Открити за пръв път на територията на Мала Азия в местността Магнезия и поради това били наречени магнити
Изтегляне 2.66 Mb.
|
| ФИЗИКА 2
1.Електромагнетизъм - Открити за пръв път на територията на Мала Азия в местността Магнезия и поради това били наречени магнити. - През 1820 година френския физик Ампер открил взаимодействие между два успоредни проводника, по които протичат токове.Така се формирала нова област наречена електромагнетизъм. - Както в пространството около неподвижните заряди възниква електростатично поле, така и в пространството около проводниците, по които протича ток, движещите се електрични заряди и постоянните магнити съществува силово поле, наречено магнитно. - Магнитното поле възниква само около движещи се електрични заряди за разлика от електростатичното поле. - Обикновено ролята на пробен обект се изпълнява от равнинен токов контур,чиито размери са малки и могат да се пренебрегнат в сравнение с разстоянието между контура и източника на магнитното поле. - Токовият контур се характеризира с две величини:посока на нормалата n и магнитен момент p.За положителна посока на нормалата се приема посоката, свързана с посоката на тока по контура по следния начин( правило на свитите пръсти на дясната ръка), ако свитите пръсти показват посоката на тока, положителната посока на нормалата се определя от посоката на палеца нагоре. - Магнитният момент на рамката се определя от произведението на големината на тока, площта на контура и единичния вектор на нормалата. - p=ISn - Действието на магнитното поле върху токовия контур се изразява в това, че той се завърта на някакъв ъгъл и спира да се върти в момента, когато нормалата му е насочена успоредно на посоката на магнитното поле. - Завъртането на контура се дължи на двойка сили, създаващи въртящ момент, които е различен от нула. - Възникващата двойка сили при α= 0 има въртящ момент равен на 0, а при α=90 въртящия момент има максимална стойност. - Възникващия въртящ момент може да се представи чрез векторното произведение на два вектора: M = p x B, където величината B представлява количествена характеристика на магнитното поле и се нарича вектор на магнитната индукция. - Магнитната индукция в дадена точка от еднородно магнитно поле числено се определя от максималния въртящ момент, действащ на токов контур с единичен магнитен момент. - - Еднородно магнитно поле се нарича такова поле, чийто вектор на магнитната индукция не се променя по големина и посока във всички точки от полето. - Графично магнитното поле се изобразява с помощта на линиите на магнитната индукия, които се наричат магнитни силови линии. - Големината на магнитната индукция е пропорционална на броя на силовите линии, пресичащи единица площ.Магнитните силови линии винаги са затворени линии. - Всяка малка частица представлява нов магнит с два полюса – северен и южен.Двата полюса не могат да съществуват разделени един от друг. - Магнитните силови линии се затварят в рамките на обема на самия магнит и остават винаги затворени поради невъзможността да се разделят полюсите му. - Палецът определя посоката на тока, а свитите пръсти – посоката на магнитните силови линии.Силовите линии в този случай, представляват концентрични окръжности с център проводника с ток.Те лежат винаги в една равнина, която е перпендикулярна на проводника и се пробожда от него в дадена точка. - Силово поле с затворени линии се нарича вихрово.Следователно по своя характер магнитното поле е вихрово(непотенциално) . - Токовете, които текат по проводниците и създават магнитно поле в пространството около себе си, се наричат макротокове. - При един и същ макроток векторът на магнитната индукция ще има различни стойности във вакуум и в среда, различна от вакуум.Векторната величина която характеризира изменението на магнитната индукция в различни среди при един и същ макроток, създаващ полето, се нарича интензитет на магнитното поле и се означава с H. - - Стойността на магнитната индукция в дадена точка от пространството около проводниците зависи от големината на тока, от формата и дължината на проводниците, а също и от разстоянието между тази точка и съответния проводник. - - - - Магнитната индукция в дадена точка, в която се наслагват двете полета, ще бъде равна на векторната сума от векторите на магнитните индукции, създадени от двете полета в тази точка. - - - - - - - - Моментът M завъртащ рамката, е резултата от действието на магнитното поле върху отделните й елементи, които представляват праволинейни проводници. - При внасяне на проводник в хомогенно магнитно поле, полето действа на проводника с определена сила. - - Ако изпънатите пръсти показват посоката на тока по проводника, а векторът на магнитната индукция B пробожда дланта отвътре навън, изпънатия палец показва посоката на силата, действаща на вектора dl. - - Силата, с която магнитното поле действа на малък елемент от проводник, по които тече ток, е правопропорционална на големината на тока, на големината на магнитната индукция и зависи от ъгъла между векторите dl и B. - - - - Два успоредни проводника, по които тече ток в една и съща посока се привличат, а при промяна на посоката на единия от тях, те започват да се отблъскват един от друг. - - - - Законът на Ампер определя големината на силата, с която магнитното поле действа върху проводник с ток.Ако проводникът не е закрепен неподвижно, той ще започне да се премества в магнитното поле под действието на тази сила. - - - Величината dϕb се нарича магнитен поток.Работата извършена от магнитното поле, се определя от произведението на големината на тока и магнитния поток, който пресича площта dS. - - - - Единицата за магнитен поток е вебер[Wb] - - Броят на линиите, които влизат от едната страна на една затворена повърхност е равен на броя на линиите, които излизат от другата й страна. - Всеки отдалечен движещ се електричен заряд също може да бъде източник на магнитно поле. - - - - Магнитната индукция dB, създадена от токовия елемент dl, може да се разгледа като сумарна индукция от насочено движещи се електрични заряди, които се намират в елемента dl от токовия проводник. - - - Движещия се електричен заряд и токовия елемент са еквивалентни по своите магнитни свойства. - Магнитната индукция на полето, създадено от движещ се електричен заряд, зависи още и от знака на заряда. - - - - Силата на Лоренц може да се представи във векторен вид. - - Ако магнитната индукция B пробожда дланта, а изпънатите пръсти са насочени по посоката на скоростта v, палецът определя посоката на силата. - Силата на Лоренц е винаги перпендикулярна на скоростта на заряда.Тя променя скоростта на движещия се заряд само по посока, но не и по големина, неговата кинетична енергия се запазва постоянна. - Силата, която действа на електричен заряд, движещ се едновременно в електрично и
- - Силата на Лоренц дава възможност да се изследва движението на заредени частици в магнитно поле.Тя зависи от взаимното разположение на векторите v и B се разглеждат няколко случая. - Частицата да е в хомогенно поле: - Ако частицата навлиза в хомогенно магнитно поле с постоянна скорост, на нея ще й действа постоянна, максимална по големина лоренцова сила: - Във всеки момент от движението си силата на Лоренц е перпендикулярна на скоростта и поради това действа като центростремителна сила. - - - Един от най-широко използваните уреди за анализ на строежа на многоатомните молекули е масспектометърът.Неговото действие е основано на способността на магнитното поле да отклонява движещите се заредени частици от праволинейната им траектория. - - Получените резултати на това еднородни снопове се използват в специални устройства, наречени ускорители.Всеки ускорител се характеризира от вида на заредените частици, както и от тяхната енергия.В зависимост от вида на частиците ускорителите биват електронни, протонни, мезони,йонни.Според формата на траекторията на заредените частици те се разделят на линейни и циклични. В линейните ускорители частиците се движат по права линия, а в цикличните траекторията може да бъде окръжност или спирала. - При определени условия в затворени проводящи контури възниква електричен ток. - При бързо вкарване на постоянен магнит в намотката стрелката се отклонява.при бързо изваждане на магнита токът протича в обратна посока. - Появата на електричен ток е свързана с изменението на магнитния поток, пресичащ контура.Броят на магнитните силови линии, които проводникът обхваща, се изменя при движението на магнита.Причината за възникване на електричния ток е изменението на магнитния поток. - Появата на електричен ток в даден контур е свързана с наличие на променливо магнитно поле.Явлението, при което в затворен проводящ контур възниква електричен ток, наречен индуциран, вследствие на изменение на магнитния поток през площта на контура, се нарича електромагнитна индукция. - Индуцираният електричен ток в случая показва,че във веригата възниква електродвижещо напрежение, което се нарича индуцирано електродвижещо напрежение. - Променливото магнитно поле, както и неподвижните електрични заряди се оказват източници на електрично поле. - Причината за индуцираното електродвижещо напрежение е изменението на броя на силовите линии, които пресичат площта на контура.Големината на това напрежение зависи само от скоростта, с която се изменя магнитния поток във времето, ако потокът на магнитната индукция расте, индуцираното електродвижещо напрежение е отрицателно и обратно – когато магнитния поток намалява, индуцираното напрежение е положително. - - Посоката на индуцирания ток в един затворен контур е такава,че създаваното от него магнитно поле е противоположно по знак на полето, предизвикало появата му. - - - - Изменението на магнитния поток през площта на контура във веригата възниква добавъчно електродвижещо напрежение, което бива равно на индуцираното. - Индуцираното електродвижещо напрежение намалява електродвижещото напрежение в контура, тъй като е с отрицателен знак. - Принципното действие на един генератор може да се обясни чрез явлението въртене на правоъгълна токова рамка в еднородно магнитно поле. - - С течение на времето магнитния поток се променя и в рамката ще се индуцира електродвижещо напрежение. - - Това напрежение се изменя с времето по хармоничен закон, в рамката възниква променливо електродвижещо напрежение, в резултата на което в нея започва да протича променлив ток.Ако през рамката се пропуска променлив електричен ток, в нея възниква въртящ момент и тя започва да се върти. - Индуцираните токове възникват не само в линейните проводници, включени в електрични вериги, но и в отделните масивни проводници.За да се появи индуциран ток в даден масивен проводник, последният трябва да бъде поставен в променливо магнитно поле. - Посоката на индуцираните токове е такава че, магнитното поле около тях противодейства на полето, създадено от електромагнита. - Индуцираните токове в масивните проводници за пръв път са установени от френския учен Фуко и се наричат токове на Фуко. - - Стойността на вихровия ток ще бъде толкова по-голяма, колкото по-голямо е сечението на проводника и по-бързо изменението на магнитния поток през площта му. В проводници с големи напречни размери индуцираните токове ще имат големи стойности даже и при слабо изменящи се магнитни полета. - При промяна на тока магнитното поле, създадено от него ,също се променя.Това явление е открито от Дж..Хенри и се нарича самоиндукция. - Самоиндукцията е процес, при които в затворен токов контур вследствие изменението на големината на тока, протичащ през него. - - Величината L се нарича индуктивност и представлява характеристика на контура.Мерната единица е хенри [H]. - Индуктивността L зависи от формата и размерите на контура и от магнитната проницаемост на средата. - - Токът в контура с течение на времето нараства, самоиндуцираното електродвижещо напрежение е отрицателно, и обратно – при намаляване на тока то е положително, в сила е правилото на Ленц. - - Взаимната индукция е процес, при който в единия от два токови контура, разположение на близко разстояние един от друг, възниква електродвижещо напрежение, вследствие изменението на големината на тока в другия контур. - Част от енергията на електричния ток се изразходва за създаване на магнитно поле, което, както и електричното, притежава определена енергия. - - - - - Енергията на магнитното поле зависи само от големината на тока, тъй като за контур, който не се деформира, и постоянна среда величината L е константа. 2.Трептения и вълни - Всички движения или изменения на състоянието на дадено тяло, които се характеризират с определена повторяемост във времето, се наричат периодични движения или трептения. - Хармоничното трептене е най-простия вид трептене описващо се с:
Коефициентът A0 определя максималната стойност на величината х и се нарича амплитуда на трептенето, ω0 е кръгова честота, а аргументът (ω0t+φ0) – фаза на трептенето. - Интеревалът от време, през който се повтарят стойностите на величината, характеризиращи едно трептене, се нарича период. - Броят на пълните трептения за единица време се нарича честота. - - - - - - - В момента, когато отместването х е равно на нула, скоростта на точката е максимална. - - - При хармонично трептене ускорението на точката е правопропорционално на отместването й от равновесното положение, но има противоположен знак. - - Проекцията на линейната скорост на топчето също се изменя по хармоничен закон с времето и съответства на скоростта при хармоничните трептения. - При пълна обиколка на топчето по окръжността проекцията на неговия радиус-вектор описва едно хармонично трептене, чиято фаза се изменя в граници от 0 до 2π. - Фазата Ф(t) в произволен момент от време се определя от ъгъла, който сключва радиус-векторът с големината А0 с хоризонталната ос. - - - - За да извърши дадена материална точка хармонични трептения, върху нея трябва да действа сила,която винаги е насочена към равновесното положение и по големина е правопропорционална на отместването от това положение. - Сили, които винаги се стремят да върнат тялото в неговото равновесно положение, се наричат възвръщащи. - - - - - Връщащата сила представлява проекция на силата на тежестта върху направлението на движение на точката. - - - - - - Кръговата честота и периодът не зависят от масата на нишката, а само от дължината на нишката. - Физично махало се нарича всяко твърдо тяло, извършващо хармонични трептения около неподвижна ос, която е разположена над центъра на тежестта му. - - - - - - - Величината l пр. се нарича приведена или редуцирана дължина на физичното махало.Тя се определя от отношението на инерчния момент на махалото към произведението от масата и разстоянието между центъра на тежестта му и оста на въртене. - - Хармоничните трептения възникват в резултат от еднократно отклонение на трептящото тяло от началното състояние на равновесие и в отсъствие на външни сили.Такива трептения се наричат свободни.Свободните хармонични трептения се съпътстват от периодични превръщания на кинетичната енергия на трептящите тела в потенциална енергия на взаимодействие и обратно. - 
- - - - - В точката с максимално отместване х потенциалната му енергия има максимална стойност и е равна на нула.Когато махалото преминава през равновесното положение, неговата потенциална енергия става равна на нула, а кинетичната енергия придобива максимална стойност, равна на пълната енергия. - Резултантното отместване на тялото във всеки момент t ще представлява векторна сума от отделните отмествания, съответстващи на хармоничните трептения, в които то участва. - - - - - Резултантното движение е също хармонично трептене в същото направление, със същата кръгова честота ω0 и с амплитуда А, която зависи от амплитудите и фазите на двете трептения. - Ако двете трептения са с близки честоти, но се извършват едно направление и имат еднакви амплитуди, резултантното трептене има по-сложен характер. - - Процесът на периодично изменение на амплитудата с времето се нарича биене. - - - - При затворена и консервативна система, трептенията се наричат незатихващи трептения.Те са възможни само в системи където се пренебрегват силите на триене и съпротивление. - Свободните трептения, които се извършват в реалните системи, се наричат затихващи трептения. - - - - - - - - Амплитудата на трептенето А0 и неговата начална фаза φ0 зависят от началните условия – разстоянието, на което сме отклонили тялото от равновесното му положение, и момента от време, в които сме го пуснали. - В отсъствие на сили на съпротивление в средата, в която трепти тялото,както и на външни въздействия върху него,енергията и амплитудата му ще се запазват постоянни с времето.Такива трептения се наричат собствени трептения. - Честота ω0 на трептящото тяло зависи от свойствата на самата система – от коефициента на еластичност к и от масата m на тялото, нарича се собствена честота на незатихващо трептене. - - Коефициентът r е постоянна величина,характеризираща съпротивлението на средата, и се нарича коефициент на триене. - - - - - - - - Принудените трептения се предизвикват от действието на външни периодично променливи сили върху системата и се наричат още не свободни трептения. - - - Явлението, при което амплитудата А нараства силно при честота на принудените трептения ω->ω0 се нарича резонанс. - - 3.Вълнови процеси - Дадена среда се нарича еластична,ако между изграждащите я частици съществуват сили на взаимодействие, които оказват съпротивление срещу всякакъв вид деформации. - Колкото по-далеч от източника се намира дадена частица, толкова по-късно я ще започне да трепти. - За да наблюдаваме вълни в дадена еластична среда, частиците да започнат да трептят, е необходимо да внесем източник в нея. - При вълновите процеси се пренася енергия, а не маса. - При надлъжните вълни частиците на средата трептят по направлението, в което се разпространяват вълните. - При напречните вълни частиците на средата трептят в направлението, което е перпендикулярно на това, в което се разпространяват вълните. - В течности и газове е възможно да възникнат само надлъжни вълни. - В твърдите тела могат да се разпространяват както надлъжни, така и напречни вълни. - В зависимост от областта, която обхващат вълните при разпространението си, те могат да бъдат обемни и повърхнинни. - Обикновено повърхнинните вълни възникват на повърхността на течностите, а обемните – при разпространението на звука в течностите и твърдите тела. - Геометричното място на точките, до които достигат трептенията на източника в даден момент t се нарича фронт на вълната. - Всички точки, до които вълната достига за едно и също време, трептят с еднакви фази и образуват повърхности, които се наричат вълнови повърхности. - Най-простотите вълни в зависимост от формата на вълновите повърхности са плоските. - Дължината на вълната е величина характеризираща разстоянието между две най-близки частици, трептящи с еднакви фази. - - - - - - - - - За сферични вълни амплитудата на трептенията се изменя обратнопропорционално на разстоянието. - - - - Резултантните трептения на частиците в тези точки се оказват геометрична сума от трептенията на отделните източници – принцип на суперпозицията - След точките на наслагването всяка от вълните продължава разпространението си в своята посока независимо от другите. - Явлението се наблюдава, когато в дадена точка от пространството се наслагват две или повече вълни, които имат постоянна фазова разлика.Такива вълни се наричат кохерентни, а възникналото явление – интерференция. - - - Положението на възлите и върховете на не се изменя с времето, ето защо вълната се нарича стояща - В стоящата вълна амплитудите на трептене са различни в различните точки. - При стоящата вълна не се пренася енергия, тъй като двете наслагващи се вълни пренасят еднаква енергия в две противоположни посоки. - Стоящи вълни могат да се наблюдават при отражение на вълни от преграда. - Звуковите вълни представляват надлъжни вълни, които се разпространяват в материална еластична среда с определена честота, варираща в граници от 20Hz до 20 kHz. - Величините характеризиращи звукът са честота, интензитетът и скоростта. - Трептения с честота под 20 Hz се наричат инфразвукови, а тези с честота над 20 kHz ултразвукови. - Интензитетът на звука е величина, която определя средната енергия, пренасяна от звуковите вълни за единица време през единица площ, разположена перпендикулярно на посоката на разпространение на вълните. - - - Най-ниския интензитет, който възприема човешкото ухо при определена честота, се нарича долен праг на чуване, а най-високия интензитет, при който не се възприема звук, а само усещане за болка – праг на болезненото усещане или горен праг на чуване. - В твърдите тела и течностите звуковите вълни се разпространяват по-бързо в сравнение с газовете. - - - - - Скоростта на звука във въздух зависи правопропорционално от температурата на средата, в която се разпространява и от нейните физични свойства. - Звуковете, на които съответства един непрекъснат набор от честоти в даден интервал, се наричат шумове. - Звуковите трептения, съдържащи редица дискретни честоти,се наричат музикални или тонални звукове. - Звукът съответстващ на една определена честота - В един сложен музикален звук тонът, който съответства на най-малката честота,се нарича основен тон.Тоновете, съответстващи на останалите честоти от набора,се наричат обертонове. - - Ако източникът на звука и приемникът се движат спрямо средата, в която се разпространяват звуковите вълни, честотата на възприемания звук се променя – ефект на Доплер. - - В пространството електромагнитното поле представлява вълнов процес и се нарича електромагнитна вълна. - Ако дадена електромагнитна вълна се възбужда от променлив електричен ток,който се изменя по синусов закон с времето, по същия закон се изменят величините интензитет I и индукцията H.Тези вълни се наричат монохроматични. - Електромагнитните вълни са напречни вълни. - Електромагнитните вълни се разпространяват и във вакуум.
- - Светлината представлява електромагнитна вълна. - - - Двата взаимноперпендикулярни вектора E и H трептят винаги с еднаква фаза и всеки от тях е перпендикулярен на посоката, в която се разпространява електромагнитната вълна. - - Процесът на генериране на електромагнитни вълни от даден източник се нарича излъчване на електромагнитни вълни, а източникът на излъчване – излъчвателна система. - - Диапазон на дългите радиовълни(104-102m), използва се най-много за радиовръзки - Диапазон на средните и късите радиовълни(102-10m), използва се основно за радиосъобщения. - Метров диапазон(10-1m),използва се за телевизия и радиолокация. - Сантиметров диапазон(1-10-2m),използва се в авиацията за точна и близка радиолокация. - Милиметров(микровълнов) диапазон(10-2-10-3 m), използва се за точна радиолокация и научни цели. - Инфрачервен диапазон(10-3-10-6 m), използва се при изучаване вътрешната структура на веществата. - Видима светлина (7,5.10-7-4.10-7m), обхваща електромагнитните вълни, които се възприемат от зрителния орган на човека, и включва цялата информация, която той получава за заобикалящия го свят. - Ултравиолетов диапазон(4.10-7-10-7m), тези вълни имат способността да въздействат много силно на веществото. - Диапазон на рентгеновите и гама-лъчите, рентгеновото излъчване се използва в медицината за рентгенова диагностика,а в техниката за откриване на различни дефекти в материалите. 3.Вълнова и квантова оптика Каталог: Home -> Emo -> СЕМЕСТЪР%202 -> физика -> физика%202 -> FIZIKA2 FIZIKA2 -> Закон на Био-Савар-Лаплас (индукция в точка) големина на индукцията в точка индукция на безкраен праволинеен проводник в точка СЕМЕСТЪР%202 -> София Катедра " химия" СЕМЕСТЪР%202 -> Въпрос №1: Класификация на материалите 1 физика%202 -> Закон на Био-Савар-Лаплас (индукция в точка) големина на индукцията в точка индукция на безкраен праволинеен проводник в точка физика%202 -> Вълни Механични вълни физика%202 -> Закон на Снелиус за пречупване на светлината:; ъгъл на пълно вътрешно отражение физика -> Определяне скоростта на звука физика%202 -> 1. Магнитно поле Изтегляне 2.66 Mb. Сподели с приятели:
|
-динамично уравнение на хармоничните трептения на физичното махало.
представлява диференциално уравнение на незатихващо хармонично трептение.
се нарича диференциално уравнение на затихващо трептене
се нарича честота на затихващите трептения
се нарича логаритмичен декремент на затихването
представлява диференциално уравнение на принудените трептения
се нарича резонансна честота, а стойността на амплитудата след заместване – резонансна амплитуда.
, където к е нова величина, характеризираща вълновите процеси, която се нарича вълново число
получената величина показва скоростта на изменението на координата х с времето и се нарича фазова скорост.
, където ρ=nm е плътност на средата или плътност на енергията на вълната.
- Вълнов процес описан с дадения израз се нарича стояща вълна
, се нарича прост или чист тон.
, плътност на енергията на електромагнитното поле.