SPOR (732379), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Законы Столетова для фотоэффекта. 1. Сила фототока насыщения тем больше, чем больше падающий на катод световой поток (средняя по времени энергия, падающая на поверхность катода за единицу времени). С увеличением падающего потока возрастает количество электронов, покидающих катод. 2. Максимальная начальная скорость фотоэлектронов определяется частотой света и не зависит от его интенсивности. Фотоэффект наблюдается, если длина волны падающего излучения меньше некоторой определенной длины волны, называемой красной границей фотоэффекта, т.е. при <_кр. Длина волны, соответствующая красной границе фотоэффекта, зависит от свойств металла. Последний закон невозможно объяснить с позиций классической физики. Была выдвинута гипотеза, что свет излучается и поглощается порциями – квантами или фотонами. Энергия фотона =h, где h-постоянная Планка, равная 6,63*10^-34Дж*с. Фотон – элементарная частица, движущаяся в вакууме со скоростью с, равной скорости света. Масса покоя фотона равна нулю. Импульс фотона p=mc=h/c. Согласно Эйнштейну, энергия фотона, падающего на металл, идет на работу выхода электрона из металла и на сообщение электрону кинетической энергии. Уравнение Эйнштейна имеет вид h=A_вых+mv²/2 или h =А_вых+qU₃, где A_вых – работа выхода электрона из металла. Работой выхода A_вых называется минимальная энергия, которую надо сообщить электрону, чтобы он покинул металл. Свободные электроны, выходя за пределы кристаллической решетки металла, образуют вокруг него электронное облако. Между ним и кристаллической решеткой создается электрическое поле, препятствующее дальнейшему выходу электронов из металла. Для того, чтобы электрон покинул металл, он должен обладать достаточной энергией для преодоления этого поля. Скорости электронов в системе различны. Электрону с меньшей энергией надо сообщить большую порцию энергии, чем электрону с меньшей энергией, для того чтобы они покинули металл. Работа выхода A_вых зависит только то химического состава металла и от состояния его поверхности. Из определения работы выхода ясно, что в формуле h=A_вых+mv²/2 mv²/2представляет собой максимальную кинетическую энергию выбитого электрона. Из этой формулы очевидно также, что фотоэффект наблюдается, если <_кр, где _кр= A_вых/h. Соответственно _кр=с/_кр=сh/A_вых.

Шкала электромагнитных волн. Электромагнитные волны генерируются в широком диапазоне частот. Каждый участок спектра имеет свое названия. Так, видимому свету соответствует довольно узкий диапазон часто и соответственно длин волн: от 4*10^-7 до 7,5*10⁷. С коротковолновой стороны от видимой области спектра находиться ультрафиолетовая область, с длинноволновой - инфракрасная. За ультрафиолетовым диапазоном идет рентгеновский, а затем -излучение. -лучи – электромагнитное излучение самой большой частоты 10²⁰ Гц (~10^-12м). Радиоволны лежат в диапазоне >10^-2м.

Магнитное поле. Вокруг проводников с током и постоянных магнитов существует магнитное поле. Оно возникает вокруг любого направленно движущегося электрического заряда, а также при наличии переменного во времени электрического поля. Магнитное поле можно обнаружить, помещая в него магнитные стрелки или проводники с током, так как оно оказывает на них ориентированное действие. Магнитное поле можно исследовать с помощью замкнутого контура с током. Геометрические размеры контура должны быть настолько малы, чтобы в его пределах поле не изменялось. На контур в магнитном поле действует механический вращательный момент. Отношение максимального вращательного момента М_мах к произведению силы тока I, текущего по контуру, и площади поверхности S, охватываемой этим контуром, величина постоянная: М_мах/IS=const. Этим отношением определяется основная силовая характеристика магнитного поля – вектор магнитной индукции В. Произведение IS называется магнитным моментом контура с током P_м=IS. Направление магнитного момента совпадает с направлением индукции магнитного поля, создаваемого в центре контура текущим по нему током. Направление вектора В определяется по правилу: если направление вращение винта совпадает с направлением тока в контуре, то его поступательное движение укажет направление индукции магнитного поля и, соответственно, магнитного момента (следствие правила правого винта). Итак, вектор магнитной индукции определяется максимальным вращательным моментом, действующим на контур с током, магнитный момент которого равен единице: B= М_мах/P_м. Магнитная индукция измеряется в теслах. (Тл.) Тесла – это индукция такого однородного магнитного поля, которое действует с максимальным вращательным моментом 1Н*м на контур с током, магнитный момент которого равен 1 А*м². Индукция магнитного поля – экспериментально измеряемая величина, зависящая от токов, создающих поле, и свойств среды, в которой, в которой оно создано. Наряду с вектором магнитной индукции В вводится еще одна силовая характеристика магнитного поля – напряженность магнитного поля Н. Вектор В и Н связаны соотношением B=₀Н. Напряженность магнитного поля измеряется в амперах на метр (А/м), ₀ - магнитная постоянная, равная 4*10^-7Гн/м,  - относительная магнитная проницаемость среды, показывающая, во сколько раз индукция магнитного поля в данной среде больше или меньше, чем в вакууме. Напряженность магнитного поля определяется только конфигурацией проводников, создающих поле, и токами, текущими по этим проводникам, т.е. макроисточниками поля, и не зависит от магнитных свойств среды, в которой поле создается.

Закон Ампера. Поместим в магнитное поле проводник длинной l, по которому течет ток I. На проводник действует сила, прямо пропорциональная силе тока, текущего по проводнику, индукции магнитного поля, длине проводника, и зависящая от ориентации проводника в магнитном поле. |F|=IBlsin, где  - угол между направлением тока в проводнике и направлением вектора магнитной индукции B, Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки: если левую руку расположить так, что магнитные силовые линии входят в ладонь, четыре вытянутых пальца направить по току, то отогнутый большой палец укажет направление силы. Очевидно, что сила Ампера равна нулю, если проводник расположен вдоль силовых линий поля и максимальна, если проводник перпендикулярен силовым линиям. Движение заряженных частиц в магнитном поле. На проводник с током в магнитном поле действует сила Ампера F_А IBlsin.Ток, в свою очередь, это направленное движение заряженных частиц. Сила тока равна I=qnvS, где q – заряд частицы, n-концентрация движущихся заряженных частиц, v-средняя скорость их направленного движения, S-площадь поперечного сечения проводника. Подставив I в выражение для F_А, получим F_А= qnvSBlsin, где nsl=N – общее число частиц, создающих ток. Тогда сила, действующая на отдельный движущийся заряд – сила Лоренца, равна Fл=qvBsin. где  - угол между векторами скорости и магнитной индукции. Направление силы Лоренца определяется для положительно заряженной частицы по правилу левой руки.

Магнитный поток. Магнитным потоком Ф через некоторую поверхность S называется скалярная величина, равная произведению модуля вектора магнитной индукции на площадь этой поверхности и косинус угла между нормалью n к ней и направлением вектора магнитной индукции B:Ф=|B|Scos. Если магнитное поле неоднородно, то поверхность S разбивается на элементарные площадки S в пределах каждой из которых поле можно считать однородным. Тогда полный поток через эту поверхность равен сумме потоков вектора магнитной индукции через элементарные площадки. В СИ единицей магнитного потока является 1 вебер (Вб) – магнитный поток через поверхность 1 м², расположенную перпендикулярно направлению однородного магнитного поля, индукция которого равна 1 Тл: 1Вб=1В*с. Электромагнитная индукция. Возникновение эдс в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока через эту поверхность, ограниченную этим контуром, называется электромагнитной индукцией. Также эдс индукции, а следовательно, разность потенциалов возникает на концах разомкнутого проводника, движущеося в магнитном поле и пересекающего силовые линии поля. Опыт показывает, что эдм индукции не зависит от причин изменния магнитного потока, а определяется скоростью его изменения. Согласно закону Фарадея, эдс индукции определяется как предел отношения изменения магнитного потока Ф к промежутку времени t к нулю, или производной по времени магнитного потока E_инд=lim_t-->0 Ф/t= -Ф’. Явление самоиндукции. Ток, текущий по проводящему контуру, создает вокруг него магнитное поле. Магнитный поток Ф, сцепленный с контуром, прямопропорционален силе тока в этом контуре: Ф=LI, где L – индуктивность контура. Индуктивность проводника зависит от его формы, размеров, а также от свойств окружающей среды. Так как индукционный ток вызван изменением силы тока в самом проводнике, то данное явление возникновения индукционного тока называется самоиндукцией, а возникающая эдс – эдс самоиндукции. Самоиндукция является частным случаем явления электромагнитной индукции. Если I изменяется со временем по линейному закону, то E_cи = - (Ф/t)= - L(I/t), где I/t – скорость изменения силы тока. Эта формула справедлива только при L=const. Индуктивность – величина, численно равная эдс самоиндукции, возникающей в контуре при изменении силы тока в нем на единицу за единицу времени. В СИ за единицу индуктивности принимают индуктивность такого проводника, в котором при изменении тока на 1А за 1с возникает эдс самоиндукции 1В. Эта единица называется Генри (Гн): 1Гн=1В*с/А. Энергия магнитного поля, созданного током, по закону сохранения энергии равна энергии, затраченной источником на создание тока. При замыкании цепи ток в в цепи вследствии самоиндукции не мразу достигнет максимального значения I₀, а посепенно. При размакании цепи ток также изчезает не сразу, а постепенно, при этом в проводнике выделяется тепло. Так как цепь разомкнута, то это тепло не может выделятся за счет работы источника, а может быть только следствием энергии, накопленной в соленоиде, энергии магнитного поля. Энергия магнитного поля соленоида, когда ток полностью прекратиться, переходит в джоулево тепло. Выражение для магнитного поля соленоида имеет вид: W_м=LI²/2.

Колебания. Движения или процессы, обладающие свойством повторяемости во времени, называются колебаниями. Колебания, при которых смещение изменяется по законам синуса или косинуса, называются гармоническими. Любой произвольный колебательный процесс можно представить как сумму гармонических колебаний. Механические колебания. Пусть к пружине с коэффициентом упругости k прикреплен груз массой m, находящийся на идеально гладкой поверхности. При растяжении пружины на тело начинает действовать сила упругости Fупр= -kx. Если тело отпустить, то под действием силы упругости оно начинает двигаться в сторону, противоположную смещению. Проходя положение равновесия, тело будет обладать максимальной скоростью и по инерции продолжит движение сжимая пружину. Под действием силы упругости, возникающей при деформации сжатия, тело остановится и начнет двигаться к положению равновесия и т.д. При этом х - смещение тела от положения равновесия О – изменяется по закону x=Asin(t+₀), где As, , ₀ не зависят от времени. Это уравнение называется уравнением колебаний. Амплитуда А – максимальное смещение от положения равновесия. Циклическая частота  - число полных колебаний, совершаемых системой за промежуток времени 2 с. Частота  - число полных колебаний, совершаемых системой за 1 с. Период колебаний Т – промежуток времени, за который совершается одно полное колебание.

Фаза колебаний (t+₀) определяет положение колеблющегося тела в момент времени t=0. Фаза обычно измеряется в радианах. T=1/. Динамика гармонических колебаний. Согласно 2-му закону Ньютона, ma_x=F_резx, где F_резx – проекция на ось х результирующей всех сил действующих на тело. Поскольку а^х= -²х, F_резx = -m²х, где F_резx – проекция на ось х, вдоль которой совершаются колебания. Из этого следует, что равнодействующая всех сил, действующих на тело, совершающее гармоническое колебание, прямо пропорциональна смещению и направлена в сторону, противоположную смещению. Силы, прямо пропорциональные смещению и направленные в сторону противоположную смещению, т.е. удовлетворяющие условию F_x= -kx, но имеющие иную природу, чем упругие силы, называются квазиупругими. Гармонические колебания совершаются по действием упругих или квазиупругих сил. Сложение колебаний, направленных вдоль одной прямой. Пусть материальная точка одновременно участвует в двух колебаниях, происходящих вдоль одной прямой, например вдоль оси х. Частоты колебаний одинаковы, а разность фаз есть . Тогда уравнение колебаний имеют вид x₁=A₁sint, x₂=A₂sin(t-). При сложении этих двух колебаний получим x=x₁+x₂= A₁sint+A₂sin(t-). Очевидно, что амплитуда результирующего колебания будет зависеть от разности фаз. Так, если = 2n, где n=0,1,2,3,...,n, то х=(А₁+А₂)sint, т.е. амплитуда результирующего колебания будет равна сумме амплитуд складываемых колебаний. Если = (2n+1) , то х=(А1-А2)sint, т.е амплитуда результирующего колебания будет равна разности амплитуд и колебания происходят с минимальной амплитудой. Если амплитуды складываемых колебаний равны, то в этом случае колебаний вообще происходить не будет. Затухающие колебания. Во всех реальных случаях колебаний помимо силы упругости на тело действует сила сопротивления, которая обычно считается пропорциональной скорости и направленной в сторону противоположную скорости. F₂= -rv, где r-постоянный коэффициент. Тогда из 2-го закона Ньютона имеем ma= -kx-rv, причем ₀²=k/m, ₀ – частота собственных колебаний сиситемы в отсутствии затухания, r/m=2, где  - коэффициент затухания. Очевидно, чем больше r и чем меньше m, тем быстрее будут затухать колебания. Вынужденные колебания. Для поддержания колебаний в системе необходимо, чтобы действовала сила, работа которой компенсировала бы уменьшение механической энергии. Эта сила должна быть переменной, так как постоянная сила может только изменить положение равновесия, но не может способствовать поддержанию колебаний в системе. Таким образом, на систему, совершающую колебания должна действовать вынуждающая сила F₃=F₀sint, где F₀ – амплитуда вынуждающей силы,  - ее частота. Помимо вынуждающей силы на тело действует сила упругости F₁= -kx и сила сопротивления F₂= -rv. Из 2-го закона Ньютона имеем ma= -kx-rv+F₀sint. Собственные колебания в системе затухнут, следовательно, вынужденные колебания происходят с частотой вынуждающей силы. Колебания, происходящие под действием вынужденной силы, называются вынужденными колебаниями. Амплитуда и фаза зависят от соотношения между частотой собственных колебаний и частотой вынуждающей силы. При совпадении этих частот амплитуда колебаний будет резко возрастать. Это явление получило название резонанса. Резонансная амплитуда зависит от сопротивления среды.

Интерференция волн. Интерференция – сложение волн с образованием устойчивой картины максимумов и минимумов амплитуды колебаний. Необходимым условием интерференции называется когерентность источников. Когерентными называются источники, вызывающие в каждой точке пространства колебания, разность фаз которых остается постоянной во времени. такие источники излучают когерентные волны. Очевидно, что только источники, возбуждающие колебания с одинаковыми частотами могут быть когерентными, так как, если ₁₂, то разность фаз равна ₂-₁=₂t+₀₂-₁t-₀₁=(_2-₁)t+₀₂-₀₁ и зависит от времени. Если источники не когерентны, то во всех точках пространства будет возбуждаться колебания, разность фаз которых изменяется со временем. Изменяется со временем и амплитуда результирующего колебания, т.е. интерференции не будет. Электромагнитные колебания. Колебательный контур состоит из катушки индуктивности L и конденсатора C. Если зарядить конденсатор до напряжения U₀, то в начальный момент времени t₁=0 на обкладках конденсатора будут максимальных значения напряжения U₀ и заряда q₀=СU₀. Полная энергия системы равна энергии электрического поля конденсатора: W=Wэл= СU₀²/2= q₀²/2C. По цепи начинает течь ток, так как обкладки конденсатора замкнуты на индуктивность, однако вследствии самоиндукции конденсатор разряжается не мгновенно, а постепенно. Ток через индуктивность увеличивается, достигая максимального уровня I₀. В момент времени t₂=T/4 заряд конденсатора станет равным нулю, а ток достигнет максимального значения I₀. Когда напряжение обращается в нуль, ток в цепи должен прекратиться, однако в следствии самоиндукции ток будет продолжать течь, что вызовет перезарядку конденсатора. Постепенно ток уменьшится до нуля. Затем конденсатор начнет разряжаться, причем ток через индуктивность течет в обратном направлении и т.д. Через промежуток времени, равный Т, система приходит в исходное состояние. Частота колебания равна =1/((LC)). Период колебаний равен T=2(LC). В колебательном контуре по гармоническому закону изменяется заряд, напряжение на обкладках конденсатора и мила тока в контуре. Электромагнитные волны. Согласно теории Максвелла, переменное магнитное поле вызывает появление переменного вихревого эл. поля, которое, в свою очередь, вызывает появление переменного магнитного поля и т.д. Таким образом происходит распространение электромагнитных возмущений в пространстве т.е. распространяется электромагнитная волна. Основные свойства электромагнитных волн. 1. Электромагнитная волна – поперечная. 2. Скорость электромагнитных волн в вакууме равна v=c=3*10⁸м/с и совпадает со скоростью света. В среде v=c/(), где  и  - диэлектрическая и магнитная проницаемости среды. 3. Электромагнитные волны переносят энергию. 4. Электромагнитные волны отражаются от проводящих поверхностей и преломляются на границе двух диэлектриков. 5. Электромагнитные волны оказывают давление на тела. 6. Если электромагнитная волна оказывает давление на тела, т.е. сообщает им импульс, следовательно, она также обладает импульсом. 7. Наблюдается дифракция, интерференция и поляризация электромагнитных волн.

Характеристики

Список файлов реферата