КИНЕМАТИКА
1. Механическим движением называется изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени.
2. Механика - это раздел физики, изучающий механическое движение.
3. Кинематика - это раздел механики, который описывает положение тел в пространстве в зависимости от времени, без рассмотрения причин, вызывающих изменение положения этих тел.
4. Поступательным движением тела называется такое движение, при котором все его точки описывают одинаковые траектории.
5. Материальной точкой называется тело, размерами которого в условиях его движения можно пренебречь.
6. Система отсчёта - это совокупность системы координат, тела отсчёта, с которым она связана, и прибора для отсчёта времени.
7. Перемещением тела (материальной точки) называют направленный отрезок прямой, соединяющий начальное положение тела с его последующим положением.
8. Путь - это длина отрезка траектории, пройденного телом (точкой) за рассматриваемый промежуток времени.
9. Траектория - это линия в пространстве, вдоль которой движется тело (точка).
10. Прямолинейным равномерным движением называют такое движение, при котором тело за равные промежутки времени совершает одинаковые перемещения.
11. Скоростью равномерного прямолинейного движения называют постоянную величину, равную отношению перемещения тела за любой промежуток времени к значению этого промежутка.
Измеряется скорость в м/с. Направление вектора скорости совпадает с направлением вектора перемещения.
12. Неравномерным называется такое движение, при котором тело за равные промежутки времени совершает разные перемещения.
13. Мгновенной скоростью называют скорость тела в данный момент времени или в данной точке траектории.
Вектор мгновенной скорости направлен по касательной к траектории в данной точке.
14. Средней скоростью неравномерного движения называют величину, равную отношению пути, пройденного телом за некоторый промежуток времени к величине этого промежутка.
15. Равноускоренным движением тела называется такое движение, при котором его скорость за любые равные промежутки времени изменяется на одну и ту же величину.
16. Ускорение - это физическая величина численно равная отношению изменения скорости за некоторый промежуток времени к величине этого промежутка.
Вектор ускорения совпадает по направлению с равнодействующей всех сил, приложенных к телу. Ускорение измеряется в м/с2.
16. Скорость при равноускоренном движении изменяется в зависимости от времени по закону
где v0 - cкорость в начальный момент времени, v - скорость тела в момент времени t, a - ускорение.
17. Модуль вектора перемещения при равноускоренном движении можно вычислить по формуле:
18. Перемещение, скорость и ускорение связаны формулой
где v - конечная скорость, v0 - начальная скорость, a - ускорение, s - модуль вектора перемещения.
19. Свободным падением называется движение тела в безвоздушном пространстве под действием силы тяжести.
20. Формулы, описывающие свободное падение тел.
|
Для тела, брошенного вниз:
|
Для тела, брошенного вверх:
|
где g = 9,8 м/с2 - ускорение свободного падения.
21. Движение тела, брошенного под углом к горизонту с модулем скорости v0:
g - ускорение свободного падения.
22. Криволинейным называют движение, траектория которого представляет собой кривую линию.
23. Равномерное движение по окружности - это движение по круговой траектории с постоянной скоростью.
24. Линейная скорость - это величина равная отношению длины дуги, описанной точкой при движении по окружности за некоторый промежуток времени, к величине этого промежутка.
Вектор линейной скорости направлен по касательной к окружности в данной точке.
25. Угловая скорость - это величина, равная отношению угла поворота радиуса-вектора, проведённого к движущейся точке из центра вращения, к промежутку времени, за который этот поворот совершён.
Угловая скорость измеряется в рад/с.
26. Вектор угловой скорости направлен вдоль оси вращения в ту сторону, откуда поворот тела виден происходящим против хода часовой стрелки.
27. Связь между линейной и угловой скоростями выражается формулой:
28. Период обращения - это время, за которое точка (тело) совершает один полный оборот. Период измеряется в секундах.
29. Частота вращения - это число оборотов в единицу времени. Частота вращения измеряется в об/с или с-1.
T – период.
30. Линейная скорость связана с частотой и периодом формулой
где v - линейная скорость; R - радиус окружности, по которой движется точка; Т - период вращения; - частота вращения.
31. Центростремительное ускорение - это ускорение, характеризующее изменение линейной скорости по направлению при вращательном или любом другом криволинейном движении. Она направлена к центру вращения и может быть вычислена по формулам:
32. Принцип независимости движений: если тело участвует в двух или нескольких движениях одновременно, то каждое из этих движений происходит независимо друг от друга.
33.
Скорость
движения тела относительно неподвижной
системы отсчёта
равна геометрической сумме скорости
тела
относительно подвижной системы отсчёта
и скорости
самой подвижной системы отсчёта
относительно неподвижной.
Основы динамики
34. Динамика - это раздел механики, в котором изучаются связи между различными видами движений и причинами их вызывающими.
35. Первый закон Ньютона: существуют такие системы отсчёта, относительно которых тела движутся равномерно и прямолинейно, если на них не действуют другие тела или действие этих тел скомпенсировано.
36. Инерция - это свойство тела сохранять скорость своего движения неизменной по величине и направлению.
37. Инерциальная система отсчета - система отсчета, относительно которой свободная материальная точка, не подверженная воздействию других тел, движется равномерно и прямолинейно (по инерции).
38. Масса - это физическая величина, характеризующая инерционные и гравитационные свойства тел. Масса численно равна отношению ускорения a0 эталона массы m0=1 кг к ускорению a тела при их взаимодействии.
39. Плотность тела - это физическая величина, равная отношению массы тела к его объёму.
Измеряется в кг/м3.
40. Сила - это физическая величина, характеризующая действие на тело других тел или полей, в результате которого тело изменяет скорость своего движения или подвергается деформации. Сила измеряется в ньютонах. 1 Н= кг.м/с2. Сила - величина векторная. Она характеризуется числовым значением, направлением в пространстве и точкой приложения.
41. Второй закон Ньютона: ускорение, с которым движется тело, прямо пропорционально силе, приложенной к телу, и обратно пропорционально массе тела.
42. 1 ньютон - это сила, под действием которой тело массой 1 кг движется с ускорением 1 м/с2.
43. Третий закон Ньютона: Тела действуют друг на друга с силами равными по модулю, противоположными по направлению и одинаковыми по природе.
44. Закон всемирного тяготения: тела притягиваются друг к другу с силой прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.
где G - гравитационная постоянная.
45. Гравитационная постоянная G численно равна силе, с которой притягиваются тела массами по 1 кг на расстоянии 1 м друг от друга.
46. Сила тяжести - это сила, с которой тело притягивается Землёй.
47. Вес тела - это сила, с которой тело давит на опору или растягивает подвес.
48. Силы трения - это силы, препятствующие перемещению одного тела по поверхности другого. Они возникают в результате зацепления друг за друга мелких выступов, находящихся на поверхностях тел. При шлифовке выступы и впадины уменьшаются, что приводит к уменьшению сил трения. Но, если поверхности отшлифовать очень хорошо, силы трения вновь начинают увеличиваться из-за действия межмолекулярных сил трущихся поверхностей. Для уменьшения сил трения кроме шлифовки применяют смазку и замену трения скольжения трением качения, которое обычно на порядок меньше сил трения скольжения.
49. Сила трения покоя - это сила, возникающая на границе соприкосновения тел при отсутствии относительного движения тел. Она численно равна силе, приложенной к телу, и может изменяться от нуля до максимального значения внешней силы, при котором тело начинает перемещаться. Сила трения покоя в некоторых случаях может быть больше силы трения скольжения.
50. Коэффициент трения - это число, показывающее долю силы трения от силы, прижимающей поверхности друг к другу.
Коэффициент трения зависит от рода трущихся поверхностей и от чистоты обработки поверхностей.
Законы сохранения в механике
51. Импульсом тела называется физическая величина, численно равная произведению массы тела на его скорость.
Вектор импульса совпадает по направлению с вектором скорости. Измеряется импульс в кг.м/с.
52. Импульсом силы называется произведение силы на время её действия.
53. Закон сохранения импульса: Геометрическая сумма импульсов тел, образующих замкнутую систему, есть величина постоянная при всех взаимодействиях тел этой системы друг с другом.
54. Замкнутая механическая система - это механическая система тел, на которую не действуют внешние силы или действие этих сил скомпенсировано.
55. Другая формулировка второго закона Ньютона: Изменение импульса тела равно импульсу силы, действующей на него.
56.
Моментом
силы
относительно оси вращения называется
величина M,
равная произведению модуля силы
на плечо d.
57.Тело, способное двигаться поступательно, находится в равновесии, т.е. движется с постоянной скоростью, если равнодействующая всех сил, приложенных к нему равна нулю.
58. Плечом силы называется кратчайшее расстояние от оси вращения до линии действия силы или длина перпендикуляра, опущенного из оси вращения на направление действия силы.
59. Правило моментов: твердое тело с закрепленной осью вращения находится в равновесии при условии равенства нулю алгебраической суммы всех моментов сил относительно этой оси.
Правило моментов можно сформулировать и так: твёрдое тело с закреплённой осью вращения находится в равновесии, если сумма моментов сил, вращающих тело по часовой стрелке равна сумме моментов сил, вращающих его против часовой стрелки.
60. Правило равновесия рычага: Сила F1, действующая на большое плечо рычага во столько раз меньше силы F2, действующей на малое плечо рычага, во сколько раз длина меньшего плеча l2 меньше длины большего плеча l1.
61. "Золотое правило" механики: Простые механизмы (наклонная плоскость, винт, рычаг) дают выигрыш в силе, но не дают выигрыша в работе.
62.Тело находится в равновесии, если геометрическая сумма сил, приложенных к нему, и алгебраическая сумма их моментов равны нулю.
63. Механической работой называется величина, равная произведению модуля вектора силы на модуль вектора перемещения и на косинус угла между вектором силы и вектором перемещения.
Работа величина скалярная, измеряется в джоулях (Дж). 1 Дж = Нм.
64. Мощность - это физическая величина, равная отношению работы к промежутку времени, за который эта работа совершена.
Мощность измеряется в ваттах (Вт). 1 Вт = Дж/с.
65. Мгновенная мощность равна
где F - сила, совершающая работу, v - скорость движения, - угол между вектором силы и вектором скорости.
66. Энергия - это физическая величина, характеризующая способность тел совершать работу при протекании различных процессов. В соответствии с видами процессов говорят о различных видах энергии: механической, внутренней, химической, электромагнитной и т.д. Энергия измеряется в джоулях (Дж).
67. Механической энергией называется скалярная величина, равная максимальной механической работе, которая может быть совершена при протекании механических процессов в данных условиях. Существует два вида механической энергии – потенциальная и кинетическая.
68. Потенциальной энергией называется энергия, обусловленная взаимодействием тела с другими телами или взаимодействием частей одного и того же тела между собой при деформации. Потенциальная энергия тела, поднятого над поверхностью Земли, определяется по формуле
потенциальная энергия деформированного тела
где m - масса тела, g - ускорение свободного падения, h - высота над поверхностью Земли, k - коэффициент упругости, x - величина деформации.
69. Кинетической энергией называется энергия, которой тело обладает вследствие своего движения.
70. Закон сохранения механической энергии: сумма кинетической и потенциальной энергий тел, образующих замкнутую систему и взаимодействующих друг с другом силами упругости и тяготения, есть величина постоянная при всех взаимодействиях тел этой системы друг с другом.
Жидкости и газы
71. Давление - это физическая величина равная отношению модуля силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади поверхности.
Давление измеряется в паскалях (Па). 1 Па = Н/м2. Внесистемные единицы давления: 1 мм. рт. ст.= 133 Па. 1 атм = 105 Па=760 мм. рт. ст.
72. Закон Паскаля: давление, производимое на жидкость или газ, передаётся по всем направлениям одинаково.
73. Закон Архимеда: На тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх и равная весу жидкости или газа, вытесненного этим телом
где - плотность жидкости или газа, g - ускорение свободного падения, V - объём погруженной в жидкость или газ части тела.
74. Давление, создаваемое на дно и стенки сосуда столбом жидкости или газа, можно подсчитать по формуле:
где - плотность жидкости; g - ускорение свободного падения; h - высота столба жидкости или газа.
75. Сообщающимися сосудами называются сосуды, соединённые между собой ниже уровня жидкости. Разнородные жидкости, заполняющие сообщающиеся сосуды, находятся в равновесии, если суммарное давление столбов жидкостей относительно любого произвольного уровня в одном колене сосудов равно суммарному давлению столбов жидкостей в других коленах сосудов. Если в сосуд налита однородная жидкость, то её уровень во всех коленах одинаков.
76. Высота подъема жидкости в капиллярной трубке при полном смачивании
где - коэффициент поверхностного натяжения, - плотность жидкости, r - радиус капилляра, g - ускорение свободного падения. Физический смысл : он численно равен силе поверхностного натяжения, возникающей на границе раздела жидкости и твёрдого тела длиной в 1 м. []=Н/м
СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
77. Принцип относительности Эйнштейна: никакие опыты (механические, электрические, оптические), проведенные внутри данной инерциальной системы отсчета, не дают возможности обнаружить, покоится ли эта система или движется равномерно и прямолинейно.
78. Принцип постоянства скорости света: скорость света в вакууме не зависит от скорости движения источника света или наблюдателя и одинакова во всех инерциальных системах отсчета.
79. Релятивистское замедление времени
80. Релятивистское сокращение длины
81. Закон взаимосвязи массы и энергии
Свойства твёрдых тел
82. Все твёрдые тела делятся на аморфные и кристаллические. Главное макроскопическое отличие кристаллических тел от аморфных состоит в том, что кристаллические тела:
1) имеют температуру плавления и кристаллизации, а аморфные тела при повышении температуры постепенно размягчаются, приобретая свойства жидкости;
2) кристаллические тела обладают свойством анизотропии, т.е. неодинаковыми физическими свойствами в разных направлениях.
83. Это различие макроскопических свойств аморфных и кристаллических тел обусловлено их различным внутренним строением. Молекулы аморфных тел располагаются беспорядочно, а молекулы кристаллических тел располагаются в строгом порядке, образуя кристаллическую решётку.
84. Кристаллическая решётка - это присущее кристаллическому состоянию вещества регулярное расположение частиц (атомов, ионов, молекул), характеризующееся периодической повторяемостью в трёх измерениях.
85. Анизотропией называется зависимость физических свойств от направления внутри кристалла.
86. Поликристаллическими называются твёрдые тела, состоящие из большого числа маленьких кристалликов, а тела, состоящие из одного кристалла называют монокристаллическими.
87. Деформацией называется изменение формы и объёма тела.
88. Силы возникающие в телах при деформациях, называют силами упругости
89. Деформацию называют упругой, если после прекращения действия других тел деформируемое тело полностью восстанавливает свою форму и объём.
90. Деформацию называют пластичной, если после прекращения действия других тел деформируемое тело не восстанавливает свою форму и объём или делает это не полностью.
91. Закон Гука: сила упругости, возникающая в теле при деформации, прямо пропорциональна величине деформации.
где F - сила упругости, k - коэффициент упругости, х - величина деформации. k измеряется в Н/м. k - численно равен силе упругости при деформации 1 м.
Другая формулировка закона Гука: При малых деформациях напряжение прямо пропорционально относительному удлинению
где l0 - длина при отсутствии внешней нагрузки, l - длина тела после приложения силы, Е - модуль Юнга.
92. Модуль Юнга численно равен механическому напряжению, которое надо приложить к телу, чтобы его относительная деформация равнялась l0, (т.е. чтобы увеличить или уменьшить его размеры в два раза).
93. Механическим напряжением называют отношение модуля силы упругости F к площади поперечного сечения S тела:
[]=Па=Н/м2.
94. Максимальное механическое напряжение, при котором ещё выполняется закон Гука, называется пределом пропорциональности или пределом упругости.
95. Свойство тела восстанавливать свою форму и размеры после снятия механического напряжения называется упругостью.
96. Свойство тела сопротивляться внешним силам, не разрушаясь, называется прочностью.
97. Максимальное механическое напряжение, при котором тело ещё не разрушается, называется пределом прочности.
98. Свойство тела препятствовать проникновению в них других тел называется твёрдостью.
99. Свойство тел разрушаться при малых деформациях называется хрупкостью.
Механические колебания и волны
100. Колебательным процессом (колебанием) называется такое изменение состояния системы, при котором значения параметров состояния последовательно отклоняются то в одну, то в другую сторону от некоторого значения.
101. Свободные колебания - это колебания, которые совершаются под действием внутренних сил, пропорциональных смещению и направленных к положению равновесия. Они совершаются за счет первоначально сообщенной энергии при последующем отсутствии внешних воздействий на колебательную систему.
102. Гармоническими называются колебания, при которых величины, описывающие систему, изменяются по закону синуса или косинуса. Этими величинами могут быть: координата точки, энергия, напряжённость электрического поля, индукция магнитного поля, скорость и т.д.
103. Уравнение гармонических колебаний:
где х - значение изменяющейся величины в данный момент времени, хm - амплитуда колебаний, ? циклическая частота, 0 - начальная фаза.
104. Амплитуда колебаний - это модуль максимального отклонения изменяющейся величина от положения равновесия.
105. Частота - это число колебаний за единицу времени (обычно за секунду). В системе СИ частота измеряется в герцах (Гц).
106. Циклическая частота - это число колебаний за 2 секунд. В системе СИ циклическая частота измеряется в с-1.
107. Период колебаний T - это время, за которое совершается одно полное колебание. В системе СИ период измеряется в секундах (с).
108. Связь периода, частоты и циклической частоты колебаний
109. Значение выражения (t + 0), стоящего под знаком косинуса или синуса в уравнении гармонических колебаний и определяющего при постоянной амплитуде состояние колебательной системы в данный момент времени, называется фазой колебаний. Фаза колебаний в системе СИ измеряется в радианах (рад).
110. Скорость колеблющейся точки
111. Максимальная скорость колеблющейся точки:
112. Ускорение колеблющейся точки
113. Максимальное ускорение колеблющейся точки
114. Сила, действующая на колеблющуюся материальную точку
115. Полная энергия материальной точки, совершающей гармонические колебания
116. Математическим маятником называется материальная точка, подвешенная на длинной, невесомой и нерастяжимой нити. При выведении из положения равновесия такая система совершает колебания под действием силы тяжести.
117. Период колебаний математического маятника равен
где l -длина математического маятника, g - ускорение свободного падения.
118. Период колебаний пружинного маятника:
где m - масса маятника, k - коэффициент упругости пружины.
119. Затухающими называются колебания, амплитуда которых уменьшается с течением времени.
120. Вынужденными называются колебания, которые происходят под влиянием внешних периодических воздействий. Вынужденные колебания происходят с частотой внешних периодических воздействий.
121. Автоколебания - это незатухающие колебания, существующие за счёт постоянного источника энергии, который периодически включается и выключается самой колебательной системой в нужные моменты времени для пополнения запаса энергии.
122. Резонанс - это явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний, когда частота внешних периодических воздействий совпадает с частотой собственных колебаний колебательной системы.
123. Волна - это процесс распространения колебаний в материальной среде.
124. Фронт волны - это поверхность, которая отделяет область пространства, уже вовлечённую в волновой процесс, от области пространства, в которой колебания ещё не возникли.
125. Волновой поверхностью называется геометрическое место точек, колеблющихся в одинаковой фазе.
126. Волны называют поперечными, если колебания в них происходят перпендикулярно направлению распространения волны.
127. Волны называют продольными, если колебания в них происходят вдоль направления их распространения.
128. Поперечные волны распространяются только в твёрдых телах и вдоль границ раздела сред с различными физическими свойствами, например, на границе между водой и воздухом (на поверхности воды), т.к. за механизм их возникновения ответственна деформация сдвига, которая возможна только в твёрдых телах или на границе раздела сред, обладающей упругими свойствами. Примером поперечных волн могут служить электромагнитные волны, волны на поверхности воды.
129. Продольные волны могут существовать в любых средах, т.к. за механизм их возникновения ответственна деформация растяжения-сжатия, которая может возникать в любых средах. Примером продольных волн могут служить звуковые волны в воздухе.
130. Расстояние , на которое распространяется волна за один период называется длиной волны. Или другое определение: кратчайшее расстояние между точками, колеблющимися в одинаковой фазе, называется длиной волны .
131. Волны, частота которых лежит в диапазоне от 16 Гц до 20 кГц, называются звуковыми или акустическими.
132. Скорость звука в воздухе порядка 340 м/с. Она изменяется в зависимости от температуры, плотности, влажности, атмосферного давления. Чем выше плотность среды, тем больше скорость звука. Например, в твёрдых телах она составляет тысячи м/с.
133. Громкость звука зависит от амплитуды колебаний частиц в волне. Чем больше амплитуда колебаний, тем выше громкость звука.
134. Высота тона зависит от частоты. Чем выше частота, тем выше тон.
135. Принцип суперпозиции волн: при распространении в среде нескольких волн каждая из них распространяется так, как будто другие волны отсутствуют, а результирующее смещение частиц среды в любой момент времени равно геометрической сумме смещений, которые получают частицы, участвуя в каждом из слагающих волновых процессов.
136. Когерентность - согласованное протекание во времени и пространстве нескольких колебательных или волновых процессов.
137. Когерентные волны - это волны одинаковой частоты, разность фаз которых в процессе распространения остается постоянной во времени.
138. Интерференция волн - сложение когерентных волн, при котором в разных точках пространства получается устойчивая картина усиления или ослабления амплитуды результирующей волны.
139. Условия интерференционных максимумов: разность хода волн равна чётному числу длин полуволн или целому числу длин волн.
где r - разность хода волн, - длина волны, k = 0,1,2,...
140. Условия интерференционных минимумов: разность хода волн равна нечётному числу длин полуволн.
где r - разность хода волн, - длина волны, k = 0,1,2,...
141. Разность фаз двух когерентных волн в данной точке
где r1 и r2 – расстояния точки от источников когерентных волн; r2-r1=r - разность хода волн.
142. Инфразвук - волны с частотами меньше 16 Гц.
143. Ультразвук - волны с частотами больше 20 кГц.
144. Интенсивность звука - величина, определяемая средней по времени энергией, переносимой звуковой волной за 1 с через площадку 1 м2, перпендикулярную направлению распространению волны.
Молекулярная физика. Тепловые явления
145. Молекулярная физика - раздел физики, изучающий строение и свойства вещества, исходя из молекулярно-кинетических представлений о его строении.
146. Основные положения молекулярно-кинетической теории:
1) Все тела состоят из атомов, молекул и ионов, имеющих в свою очередь сложное строение.
2) Атомы, молекулы и ионы находятся в непрерывном хаотическом движении, называемом тепловым. Скорость этого движения зависит от температуры.
3) Между атомами и молекулами существуют силы взаимного притяжения и отталкивания.
147. Экспериментальным подтверждением справедливости первых двух положений являются диффузия, броуновское движение, растворимость и др. Подтверждением справедливости третьего положения служит явление возникновения сил упругости при деформации тел.
148. Диффузия - это явление самопроизвольного проникновения молекул одного вещества в промежутки между молекулами другого вещества, происходящее в результате теплового движения.
149. Броуновское движение - это движение мельчайших макроскопических тел (пылинок, цветочной пыльцы, частичек туши и т.д.) под действием ударов со стороны молекул жидкости или газа.
150. Диаметр молекул имеет порядок 10-10 м, а масса - 10-26 кг.
151. Количество вещества - величина, равная числу структурных элементов (атомов, молекул, ионов), составляющих систему.
где N - число частиц, NA - постоянная Авогадро, m – масса вещества, - молярная масса вещества. Единицей количества вещества является 1 моль.
152. 1 моль - это порция молекул, равная числу Авогадро. Более точное определение 1 моля: это порция молекул или других структурных единиц вещества, в которой содержится столько же молекул или других структурных единиц, сколько их содержится в 0,012 кг углерода.
153. Молярная масса - это масса одного моля данного вещества. Единицей молярной массы является кг/моль.
154. Относительная молекулярная масса – это величина численно равная отношению массы молекулы данного вещества к 1/12 массы изотопа атома углерода 6С12. Измеряется в углеродных единицах (у. ед) или атомных единицах (а.е.м.)
155. Число N молекул в теле массой m можно подсчитать по формуле:
где - количество вещества, NА - число Авогадро, - молярная масса вещества, из которого состоит тело.
156. Идеальным называется газ, потенциальная энергия взаимодействия, между молекулами которого равна нулю.
157. Основное уравнение МКТ:
где
n
- число молекул в единице объёма
(концентрация),
m
- масса молекулы,
-
средний квадрат скорости.
158. Другой вид основного уравнения МКТ
где
p
-
давление,
- средняя кинетическая энергия молекул.
159. Средняя квадратичная скорость молекул
где – молярная масса вещества, m0 – масса молекулы, T – абсолютная температура.
160. Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекулы идеального газа
161. Зависимость давления газа от концентрации молекул и температуры:
162. Температура - величина, характеризующая состояние термодинамического (теплового) равновесия макроскопической системы.
163. Абсолютный нуль температуры - это предельная температура, при которой давление идеального газа обращается в нуль при фиксированном объёме или объём идеального газа стремится к нулю при неизменном давлении.
Можно сформулировать иначе: Абсолютный нуль температуры - это предельная температура, при которой прекращается поступательное движение молекул.
164. Абсолютная (термодинамическая) шкала - это шкала температур, в которой за начало отсчета принят абсолютный нуль. Единица температуры в этой шкале - кельвин (К), величина которого совпадает с градусом Цельсия. В шкале Цельсия абсолютный нуль равен -273,15С. Связь между абсолютной температурной шкалой и шкалой Цельсия выражается формулой
165. Уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева-Клапейрона):
где р - давление, V - объём, R=8,31 Дж/(мольК) - универсальная газовая постоянная, T - абсолютная температура, - молярная масса газа. Или
где - плотность газа.
166. Уравнение Клапейрона или объединённый газовый закон:
167. Изотермическим называется процесс, протекающий при постоянной температуре. Если при этом масса газа не изменяется, то процесс подчиняется закону Бойля-Мариотта. Формулировка закона: Для данной массы газа произведение давления на объём при постоянной температуре есть величина постоянная.
Или
168. Изобарным называется процесс, протекающий при постоянном давлении. Если масса газа не меняется, то процесс подчиняется закону Гей-Люссака: Для данной массы газа при постоянном давлении отношение объёма к абсолютной температуре есть величина постоянная.
Или
169. Изохорным называется процесс, протекающий при постоянном объёме. Если масса газа постоянна, то процесс подчиняется закону Шарля: Для данной массы газа при постоянном объёме отношение давления к абсолютной температуре есть величина постоянная.
Или
170. Давление смеси газов равно сумме парциальных давлений, созданных каждым газом.
Этот закон известен под названием "закон Дальтона".
171. Термодинамика - это раздел физики, в котором рассматриваются тепловые явления с точки зрения происходящих в них преобразований энергии.
172. Внутренняя энергия - это сумма кинетической энергии хаотического движения молекул, потенциальной энергии их взаимодействия и внутримолекулярной энергии молекул, из которых состоит тело.
173. Внутреннюю энергию тел можно изменить двумя способами: теплообмен и совершение работы. Признаком изменения внутренней энергии тела является изменение его температуры и (или) агрегатного состояния.
174. Внутренняя энергия одноатомного, идеального газа определяется по формуле:
175. Изменение внутренней энергии одноатомного газа можно подсчитать по формуле:
где m - масса газа, - молярная масса газа.
176. Теплообмен бывает трёх видов: лучеиспускание, конвекция, теплопередача. Лучеиспускание - это теплообмен с помощью электромагнитных волн теплового диапазона. Конвекция - это теплообмен, осуществляемый при перемешивании жидкостей или газов, имеющих разную температуру, Теплопередача -это форма передачи энергии, при которой осуществляется непосредственный обмен энергией между хаотически движущимися молекулами тел при их тепловом контакте.
177. Количество теплоты - это энергия, которую тело получает или отдаёт при теплообмене.
178. Теплоёмкость тела - это величина равная количеству теплоты, которое надо передать телу для изменения его температуры на 1 кельвин.
Теплоёмкость тела измеряется в Дж/К. Количество теплоты, которое надо сообщить телу с теплоёмкостью С вычисляется по формуле
179. Удельная теплоёмкость - это величина численно равная количеству теплоты, которую надо сообщить веществу массой 1 кг для изменения его температуры на 1 кельвин.
Удельная теплоёмкость измеряется в Дж/(кгК). Теплоёмкость тела связана с удельной теплоёмкостью вещества, из которого оно изготовлено, формулой
180. Закон сохранения энергии в тепловых процессах (первый закон термодинамики): количество теплоты, переданное телу, идёт на увеличение его внутренней энергии и на совершение работы против внешних сил.
181. Применение первого закона термодинамики к изопроцессам.
1) Изотермический (Т=const)
т.к. U=0, т.е. количество теплоты, переданное системе, идёт на совершение работы против внешних сил;
2) Изобарный (p=const)
т.е. количество теплоты, переданное системе, идёт на совершение работы против внешних сил и на изменение её внутренней энергии;
3) Изохорный (V=const)
т.е. количество теплоты, переданное системе, идёт на изменение её внутренней энергии.
4) Адиабатным называется процесс, протекающий без теплообмена с окружающей средой (Q=0). Закон сохранения энергии для него имеет вид:
т.е. работа против внешних сил совершается за счёт убыли внутренней энергии.
182. Работа расширения газа при постоянном давлении вычисляется по формуле:
где V2 и V1 - конечный и начальный объёмы газа, р - давление. Т.к.
то
где T2 - температура газа в конечном состоянии, T1 - температура газа в начальном состоянии, - молярная масса, R - универсальная газовая постоянная.
183. Тепловой двигатель (тепловая машина) - это устройство, совершающее работу за счёт уменьшения внутренней энергии рабочего тела.
184. Любая тепловая машина состоит из трёх частей: нагревателя, холодильника и рабочего тела.
185. Тепловой коэффициент полезного действия тепловой машины равен:
где Q1 - количество теплоты, полученной от нагревателя, Q2 - количество теплоты, отданной холодильнику, A ? механическая работа.
186. Формула Карно для идеальной тепловой машины:
где Т1 - температура нагревателя, Т2 - температура холодильника, - КПД.
187. Плавление - это процесс перехода вещества из твёрдого состояния в жидкое при температуре плавления.
188. Процесс превращения жидкости в твёрдое кристаллическое состояние называется кристаллизацией.
189. Удельная теплота плавления - это количество теплоты, необходимое для превращения 1 кг твёрдого кристаллического вещества из твёрдого состояния в жидкое, при температуре плавления.
Удельная теплота плавления измеряется в Дж/кг .
190. Парообразование - это процесс перехода вещества из твёрдого или жидкого состояния в газообразное.
191. Испарение - это процесс парообразования, происходящий с открытой поверхности жидкости или твёрдого тела.
192. Сублимация (возгонка) – это переход твёрдого вещества в газообразное, минуя жидкое состояние.
193. Кипение - это процесс парообразования, происходящий не только с открытой поверхности жидкости, но и по всему её объёму внутрь пузырьков газа, растворённого в жидкости. Для каждой жидкости существует своя температура кипения. Жидкость кипит при такой температуре, при которой давление её насыщенных паров равно атмосферному давлению.
194. Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным.
195.Точка росы - температура, при которой пар переходит в состояние насыщения.
196. Процесс перехода вещества из газообразного состояния в жидкое, называется конденсацией.
197. Количество теплоты, которое необходимо для превращения единицы массы жидкости в пар, называется удельной теплотой парообразования и конденсации
Удельная теплота парообразования измеряется в Дж/кг.
198. Абсолютная влажность - это парциальное давление (плотность) водяных паров в атмосфере.
199. Относительная влажность - это величина равная отношению абсолютной влажности к давлению (плотности) насыщенного пара при данной температуре.
Основы электродинамики
Электростатика
200. Элекростатика - раздел электродинамики, изучающий взаимодействия неподвижных электрических зарядов и свойств постоянных электрических полей.
201. Электрический заряд - это физическая величина, характеризующая интенсивность электромагнитного взаимодействия. Электрический заряд измеряется в кулонах (Кл).
202. Существует два вида зарядов - положительные и отрицательные. Заряд, которым обладает электрон, называют отрицательным, а заряд протона положительным.
203. Элементарный электрический заряд – е=1,610-19 Кл. Это - минимальная порция электрического заряда
204. Разноимённые заряды притягиваются, а одноимённые отталкиваются.
205. Точечным зарядом называют заряд, сосредоточенный на точечном теле, т.е. теле, размерами которого в условиях задачи можно пренебречь.
206. Закон Кулона: Модуль силы взаимодействия между точечными электрическими зарядами прямо пропорционален произведению модулей этих зарядов и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними
где - диэлектрическая проницаемость среды, в которой находятся заряды, 0 - электрическая постоянная.
207. Закон сохранения электрического заряда: алгебраическая сумма электрических зарядов в электрически изолированной системе есть величина постоянная.
208. Электрическое поле - это один из видов материи. Оно создаётся электрическими зарядами и обнаруживается по действию на электрические заряды с некоторой силой.
209. Напряжённость электрического поля - это физическая величина равная отношению силы, действующей на пробный, положительный заряд, помещённый в данную точку поля, к величине этого заряда:
Напряжённость электрического поля измеряется в Н/Кл=В/м.
210. Вектор напряжённости электрического поля совпадает по направлению с вектором силы, действующей на пробный, положительный заряд, помещённый в данную точку поля.
211. Напряжённость электрического поля точечного заряда вычисляется по формуле:
где r - расстояние от заряда до точки поля, - диэлектрическая проницаемость среды, в которой находится заряд , 0 - электрическая постоянная.
212. Линиями напряжённости электрического поля называют линии, касательные к которым в любой точке совпадают по направлению с вектором напряжённости. Линии напряжённости используются для графического изображения полей.
213. Принцип суперпозиции полей: Если поле создано не одним, а несколькими зарядами, то вектор напряжённости результирующего поля равен геометрической сумме напряжённостей полей, созданных этими зарядами.
214. Однородным называют электрическое поле, во всех точках которого вектор напряжённости одинаков по величине и направлению.
215. Поверхностной плотностью электрических зарядов называют отношение заряда, сосредоточенного на поверхности, к площади этой поверхности.
Поверхностная плотность измеряется в Кл/м2.
216. Напряженность поля, создаваемого равномерно заряженной бесконечной плоскостью.
217. Напряженность поля в плоском конденсаторе
218. Диэлектрическая проницаемость диэлектрика - это число, показывающее во сколько раз напряжённость электрического поля в вакууме больше, чем в данном веществе.
Диэлектрическая проницаемость - величина безразмерная.
219. Вещества, в молекулах которых разноимённые заряды пространственно разделяются, оставаясь связанными, называются диэлектриками.
220. Неполярными называют молекулы, в которых электроны и ядра атомов в отсутствии внешнего поля расположены так, что молекула в окружающем пространстве не создаёт собственного электрического поля.
221. Полярными называют диэлектрики, в молекулах которых заряды электронов и ядер смещены относительно друг друга и в отсутствии внешнего электрического поля.
222. Потенциалом поля в данной точке называется величина, равная отношению потенциальной энергии заряда в данной точке поля, к величине этого заряда.
Потенциал электрического поля измеряется в вольтах (В). 1 В = Дж/Кл.
Потенциал поля - величина скалярная. Потенциал поля положительного заряда принято считать положительным, а отрицательного - отрицательным.
223. Если поле создано несколькими зарядами, то потенциал суммарного поля в данной точке равен алгебраической сумме потенциалов полей, созданных отдельными зарядами.
224. Потенциал поля, созданного точечным зарядом в данной точке, можно рассчитать по формуле
225. Потенциальная энергия взаимодействия электрических зарядов может быть вычислена по формуле
226. Потенциальным электрическим полем называется такое поле, в котором работа по перемещению электрического заряда по замкнутой траектории равна нулю. Примером потенциального поля является поле неподвижных электрических зарядов. Линии напряжённости потенциального поля незамкнутые. Они начинаются на положительных зарядах или приходят из бесконечности, а заканчиваются на отрицательных зарядах или уходят в бесконечность.
227. Разностью потенциалов между двумя точками поля называется физическая величина равная отношению работы по перемещению заряда из одной точки поля в другую, к величине этого заряда.
В электростатическом поле разность потенциалов равна напряжению. Разность потенциалов и напряжение измеряются в вольтах (В).
228. Работа по перемещению электрического заряда из одной точки поля в другую может быть вычислена по формуле:
где 1 - потенциал поля в начальной точке перемещения, 2 - потенциал поля в конечной точке перемещения.
229. Напряжение между двумя точками однородного поля и напряжённость связаны между собой соотношением:
где d - кратчайшее расстояние между эквипотенциальными поверхностями, на которых находятся точки поля.
230. Электроёмкость - это физическая величина, численно равная отношению заряда тела к его потенциалу.
Электроёмкость измеряется в фарадах (Ф).
231. 1 фарад - это электроёмкость такого проводника, потенциал которого изменяется на 1 вольт при изменении заряда на 1 Кл.
232. Конденсатор - это радиотехническое устройство, предназначенное для накапливания электрических зарядов. В простейшем случае он представляет собой две разноимённо заряженные пластины, разделённые слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами пластин.
233. Электроёмкость конденсатора - это физическая величина равная отношению заряда конденсатора к напряжению между его обкладками:
234. Электроёмкость плоского конденсатора определяется по формуле:
где - диэлектрическая проницаемость диэлектрика, 0 - электрическая постоянная, S - площадь одной из пластин, d - расстояние между пластинами.
235. Электроёмкость сферы
где R - радиус сферы.
236. При параллельном соединении конденсаторов:
237. При последовательном соединении конденсаторов:
238. Энергия электрического поля заряженного конденсатора:
239. Объемная плотность энергии электростатического поля - энергия поля в единице объема
Постоянный электрический ток
240. Электрический ток - это направленное движение электрически заряженных частиц. За направление тока принято направление движения положительно заряженных частиц.
241. Постоянный ток - это ток, сила и направление которого не изменяются со временем.
242. Сила тока - это величина, равная отношению заряда, протекшего через поперечное сечение проводника за некоторый промежуток времени, к величине этого промежутка.
В системе СИ сила тока измеряется в амперах (А).
1 Ампер - это сила такого не изменяющегося тока, который при пропускании его по 2 проводникам бесконечной длины и ничтожно малого сечения, находящимся в вакууме на расстоянии 1 метр друг от друга, вызывает силу взаимодействия между ними 210-7 Н на каждый метр длины.
243. Для существования электрического тока необходимо выполнение двух условий:
1) наличие электрического поля;
2) наличие свободных носителей зарядов.
244. Сила тока связана со скоростью движения носителей заряда соотношением:
где q - заряд носителя зарядов, n - число носителей заряда в единице объёма (концентрация), S - площадь поперечного сечения проводника, v - средняя скорость упорядоченного движения носителей заряда под действием электрического поля.
245. Закон Ома для участка цепи: сила тока в однородном участке цепи прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.
Сопротивление проводников в системе СИ измеряется в омах (Ом). 1 Ом - это сопротивление такого проводника, в котором при напряжении в 1 В возникает ток силой в 1 А.
246. Сопротивление проводника можно вычислить по формуле:
где - удельное сопротивление, l - длина проводника, S - площадь поперечного сечения.
247. Удельным сопротивлением материала проводника называется величина, численно равная сопротивлению куба с ребром 1 метр, изготовленного из данного материала, при его подключении противоположными гранями. Удельное сопротивление измеряется в Омм.
248. Плотнсть тока - это физическая величина, равная отношению силы тока, текущего в проводнике, к площади его поперечного сечения.
Плотность тока измеряется в A/м2. Плотность тока величина векторная. Вектор плотности тока совпадает по направлению с вектором напряжённости электрического поля.
где n - концентрация носителей зарядов, q - заряд носителя, v - скорость упорядоченного движения носителей заряда под действием электрического поля.
249. При последовательном соединении проводников:
250. При параллельном соединении проводников:
251. Работа тока:
252. Мощность тока:
253. Закон Джоуля-Ленца: количество теплоты, которое выделяется в проводнике при пропускании электрического тока равно произведению квадрата силы тока, протекающего по проводнику, на сопротивление проводника и на время протекания электрического тока.
254. Электродвижущая сила (ЭДС) - это физическая величина, равная отношению работы сторонних сил по перемещению заряда по замкнутой цепи, к величине этого заряда.
ЭДС в системе СИ измеряется в вольтах.
255. Закон Ома для замкнутой цепи: cила тока в замкнутой цепи прямо пропорциональна ЭДС источника и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи.
где r - внутреннее сопротивление источника тока, R - общее сопротивление внешнего участка цепи.
256. Короткое замыкание цепи - это такой режим работы источника тока, при котором сопротивление внешнего участка цепи стремится к нулю.
257. Сила тока при коротком замыкании равна
258. Мощность, выделяющаяся во внешней цепи, будет максимальной в том случае, когда сопротивление внешней цепи будет равно внутреннему сопротивлению источника тока, т.е. при
259. Сопротивление проводников зависит от температуры по закону, выраженному формулой
где R0 - сопротивление проводника при 00С, R - сопротивление проводника при температуре t, ? температурный коэффициент сопротивления. Температурный коэффициент сопротивления измеряется в К-1. Температурный коэффициент сопротивления равен относительному изменению сопротивления при изменении температуры на 1 К.
260. Сверхпроводимость-это такое состояние вещества проводника, при котором его сопротивление становится равным нулю. Наблюдается это явление при температурах близких к абсолютному нулю.
261. Свободными носителями зарядов в металлах являются электроны.
262. Основные положения электронной теории проводимости металлов:
1) Свободные электроны ведут себя как молекулы идеального газа. Они не взаимодействуют друг с другом и обладают только кинетической энергией;
2) Свободные электроны в процессе своего хаотического движения сталкиваются не между собой (как молекулы идеального газа), а с ионами кристаллической решётки. При этом они полностью отдают свою кинетическую энергию кристаллической решётке;
3) Движение свободных электронов в металле подчиняется законам классической механики.
263. Электролиты - это вещества, растворы и расплавы которых проводят электрический ток. Носителями зарядов в электролитах являются положительные и отрицательные ионы.
264. Электролитическая диссоциация - это распад молекул электролита на ионы под влиянием электрических полей молекул растворителя.
265. Электролиз - это явление выделения вещества на электродах при пропускании тока через электролит.
Другая формулировка: Электролиз - это совокупность электрохимических процессов, происходящих на электродах, погруженных в электролит, при прохождении через него электрического тока.
266. Рекомбинация - это процесс образования нейтральных молекул из ионов.
267.Закон Фарадея для электролиза: Масса вещества, выделившегося на электроде при электролизе, прямо пропорциональна заряду, протекшему через электролит.
где k - электрохимический эквивалент вещества, выделяющегося на электроде, измеряется в кг/Кл и численно равен массе вещества, выделившегося на электроде при пропускании заряда в 1 Кл.
где - молярная масса, е - элементарный заряд, NА - число Авогадро, n - валентность.
268. Газовый разряд - это процесс протекания электрического тока через газ. Обычно газовый разряд сопровождается излучением атомами и ионами фотонов света, т.е. частиц света.
269. Несамостоятельным называют разряд, который происходит под действием внешнего ионизатора (пламя свечи, рентгеновское, ультрафиолетовое, радиоактивное излучения и т.д).
270. Ионизация молекул газа - это процесс выбивания электронов из нейтральных молекул при их соударениях, при соударении свободных электронов с нейтральными молекулами, при взаимодействии с электромагнитными и радиоактивными излучениями и т.д.
271. Рекомбинация молекул газа - это процесс образования нейтральных молекул из электронов и положительных ионов.
272. Носителями зарядов в газах являются электроны и ионы, которые появляются в результате ионизации. Но главную роль в проводимости газов играют электроны, т.к. электроны движутся со значительно большими скоростями, чем ионы.
273. Самостоятельным называется газовый разряд, протекающий в отсутствии внешнего ионизатора. При самостоятельном разряде положительные ионы приобретают большую скорость и, ударяясь о катод, выбивают из него электроны, которые в процессе своего движения к аноду ионизируют нейтральные атомы газа, порождая тем самым новые носители зарядов. Катод может испускать электроны не только в результате ударов ионов, но и в результате явления термоэлектронной эмиссии, которая происходит с катода при его нагревании.
274. Плазма - это такое состояние вещества, при котором атомы и молекулы находятся в частично или полностью ионизированном состоянии. В плазме концентрация положительных и отрицательных ионов одинакова.
275. Вакуум - это такое состояние вещества в сосуде, когда молекулы пролетают от одной его стенки до другой, не сталкиваясь друг с другом
276. Термоэлектронная эмиссия - это явление вылетания электронов с поверхности металлов и их окислов при нагревании. Явление термоэлектронной эмиссии используется для создания носителей зарядов в электровакуумных приборах.
277. Полупроводники - это группа веществ, представители которой по своей проводимости занимают промежуточное положение между металлами и диэлектриками. Их главное отличие от металлов состоит в характере зависимости электрического сопротивления от температуры. Сопротивление металлов при нагревании медленно растёт, а сопротивление полупроводников быстро уменьшается. Сопротивление диэлектриков тоже при повышении температуры уменьшается. но эта зависимость начинает сказываться при температурах 800-10000С и выше, а у полупроводников эта зависимость проявляется при температурах близких к 00С. Типичные представители полупроводников: германий. кремний и ещё 10 химических элементов.
278. В полупроводниках в результате теплового движения некоторые электроны покидают ковалентные (парнозлектронные) связи и становятся свободными. На их месте оказываются вакансии, которые ведут себя как положительно заряженные частицы. Их называют дырками. Таким образом, носителями свободных зарядов в полупроводниках являются электроны и дырки. В чистых (без примесей) полупроводниках их концентрация одинакова.
279. Собственной называется проводимость полупроводников, которая возникает в результате образования электронов и дырок при ионизации атомов полупроводника.
280. При введении в чистый полупроводник небольшого количества атомов примеси его проводимость сильно увеличивается. Если в кристаллическую решётку ввести атомы примеси с валентностью больше 4, в полупроводнике образуются свободные электроны, которые появляются в результате ионизации атомов примеси. Если в кристаллическую решётку ввести атомы примеси с валентностью меньшей 4, то для образования завершённых ковалентных связей у атомов примеси не будет хватать электронов, т.е. в ковалентных связях атомов примеси появятся вакансии, называемые дырками.
281. Проводимость, обусловленная носителями зарядов, появившимися в результате введения примесей, называется примесной.
282. Примеси, валентность которых больше 4, дающие электронную проводимость называют донорами, а возникающую при этом проводимость - донорной, или n-типа.
283. Примеси, валентность которых меньше 4, дающие дырочную проводимость, называют акцепторами, а проводимость акцепторной или p-типа.
284. Практическое применение получил контакт между полупроводниками с разной проводимостью. Этот контакт получил название p-n-перехода. Он обладает односторонней проводимостью и является основной частью полупроводниковых приборов: диодов, транзисторов, микросхем.
Магнитное поле. Электромагнитная индукция
285. Магнитное поле - это вид материи, которая порождается движущимися электрическими зарядами и обнаруживается по действию на движущиеся электрические заряды с некоторой силой.
286. Индукция магнитного поля - это физическая величина, равная отношению максимального вращательного момента сил, действующего на рамку с током, помещённую в магнитное поле, к произведению силы тока в рамке на площадь, ограниченную этой рамкой.
Магнитная индукция измеряется в тесла (Тл)
Второй вариант определения. Индукция магнитного поля - это физическая величина, численно равная отношению максимальной силы, действующей на прямой проводник с током, помещённый в магнитное поле, к произведению силы тока в проводнике на его длину.
287. За направление вектора индукции магнитного поля В принимают направление положительной нормали к рамке с током, помещённой в магнитное поле, при её свободном расположении в этом поле. Направление положительной нормали связано с направлением тока в контуре правилом правого винта.
288. Правило правого винта: винт располагаем так, чтобы при его вворачивании в плоскость рамки вращение головки совпадало с направлением тока в рамке. При этом направление острия винта указывает направление вектора индукции магнитного поля.
289. Во втором определении направление вектора B задаётся правилом левой руки. Левую руку располагаем так, чтобы четыре вытянутых пальца были направлены по направлению тока в проводнике, большой, отогнутый на 900, палец совпадал с направлением максимальной силы, действующей на проводник, тогда вектор индукции магнитного поля будет перпендикулярен ладони.
290. Магнитный момент контура - это величина, равная произведению силы тока в контуре на площадь, ограниченную этим контуром.
где I - сила тока в контуре, S - площадь ограниченная контуром.
Вектор магнитного момента совпадает по направлению с вектором положительной нормали к контуру, которая связана с направлением тока в контуре правилом правого винта.
291. Закон Ампера: Сила, действующая на проводник с током, помещённый в магнитное поле, равна произведению модуля вектора индукции магнитного поля на силу тока в проводнике, на длину проводника и на синус угла между направлением тока и вектором индукции магнитного поля.
292. Направление силы Ампера можно определить по правилу левой руки: левую руку располагаем так, чтобы вектор индукции магнитного поля был перпендикулярен ладони, четыре пальца были направлены по направлению тока, тогда, отогнутый на 90 градусов большой палец покажет направление силы Ампера.
293. Силовая линия магнитного поля это линия, касательная к которой в любой точке совпадает по направлению с вектором В индукции магнитного поля в этой точке.
294. Сила Лоренца: на электрический заряд, движущийся в магнитном поле со скоростью V, действует сила, модуль которой равен произведению величины этого заряда q, на модуль скорости его движения V, на модуль вектора индукции магнитного поля B и на синус угла между вектором скорости и вектором индукции магнитного поля.
295. Направление силы Лоренца можно определить по правилу левой руки: левую руку располагаем так, чтобы вектор индукции магнитного поля В был перпендикулярен ладони, четыре пальца были направлены по направлению вектора скорости v положительно заряженной частицы, тогда отогнутый на 90 градусов большой палец покажет направление силы Лоренца.
Если частица имеет отрицательный заряд, то вытянутые пальцы левой руки следует направить против направления вектора скорости v.
296. Радиус окружности, по которой со скоростью v, перпендикулярной В, движется в магнитном поле заряженная частица
297. Период обращения частицы – это время, затрачиваемое частицей на один полный оборот.
298. Магнитная проницаемость - это число, показывающее, во сколько раз индукция магнитного поля в веществе больше или меньше, чем в вакууме.
299. Ферромагнетики - это вещества, магнитная проницаемость которых значительно больше 1 и составляет сотни и даже тысячи единиц. Типичными представителями ферромагнетиков являются: железо, никель, кобальт и их сплавы.
300. Домены - это области в ферромагнетике размером порядка 10-5 см, имеющие собственные магнитные поля. В отсутствии внешнего магнитного поля магнитные поля доменов ориентированы произвольно, поэтому кусок ферромагнетика не намагничен. При помещении ферромагнетика во внешнее магнитное поле магнитные поля доменов ориентируются по внешнему полю. Их поля складываются и кусок ферромагнетика намагничивается, приобретая собственное магнитное поле, которое, в свою очередь, складывается с внешним магнитным полем, усиливая его в сотни и даже тысячи раз.
301. Парамагнетики - вещества, в которых вектор магнитной индукции собственного магнитного поля имеет одинаковое направление с вектором индукции намагничивающего поля.
302. Диамагнетики - вещества, в которых вектор индукции собственного магнитного поля направлен противоположно вектору магнитной индукции намагничивающего поля.
303. Электромагнитная индукция - это явление возникновения индукционного тока в замкнутом проводнике при изменении магнитного поля, пересекающего контур, ограниченный этим проводником.
304. Магнитный поток Ф - это скалярная величина, равная произведению модуля вектора индукции магнитного поля B на площадь поверхности S, которую пересекает магнитное поле, и на косинус угла между вектором нормали к контуру и вектором индукции магнитного поля.
Магнитный поток измеряется в веберах (Вб).
305. Поток вектора индукции магнитного поля замкнутого контура через площадь, ограниченную этим контуром прямо пропорционален силе тока в этом контуре
где L - индуктивность контура.
306. Индуктивность контура (катушки) - это величина, численно равная отношению потока вектора индукции магнитного поля через площадь, ограниченную этим контуром, к силе тока, протекающему по контуру и создающему это магнитное поле.
Единица индуктивности - генри (Гн). 1 Гн – это индуктивность такого проводника (катушки индуктивности), в котором ток силой в 1 А создаёт поток магнитной индукции в 1 Вб. 1 Тл - это индукция такого магнитного поля, которое будучи перпендикулярным к площадке в 1 м2 создаёт через неё поток в 1 Вб.
307. Закон Фарадея: ЭДС индукции, возникающая в контуре, прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока, пересекающего площадь, ограниченную этим контуром.
308. Правило Ленца: индукционный ток всегда имеет такое направление, при котором, изменение созданного им магнитного потока противодействует изменению магнитного потока , вызывающего этот ток.
309. ЭДС индукции на концах проводника, движущегося в магнитном поле, равна
где - угол между вектором В и вектором v движения проводника; В - модуль вектора индукции магнитного поля, l - длина проводника.
310. Самоиндукция - это явление возникновения ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении в нем силы тока.
311. Закон самоиндукции: ЭДС самоиндукции, возникающая в электрической цепи при изменении тока в той же цепи, прямо пропорциональна скорости изменения силы тока.
где L - индуктивность электрической цепи (катушки индуктивности).
312. Гипотеза Максвелла: во всех случаях, когда электрическое поле изменяется со временем, оно порождает магнитное поле.
313. Электромагнитное поле - это совокупность переменного электрического поля и неразрывно связанного с ним переменного магнитного поля.
314. Вихревым электрическим полем называют поле, которое порождается изменяющимся магнитным полем. Линии напряжённости вихревого электрического поля замкнутые. Работа по перемещению электрического заряда по замкнутому контуру в таком поле не равна нулю.
315. Энергия магнитного поля может быть вычислена по формуле:
где L - индуктивность, I - сила тока.
316. Колебательный контур - электрическая цепь, состоящая из включенных последовательно конденсатора емкостью С, катушки индуктивностью L и резистора сопротивлением R, в которой могут возникать электромагнитные колебания.
317. Идеальный колебательный контур- это электрическая цепь, состоящая из конденсатора и катушки индуктивности. Конденсатор в колебательном контуре служит для накапливания электрических зарядов, а катушка индуктивности - для создания переменной ЭДС самоиндукции, которая периодически перезаряжает конденсатор. В результате в колебательном контуре возникает периодическое изменение заряда и напряжения на обкладках конденсатора, силы тока и напряжения на катушке индуктивности и т.д., т.е. возникают электромагнитные колебания.
318. Период колебаний в колебательном контуре определяется по формуле
где L - индуктивность, С - электроёмкость. За механизм возникновения электромагнитных колебаний ответственно явление самоиндукции.
319. Полная электромагнитная энергия контура в любой момент времени
где Im - максимальная сила тока, Um - максимальное напряжение на конденсаторе.
320. Резонансом в электрическом колебательном контуре называется явление резкого возрастания амплитуды вынужденных электрических колебаний (напряжения U, силы тока I, напряжённости электрического поля Е, заряда конденсатора q и т.д.) при совпадении частоты внешнего переменного напряжения с собственной частотой колебательного контура.
321. Условие резонанса в колебательном контуре - индуктивное сопротивление равно емкостному, т.е.
где р - резонансная частота, L - индуктивность, С - ёмкость.
322. Электромагнитная волна - это процесс распространения в пространстве переменного электрического и, неразрывно связанного с ним, переменного магнитного полей. Электромагнитные волны распространяются в вакууме со скоростью 300 000 км/с. В веществе эта скорость меньше.
323. Свойства электромагнитных волн:
1) они отражаются от проводящих поверхностей;
2) на границе диэлектриков частично отражаются, а частично преломляются во второй диэлектрик;
3) им присущи явления интерференции и дифракции;
4) им присуще явление поляризации.
324. Модуляция - это процесс изменения по определённому закону амплитуды, частоты или фазы гармонических колебаний для внесения в колебательный процесс определённой информации.
325. Детектирование - это процесс выделения низкочастотных модулирующих сигналов из модулированных высокочастотных колебаний.
326. Переменным называется электрический ток, сила и направление которого изменяется с течением времени. Наибольшее распространение получил электрический ток, сила и напряжение которого изменяются по гармоническому закону.
327. Под действующим значением силы (напряжения, ЭДС) переменного тока подразумевают такое значение силы (напряжения, ЭДС) постоянного тока, при пропускании которого через проводник, в последнем выделяется такое же количество теплоты, что и при пропускании переменного тока.
328. Действующее или эффективное значение силы переменного тока, напряжения и ЭДС связаны с их максимальными значениями формулами:
329. ЭДС индукции, возникающая при вращении рамки в однородном магнитном поле
где В - индукция магнитного поля, S - площадь рамки, N - число витков в рамке, - угловая скорость вращения рамки, t - время. Максимальная ЭДС индукции
330. Индуктивное сопротивление
331. Емкостное сопротивление
332. Импеданс (полное сопротивление) электрической цепи при синусоидальных напряжениях и токе)
333. Закон Ома для цепи переменного тока
или
где Im и Um - амплитудные значения силы тока и напряжения. Iд и Uд - действующие значения силы тока и напряжения.
334. Мощность переменного тока:
335. Коэффициент мощности:
336. Трансформатором называют электротехническое устройство, служащее для увеличения или уменьшения напряжения переменного тока. В основе работы трансформатора лежит явление электромагнитной индукции.
337. Коэффициентом трансформации называется величина, равная отношению числа витков во вторичной обмотке трансформатора к числу витков в первичной или отношению напряжения на вторичной обмотке к напряжению на первичной обмотке.
Если k<1, то трансформатор понижающий, а если k>1, то трансформатор повышающий.
Оптика
338. Свет - это электромагнитные волны, длина волны которых лежит в диапазоне от 4,510-7м до 810-7м. Как и все электромагнитные волны, свет распространяется в вакууме со скоростью 300 000 км/с.
339. Геометрическая оптика - раздел оптики, в котором законы распространения света рассматриваются на основе представления о световых лучах.
340. Световой луч - линия, вдоль которой распространяется энергия световых электромагнитных волн.
341. Оптически однородная среда - среда, для которой показатель преломления везде одинаков.
342. Закон прямолинейного распространения света: свет в оптически однородной среде рраспространяется прямолинейно.
343. Скорость света в веществе связана со скоростью света в вакууме соотношением:
где n - абсолютный показатель преломления для этого вещества.
344. Закон отражения света: луч падающий, луч отражённый и перпендикуляр, опущенный в точку падения к границе раздела сред, лежат в одной плоскости. Угол падения равен углу отражения.
345. Закон преломления: луч падающий, луч преломлённый и перпендикуляр, опущенный в точку падения к границе раздела сред, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред и называется относительным показателем преломления второй среды относительно первой (n21 )
где - угол падения, - угол преломления. Углы падения и преломления отсчитываются от перпендикуляра к границе раздела сред.
346. Предельным углом полного внутреннего отражения называется такой угол падения из среды с большим показателем преломления на границу его раздела со средой с меньшим показателем преломления, при котором угол преломления равен 900.
347. Полное отражение может наблюдаться только при переходе луча света из среды с большим показателем преломления в среду с меньшим показателем преломления. Закон преломления для этого случая принимает вид:
где пр - предельный угол полного отражения; n1 - показатель преломления среды, из которой луч света падает на границу раздела сред; n2 - показатель преломления среды, в которую переходит преломлённый луч.
348. Абсолютный показатель преломления - это число, показывающее во сколько раз скорость света в вакууме больше, чем в данном веществе.
где с - скорость света в вакууме, v - скорость света в веществе.
349. Относительным показателем преломления n21 называется отношение абсолютного показателя второй среды к абсолютному показателю преломления первой среды. Относительный показатель преломления показывает, во сколько раз скорость света во второй среде меньше, чем в первой.
350. Линза - это прозрачное тело, ограниченное с двух сторон сферическими поверхностями или сферической поверхностью и плоскостью.
351. Собирающая линза - это линза, у которой середина толще, чем края.
352. Рассеивающая линза - это линза, у которой края толще , чем середина.
353. Главная оптическая ось линзы - это прямая линия, проведённая через центры сферических поверхностей, ограничивающих линзу.
354. Оптический центр линзы - точка, лежащая на главной оптической оси и обладающая тем свойством, что лучи, проходящие через нее, не преломляются.
355. Фокусом линзы называется точка, в которой пересекаются лучи, пущенные параллельно главной оптической оси.
356. Формула тонкой линзы:
где d - расстояние от предмета до линзы; f - расстояние от линзы до изображения; F - расстояние от линзы до фокуса (фокусное расстояние). Для рассеивающей линзы формула тонкой линзы имеет вид
357. Величина обратная фокусному расстоянию называется оптической силой линзы.
Оптическая сила линзы измеряется в диоптриях (дптр.) Оптическая сила рассеивающей линзы отрицательна. 1 дптр - это оптическая сила линзы с фокусным расстоянием 1 м.
358. Оптическая сила тонкой линзы
где n - относительный показатель преломления линзы, R1 и R2 – радиусы кривизны поверхностей (R>0 для выпуклой поверхности, R<0 для вогнутой).
359. Увеличением линзы называется отношение линейного размера изображения к линейному размеру предмета
где Н - размер изображения, h - размер предмета.
360. Для построения изображения в линзах используются свойства трёх лучей:
1) Луч, идущий от точки параллельно главной оптической оси, после преломления в линзе проходит через её второй фокус;
2) Луч, проходящий через оптический центр линзы, не преломляется.
3) Луч, прошедший через первый фокус линзы, после преломления в ней, идёт параллельно главной оптической оси.
Если линза рассеивающая, то после преломления в ней, луч параллельный главной оптической оси, будет отклоняться к её краю так, что его продолжение пройдёт через фокус.
Элементы волновой оптики
361. Волновая оптика - раздел оптики, изучающий оптические явления, в которых проявляется волновая природа света.
362. Интерференция- это сложение когерентных волн, вследствие которого наблюдается устойчивая во времени картина усиления или ослабления результирующих световых колебаний в различных точках пространства.
363. Волны называются когерентными, если они имеют одинаковую частоту и амплитуду, а разность фаз между ними в любой точке пространства не изменяется с течением времени.
364. Условие интерференционного максимума: разность хода волн равна чётному числу длин полуволн или целому числу длин волн.
где k - числа 1,2,3,…, - длина волны, - разность хода волн, т.е. разность расстояний от источников когерентных волн до точки наблюдения.
365. Условие интерференционных минимумов: разность хода волн равна нечётному числу длин полуволн.
366. Принцип Гюйгенса - каждая точка, до которой доходит волна, служит центром вторичных волн, а огибающая этих волн дает положение волнового фронта в следующий момент времени.
367. Дифракция волн - это явление огибания волнами препятствий, размеры которых соизмеримы с длиной волны.
368. Дифракционная решётка - это оптический прибор, представляющий собой прозрачную пластинку, на которую нанесены прозрачные и непрозрачные параллельные линии. Суммарная ширина двух соседних, прозрачных и непрозрачных линий называется постоянной (периодом) дифракционной решётки d.
369. Условие главных максимумов для дифракционной решётки:
где d - постоянная (период) дифракционной решётки, - угол дифракции, - длина волны, k - номер дифракционного максимума.
370. Дисперсия света - это физическое явление, сущность которого заключается в зависимости показателя преломления вещества (или скорости распространения света) от частоты световых волн.
Следствием дисперсии является разложение в спектр пучка белого света при прохождении его через призму.
371. Угол отклонения лучей призмой
где А - преломляющий угол призмы, n - показатель ее преломления.
372. Естественный свет - электромагнитная волна, в которой направления векторов E и B могут лежать во всевозможных плоскостях, перпендикулярных к вектору скорости распространения волны.
373. Световые волны называются поляризованными, если вектор напряжённости электрического поля Е колеблется в одной плоскости. То же самое можно сказать и о векторе индукции магнитного поля В.
КВАНТОВАЯ ОПТИКА
374. Фотон - элементарная частица, квант электромагнитного поля. Имеет нулевую массу покоя, движется со скоростью света.
375. Энергия кванта света
где h - постоянная Планка, - частота света, - длина волны, с - скорость света в вакууме.
376. Импульс фотона:
377. Внешний фотоэффект - это явление вырывания электронов с поверхности металлов под действием света.
378. Законы Столетова:
1) При фиксированной частоте падающего света число фотоэлектронов, вырываемых из катода в единицу времени, пропорционально интенсивности света (сила фототока насыщения пропорциональна световому потоку).
2) Максимальная начальная скорость фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а определяется только его частотой.
3) Для каждого вещества существует "красная граница" фотоэффекта, т.е. минимальная частота света ниже которой фотоэффект невозможен.
379. Закон Эйнштейна для фотоэффекта: При фотоэффекте энергия поглощённого фотона идёт на совершение работы выхода электрона А и на сообщение ему кинетической энергии
380. Работа выхода - это энергия, которую надо сообщить электрону для его выхода за пределы металла.
381. Красной границей фотоэффекта называют максимальную длину волны или минимальную частоту фотона, при которой ещё наблюдается фотоэффект.
или
382. Если фотоэлектрон после вылетания с поверхности металла попадает в тормозящее электрическое поле, то он остановится, если работа этого поля будет равна его кинетической энергии, т.е.
тогда закон Эйнштейна для фотоэффекта примет вид:
АТОМНАЯ И ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА
383. Первый постулат Бора: атомная система может находиться только в особых стационарных состояниях, каждому из которых соответствует определённая энергия Еn. В стационарных состояниях атом не излучает.
384. Второй постулат Бора (правило частот): при переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую излучается (поглощается) фотон с энергией, равной разности энергий соответствующих стационарных состояний
385. Состав ядра: ядро атома состоит из протонов и нейтронов. Их общее название - нуклоны. Число протонов в ядре равно порядковому номеру химического элемента в таблице Менделеева, а число нейтронов равно разности между массовым числом и порядковым номером.
386. Массовое число - общее число нуклонов в атомном ядре.
387. Изотопы - это атомы химических элементов, ядра которых состоят из одинакового числа протонов, но разного числа нейтронов.
388. Основной закон радиоактивного распада:
где N0 - число не распавшихся ядер в начальный момент времени, N - число не распавшихся ядер в момент времени t, е = 2,72 - основание натурального логарифма, - постоянная радиоактивного распада.
389. Периодом полураспада Т называют промежуток времени, за который число ядер или масса радиоактивного вещества уменьшается в 2 раза.
390. Постоянная радиоактивного распада связана с периодом полураспада Т соотношением:
391. Энергия связи ядра - это энергия, которую необходимо затратить для полного расщепления ядра на отдельные нуклоны
где m - дефект массы ядра, с - скорость света в вакууме, Е - энергия связи ядра.
392. Удельная энергия связи - энергия связи, приходящаяся на один нуклон.
где М – массовое число (число нуклонов)
393. Дефект массы ядра - это разность между суммарной массой свободных нуклонов, из которых состоит ядро и массой ядра.
где Z - число протонов в ядре (равно порядковому номеру химического элемента в таблице Менделеева), M ? число нуклонов в ядре (численно равно относительной массе химического элемента в таблице Менделеева), mp - масса протона, mn -масса нейтрона, Мя - масса ядра химического элемента.
394. Ядерные силы - силы, действующие между составляющими ядро нуклонами и значительно превышающими кулоновские силы отталкивания между протонами. Относятся к классу сильных взаимодействий.
395. Радиоактивность - способность некоторых атомных ядер самопроизвольно (спонтанно) превращаться в другие ядра с испусканием элементарных частиц. Радиоактивность подразделяют на естественную (наблюдается у неустойчивых изотопов, существующих в природе) и искусственную (наблюдается у изотопов, полученных посредством ядерных реакций). К радиоактивным превращениям относятся: -распад, все виды -распада, спонтанное деление ядер, протонная радиоактивность. Обычно все типы радиоактивности сопровождаются -излучением.
396. -лучи - это ядра атомов гелия.
397. -лучи - это поток электронов со скоростями, близкими к скорости света.
398. -лучи - это электромагнитные волны с длиной волны меньшей, чем у рентгеновских лучей.
399. Методы регистрации ионизирующих излучений: метод сцинтилляций, пузырьковая камера, камера Вильсона, счётчик Гейгера, метод толстослойных фотоэмульсий.
400. Ядерные реакции - это превращения атомных ядер одних химических элементов в ядра атомов других химических элементов, вызванные взаимодействием ядер с элементарными частицами или с другими ядрами.
401. Цепной ядерной реакцией называется реакция, в которой частицы, вызывающие её (нейтроны), образуются как продукт этой реакции.
402. Коэффициентом размножения нейтронов k называется отношение числа нейтронов в каком-либо "поколении" к числу нейтронов предшествующего "поколения". Необходимым условием для развития цепной реакции деления является требование k1.
403. Реакция деления ядра - это реакция деления ядер тяжёлых химических элементов под действием нейтронов. Тяжёлые ядра делятся чаще всего на два ядра, близких по массе.
404. Критические размеры - минимальные размеры активной зоны, при которых возможно осуществление цепной реакции.
405. Критическая масса - минимальная масса делящегося вещества необходимая для осуществления цепной реакции.
406. Ядерный реактор – это устройство, в котором осуществляется и поддерживается управляемая цепная реакция деления.
407. Термоядерные реакции – это ядерные реакции, в которых их ядер при слиянии ядер лёгких химических элементов образуются ядра более тяжёлых химических элементов. Термоядерные реакции могут протекать только при температурах в сотни миллионов градусов и сопровождаются выделением энергии. (Реакции на Солнце и при взрыве водородных бомб)
