte arvutus üldistatud Balmeri valemiga. Elementide elektronkatete struktuur ( Mendelejevi tabeli esimesed kolm perioodi).
Üldistatud Balmeri valem. Aga esimene asi, mida tegid teoreetikud, oli üldistatud Balmeri valem. Nimelt märgati, et kui kirjutada Balmeri valem ümber sageduste jaoks (), saame Balmeri valemi asemel
Mis kõige põnevam - sellises formalismis tulid valemite kordajad kõigi seeriate jaoks ühesugused. Nii saadigi füüsika edasist arengut suuresti mõjutanud valem
Hz on nn. Rydberg'i konstant.
21. Eksponentvalemi kasutamine: uraanirea isotoopkoostis, süsinikuproovi vanus, radioaktiivse kiirguse intensiivsuse langus või kaitsekihi paksus kiirguskaitses.
Tuumareaktsioonide energiasaagise leidmine massidefekti graafiku järgi.

.DOC Laadi alla originaalfail 83 lk · .doc · 142 allalaadimist

10 punkti Autor soovib selle materjali allalaadimise eest saada 10 punkti.

~ 83 lehte Lehekülgede arv dokumendis

2013-10-02 Kuupäev, millal dokument üles laeti

142 laadimist Kokku alla laetud

0 arvamust Teiste kasutajate poolt lisatud kommentaarid

peeter ploom Õppematerjali autor

Ülikooli esimese aasta füüsika eksam

laine võrrand aatom lahend elektromotoorjõu voolutugevus induktsioon võrrandi amplituud pinge magnetvoo elektron

Sarnased õppematerjalid

doc

Kordamisküsimused: Elektriväli ja magnetväli.

Kordamisküsimused : TEST: Loeng 11 Elektriväli ja magnetväli. Suurused: · Elektrilaeng - q (C) · elektrivälja tugevus E-vektor (1N / C) · elektrivälja potentsiaal = töö, mida tuleb teha (positiivse) ühiklaengu viimiseks antud väljapunktist sinna, kus väli ei mõju. (J) · magnetiline induktsioon B-vektor · Coulomb'i seadus kui pöördruutsõltuvus - Kaks punktlaengut mõjutavad teineteist jõuga, mis on võrdeline nende kehade laengutega ning pöördvõrdeline nende vahelise kauguse ruuduga. · Elektrivälja tugevuse valem ja väljatugevuste liitumine (vektorkujul!). Elektrivälja tugevus = sellesse punkti asetatud positiivsele ühiklaengule (+1C) mõjuv jõud. · Juhi potentsiaali ja mahtuvuse vaheline seos. Mahtuvus - juhile antud laeng jagatud juhi potentsiaaliga. Farad (F) - juhi mahtuvus, kui laeng 1 C tõstab tema potentsiaali 1 V võrra. Loeng 12 Alalisvool.

Füüsika

doc

Seadused ja valemid

Seadused ja valemid Loeng 11. Coulomb'i seadus (vektorkujul!). Kaks punktlaengut mõjutavad teineteist jõuga, mis on võrdeline nende kehade laengutega ning pöördvõrdeline nende vahelise kauguse ruuduga. , Seda saab kirja panna, kui kasutada meile juba tuntud vektorsümboolikat: Väljatugevus ja potentsiaal, seos nende vahel. Mida tugevam on väli (tihedamalt jõujooned) seda kiiremini muutub potentsiaal (seda lähemal on üksteisele samapotentsiaalipinnad). Elektrivälja kohta kehtivad kaks teoreemi: Elektriväljad on sõltumatud; laengule mõjub summaarne väli. Elektrivälja tugevuse voog läbi kinnise pinna on võrdne selle pinna sisse jäävate laengute summaga. Gauss'i teoreem. Elektrivälja tugevuse voog läbi kinnise pinna on võrdne selle pinna si

Füüsika

docx

Füüsika II eksami kordamisküsimused

Füüsika II eksami kordamisküsimused 1. Elektrilaeng ja väli · Elektrilaeng (+ elementaarlaeng, omadused) ja laengu jäävuse seadus (+valem, näide, selgitamine) Elektrilaeng on mikroosakese fundamentaalne omadus (nii nagu masski), mis iseloomustab osakeste võimet avaldada erilist (elektrilist) mõju ja ka ise alluda sellele mõjule. Elektrilaeng põhjustab teda ümbritsevas ruumis elektrivälja tekke, mida on võimalik avastada teise elektrilaenguga. Elektrilaenguid on kaks tüüpi: § Positiivne (prooton) § Negatiivne (elektron) Eksisteerib vähim positiivne ja negatiivne laeng, mis on absoluutväärtuselt täpselt võrdsed Elementaarlaeng |q|=1,6 × 10-19 C Erimärgiliste laengute vahel mõjub tõmbejõud, samamärgiliste vahel aga tõukejõud Elektrilaeng ei eksisteeri ilma laengukandjata ja see ei sõltu taustsüsteemist Laengu jäävuse seadus: Elektriliselt isoleeritud süsteemis (s.o. süsteemis, kuhu ei tule elektrilaenguid juurde ja kust neid

Füüsika

105

doc

Füüsika konspekt

F h = * N F h hõõrdejõud hõõrdetegur N- rõhumisjõud Hõõrdumist põhjustavad pinnakonarused ja molekulide tõmbejõud, mida saab vähendada määrimisega. Elastsusjõud Keha kuju muutumisel ehk deformeerumisel tekkivat jõudu nimetatakse elastsusjõuks, mis on deformatsiooniga alati vastassuunaline. Tõmbe ja surve korral saab elastsusjõudu arvutada valemist: F - elastsusjõud K keha jäikus l teepikkus 17. sajandil avastas selle inglise füüsik Robert Hooke ( 1635- 1703) ning tema järgi kutsutakse seda ka Hooke'i seaduseks. NEWTONI KOLMAS SEADUS Newtoni kolmandat seadust saab sõnastada järgmiselt : Jõud tekivad kahe keha vastastikmõjus alati paarikaupa. Need kummalegi kehale mõjuvad jõud on absoluutväärtuselt võrdsed ja vastassuunalised. Kui autoga paigalt võttes anname sidurit vabastades gaasi, rakendame tegelikult Newtoni III seadust: samal ajal, kui siduri üks ketas pöörab käigukasti kaudu auto

Füüsika

docx

TKTK esimese aasta füüsika eksam

ELEKTROSTAATIKA 1)Elektrilaeng ja -väli Elektrileng(+elementaarlaeng) ja laengu jäävuse seadus(+valem, näide) Elektrilaeng on mikroosakese fundamentaalne omadus, mis iseloomustab osakeste võimet avaldada erilist (elektrilist) mõju ja ka ise alluda sellele mõjule. Elementaarlaeng on 1,6*10-19 C Elektriliselt isoleeritud süsteemis (s.o. süsteemis, kuhu ei tule elektrilaenguid juurde ja kust neid ei lahku) on elektrilaengute algebraline summa jääv. q1+q2...+qn=const Elektriväli(välja kujutamine jõujoontega/joonis) Elektriväli-Laengu elektriväli on materiaalne objekt, ta on ruumiliselt pidev ja võib mõjutada teisi elektrilaenguid." Elektrivälja tugevus(valemid ja mõõtühikud) Elektrivälja tugevus = väljapunkti asetatud ühiklaengule (q 0=1C) mõjuv jõud 2)Elektriväli aines-dielektrikud Polaarne ja mittepolaarne dielektrik, dielektrikd välises elektriväljas(joonis) Mittepolaarse dielektriku aatomid (molekulid) näevad normaalting

EHITUSFÜÜSIKA

doc

Füüsika eksam.

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 taust

Füüsika

doc

Füüsika II - ELEKTER - ELEKTROSTAATIKA

ELEKTER - ELEKTROSTAATIKA Elektrilaeng kui elementaarosakeste omadus Vastastikmõju järgi võib elementaarosakesi vaadelda järgmiselt: gravitatsiooniline vm interaktsioon; Elektromagnetiline vm; tugev vm tuumaosakeste vahel; nõrk vm tuumade muundumisel. Elektrilaengu järgi: elektron -prooton + neutron 0 Iga keha koosneb laetud osakestest (elementaarosakestest). Nad tekitavad elektrilaengu abil elektrivälja. Makrokeha on laetud siis kui tema erimärgiliste laengute summa on erinev. Tavaliselt on keha neutr, kui aga mingil viisil luua kehas teatud elementaarosakeste ülejääk osutub keha laetuks. Elektrilaengud on elementaarosakeste lahutamatuks omaduseks. El.laeng on min laeng, mida omavad elektron ja prooton. Vabad elektrilaengud on alati elementaarlaengu täisarv kordsed. See on konstant e=1,6·10-19 C Laengu(q) mõõtühik on 1 C (üks kulon). Üks C on laeng, mis läbib elektrijuhtme ristlõiget 1s jooksul, kui I juhtmes on 1 A. Coulomb'i seadus Kaks paigalolevat pun

Füüsika ii

doc

Füüsika 2. kursuse eksamiks kordamine

Elektrilaeng kui elementaarosakeste omadus – Keha omadusi kirjeldab elektrilaeng. Kõik kehad koosnevad laetud (elementaar)osakestest. SI=C (kulon) Coulombi’i seadus – 2 punktlaengut mõjutavad vaakumis teineteist jõuga, mis on võrdeline nende laengute korrutisega ja pöördvõrdeline laengute vahelise kauguse ruuduga. Elektriväli – levib laetud kehade ümber ja lõpmatu kiirusega. Põhiomaduseks on mõjutada laenguid jõuga. Elektrivälja tugevus välja antud punktis – antud punktis proovilaengule mõjuva jõu ja selle proovilaengu suhe. Vektori suund on määratav positiivsele laengule mõjuva jõu kaudu. Elektrivälja jõujooned – jooned, mille igast punktist tõmmatud puutuja siht ühtib elektrivälja tugevus vektori sihiga. Suund algab positiivsetel ja lõppeb negatiivsetel laengutel. Tihedus iseloomustab elektrivälja tugevust antud piirkonnas. Superpositsiooni printsiip – kehade süsteemi väljatugevuse leidmiseks tuleb üksikute kehade väljatugevuse vektorid l

Füüsika ii

Rohkem sarnaseid

Kommentaarid (0)

Kommentaarid sellele materjalile puuduvad. Ole esimene ja kommenteeri

Kõik kommentaarid

.DOC Laadi alla originaalfail 83 lk